JPS59166827A - 差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ - Google Patents
差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサInfo
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- JPS59166827A JPS59166827A JP4008283A JP4008283A JPS59166827A JP S59166827 A JPS59166827 A JP S59166827A JP 4008283 A JP4008283 A JP 4008283A JP 4008283 A JP4008283 A JP 4008283A JP S59166827 A JPS59166827 A JP S59166827A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
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- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、構成が簡単で、トルク伝達軸の材質及びその
回転速度に影響されることなくトルクを高感度で検出す
ることのできる新しいトルクセンサに関するものである
。
回転速度に影響されることなくトルクを高感度で検出す
ることのできる新しいトルクセンサに関するものである
。
一般に1強磁性体を磁化すると磁化方向の長さがわずか
に変化し、逆にその長さが変化するのを阻止するように
力を加えたり、変化を助長するように力を加えてやると
磁化特性が変化する0通常前者の現象は磁気ひずみ効果
、後者の現象は磁気ひずみの逆効果あるいは応力−磁気
効果と呼ばれている。応力による磁気的性質の変化は応
力によって磁気異方性と呼ばれる性質が現れるためで。
に変化し、逆にその長さが変化するのを阻止するように
力を加えたり、変化を助長するように力を加えてやると
磁化特性が変化する0通常前者の現象は磁気ひずみ効果
、後者の現象は磁気ひずみの逆効果あるいは応力−磁気
効果と呼ばれている。応力による磁気的性質の変化は応
力によって磁気異方性と呼ばれる性質が現れるためで。
その大きさは強磁性体を磁化飽和まで磁化した場合のひ
ずみを表す飽和磁気ひずみ定数λ、と印加された応力σ
の積λ8σに比例する。σによる磁気特性の変化を透磁
率の変化としてとらえれば、σの影響は磁気抵抗の変化
もしくは自己インダクタンス、相互インダクタンスの変
化として現れるから。
ずみを表す飽和磁気ひずみ定数λ、と印加された応力σ
の積λ8σに比例する。σによる磁気特性の変化を透磁
率の変化としてとらえれば、σの影響は磁気抵抗の変化
もしくは自己インダクタンス、相互インダクタンスの変
化として現れるから。
応力から電気信号への直接的な変換が可能とな見。
トルクセンサに関してもこれまでにいくつかの方式のも
のが試みられてきた。そのようなものの1つに通常トル
ク伝達軸が鉄を主成分とする強磁性体であることに着目
し、軸自身に現れる磁気ひずみの逆効果を利用した方式
のものがある。しかし一般に、トルク伝達軸の製造工程
においてはその強度のみに注意が払われており磁気的性
質は軸の回転方向に対し一様でなく又保磁力も比較的大
きいため、軸の回転と共に出力が変動したシ、励磁電力
が大きくなる等の欠点があった。又トソレク検出の感度
、精度を向上させる目的から9強磁性材料からなる中空
丸棒をトルク伝達軸の一部として挿入し、検出すべきト
ルクを受ける棒として用い。
のが試みられてきた。そのようなものの1つに通常トル
ク伝達軸が鉄を主成分とする強磁性体であることに着目
し、軸自身に現れる磁気ひずみの逆効果を利用した方式
のものがある。しかし一般に、トルク伝達軸の製造工程
においてはその強度のみに注意が払われており磁気的性
質は軸の回転方向に対し一様でなく又保磁力も比較的大
きいため、軸の回転と共に出力が変動したシ、励磁電力
が大きくなる等の欠点があった。又トソレク検出の感度
、精度を向上させる目的から9強磁性材料からなる中空
丸棒をトルク伝達軸の一部として挿入し、検出すべきト
ルクを受ける棒として用い。
その中空丸棒における磁気ひずみの逆効果の1種である
逆つイーデマン効果を利用して検出する方式のものでは
実装性の点で制限を受けるものであった。
逆つイーデマン効果を利用して検出する方式のものでは
実装性の点で制限を受けるものであった。
これらに対し、最近、アモルファス(非晶質)磁性薄帯
をトルクを受ける弾性棒の外周上に接着等の方法で固定
し、トルクによる弾性棒表面に現れる応力がその表面に
固定されたアモルファス磁性薄帯に導入されるようにし
、その薄帯における磁気ひずみの逆効果を用いる方式の
ものが、考案されている。その1つは非磁性の弾性棒を
トルクを受ける棒として用い、その外周上にトルクによ
る主応力の発生する。軸方向に対し45°の角をなすら
せんにそって幅の狭いアモルファス磁性薄帯をある程度
長く巻いて固定した方式のもので、トルクによる上記薄
帯の透磁率変化が、検出巻線の自己インダクタンスの変
化として現れるようにし。
をトルクを受ける弾性棒の外周上に接着等の方法で固定
し、トルクによる弾性棒表面に現れる応力がその表面に
固定されたアモルファス磁性薄帯に導入されるようにし
、その薄帯における磁気ひずみの逆効果を用いる方式の
ものが、考案されている。その1つは非磁性の弾性棒を
トルクを受ける棒として用い、その外周上にトルクによ
る主応力の発生する。軸方向に対し45°の角をなすら
せんにそって幅の狭いアモルファス磁性薄帯をある程度
長く巻いて固定した方式のもので、トルクによる上記薄
帯の透磁率変化が、検出巻線の自己インダクタンスの変
化として現れるようにし。
トルクを検出しようとするものであった。この方仲、ト
ルクを受ける弾性棒には1強磁性を示す材質のものは使
用できないことである。なぜならば。
ルクを受ける弾性棒には1強磁性を示す材質のものは使
用できないことである。なぜならば。
弾性棒外周に固定されたアモルファス磁性薄帯の断面積
は1弾性棒の断面積に比べ著しく小さく。
は1弾性棒の断面積に比べ著しく小さく。
もしこれに通常のトルク伝達軸のような強磁性体の棒を
用いたならば1弾性棒の磁束の影響の方があまシにも大
きいため、上記アモルファス磁性薄帯の透磁率変化から
くる検出コイルの自己インダクタンスの変化は相対的に
極めて小さくなりその検出が困難となるからである。又
場合によっては弾性棒自身の逆つイーデマン効果による
磁束変化も同時に現れ、アモルファス磁性薄帯の透磁、
率変化による自己インダクタンスの変化のみを検出する
ことが本質的に不可能となるからである。つまシこの方
式においては、トルク伝達軸の一部に非磁性体からなる
専用の弾性棒を挿入しなければならず実装上の問題が解
決されていないということ。
用いたならば1弾性棒の磁束の影響の方があまシにも大
きいため、上記アモルファス磁性薄帯の透磁率変化から
くる検出コイルの自己インダクタンスの変化は相対的に
極めて小さくなりその検出が困難となるからである。又
場合によっては弾性棒自身の逆つイーデマン効果による
磁束変化も同時に現れ、アモルファス磁性薄帯の透磁、
率変化による自己インダクタンスの変化のみを検出する
ことが本質的に不可能となるからである。つまシこの方
式においては、トルク伝達軸の一部に非磁性体からなる
専用の弾性棒を挿入しなければならず実装上の問題が解
決されていないということ。
又仮りに強磁性体の弾性棒を使用したとすれば。
アモルファス磁性薄帯に限らず、磁性薄帯をトルク検出
に用いる利点がほとんど見い出せない。
に用いる利点がほとんど見い出せない。
一方幅広アモルファス磁性薄帯を用いる方式のものでは
トルク検出機構が差動的に構成され、トルクを受ける弾
性棒はその磁気的性質において制限を受けないという特
徴を有していた。第1図には後に上記トルクセンサの原
理を参照するためにその基本構成を示している。トルク
伝達軸lの外周面上の2ケ所に幅広の高磁気ひずみアモ
ルファス磁性薄帯2a、2bが接着されており、各薄帯
には中心軸8とα0及び−α0の方向に一軸磁気異方性
5a。
トルク検出機構が差動的に構成され、トルクを受ける弾
性棒はその磁気的性質において制限を受けないという特
徴を有していた。第1図には後に上記トルクセンサの原
理を参照するためにその基本構成を示している。トルク
伝達軸lの外周面上の2ケ所に幅広の高磁気ひずみアモ
ルファス磁性薄帯2a、2bが接着されており、各薄帯
には中心軸8とα0及び−α0の方向に一軸磁気異方性
5a。
を共有する円筒状に巻かれた励磁コイル3.及び逆直列
に結線された検出コイル4a、4bが配置されておシ、
励磁コイル3には数10kHzの交流電源6が、検出コ
イルに・は直流出力電圧を取シ出すための同期整流回路
7が各々接続されている。第2図は同図(a)に示すト
ルク伝達軸1の外周に近接して巻かれた中心軸8を共有
する円筒状コイル9を同図(b)の簡略化されたコイル
10により表すことを述べたコイルの簡略表示法に関す
る。この方式のトルクセンナの検出原理及び特性は原田
、笹田等により以下のいくつかの文献で明らかにされて
いる。
に結線された検出コイル4a、4bが配置されておシ、
励磁コイル3には数10kHzの交流電源6が、検出コ
イルに・は直流出力電圧を取シ出すための同期整流回路
7が各々接続されている。第2図は同図(a)に示すト
ルク伝達軸1の外周に近接して巻かれた中心軸8を共有
する円筒状コイル9を同図(b)の簡略化されたコイル
10により表すことを述べたコイルの簡略表示法に関す
る。この方式のトルクセンナの検出原理及び特性は原田
、笹田等により以下のいくつかの文献で明らかにされて
いる。
〔1〕[アモルファス磁性薄帯によるトルクトランスデ
ー−サ1.電気学会マグネティックス研究会資料、 M
AG−81−71、昭和56年10月。
ー−サ1.電気学会マグネティックス研究会資料、 M
AG−81−71、昭和56年10月。
〔2〕[アモルファス磁性薄帯によるトルクトランスデ
ユーサの出力特性−1,同上資料、 MAG −82−
23,昭和57年1月。
ユーサの出力特性−1,同上資料、 MAG −82−
23,昭和57年1月。
上記(:1:]、[:2)を整理した内容の〔3〕[ア
モルファス磁性薄帯によるトルクトランスデューサ」、
同上資料、 MAG−82−162,昭和57年12月 〔4〕「応力感応アモルファス磁性薄帯による新しいト
ルクトランスデユーサj ’、 IEEE Trans
−action on Magnetics 、 V
ol 、IVLAG718. No、 6゜pp176
7〜1769. September、 1982゜以
上の研究結果によると、検出コイルには2つのアモルフ
ァス磁性薄帯2a、2bの透磁率の差に基づく磁束のみ
が鎖交し1強磁性体弾性棒の磁束は打消されてしまうも
のであること、又アモルファス磁性薄帯として、 I
S= 1.5T、λ5=24X10−6の鉄系のものを
用い、トルク伝達軸として強磁性体であるバネ鋼(SU
P9)を用い、励磁電源として20kHzの交流電源を
用い、静止トルクから瞬時トルクにいたるトルクがトル
ク伝達軸の回転数に無関係に。
モルファス磁性薄帯によるトルクトランスデューサ」、
同上資料、 MAG−82−162,昭和57年12月 〔4〕「応力感応アモルファス磁性薄帯による新しいト
ルクトランスデユーサj ’、 IEEE Trans
−action on Magnetics 、 V
ol 、IVLAG718. No、 6゜pp176
7〜1769. September、 1982゜以
上の研究結果によると、検出コイルには2つのアモルフ
ァス磁性薄帯2a、2bの透磁率の差に基づく磁束のみ
が鎖交し1強磁性体弾性棒の磁束は打消されてしまうも
のであること、又アモルファス磁性薄帯として、 I
S= 1.5T、λ5=24X10−6の鉄系のものを
用い、トルク伝達軸として強磁性体であるバネ鋼(SU
P9)を用い、励磁電源として20kHzの交流電源を
用い、静止トルクから瞬時トルクにいたるトルクがトル
ク伝達軸の回転数に無関係に。
高精度で検出できることが明らかにされている。
ところで、上記方式のトルクセンサを実際に応用しよう
とJる立場からみると、応用対象機械装置によっては、
トルク伝達軸に接着される2つの幅広アモルファス磁性
薄帯に一軸磁気異方性を付与する工程において1問題を
生ずる場合がある0これ1では、上記−軸磁気異方性は
、アモルファス磁性薄帯で磁場中熱処理する方法、及び
上記薄帯をトルク伝達軸に接着する時トルク伝達軸にあ
らかじめトルクを印加しておき接着完了後それを除去す
る方法のいずれかによっていた。しかし前者の場合は、
比較的大きな一軸磁気異方性を作り出すことは容易でな
く、従って、ダイナミックレンジがあまり大きくできな
い欠点があり、又後者の場合は、アモルファス磁性薄帯
接着時にあらかじめトルクの印加が困難となるような場
合実現不可能となる恐れがある。
とJる立場からみると、応用対象機械装置によっては、
トルク伝達軸に接着される2つの幅広アモルファス磁性
薄帯に一軸磁気異方性を付与する工程において1問題を
生ずる場合がある0これ1では、上記−軸磁気異方性は
、アモルファス磁性薄帯で磁場中熱処理する方法、及び
上記薄帯をトルク伝達軸に接着する時トルク伝達軸にあ
らかじめトルクを印加しておき接着完了後それを除去す
る方法のいずれかによっていた。しかし前者の場合は、
比較的大きな一軸磁気異方性を作り出すことは容易でな
く、従って、ダイナミックレンジがあまり大きくできな
い欠点があり、又後者の場合は、アモルファス磁性薄帯
接着時にあらかじめトルクの印加が困難となるような場
合実現不可能となる恐れがある。
本発明は、上記幅広アモルファス磁性薄帯を用いた差動
方式トルクセンサと同一原理に基づき。
方式トルクセンサと同一原理に基づき。
しかも前述のごとき製作上の問題点をこうむることなく
製作できる新しいトルクセンサを提供するものである。
製作できる新しいトルクセンサを提供するものである。
この目的を達成するため9本発明では、高磁気ひずみ幅
広アモルファス磁性薄帯を用いるかわりに比較的幅の狭
い短ざく状の高磁気ひずみアモルファス磁性薄帯を用い
、その薄帯の形状効果に基づく形状磁気異方性を利用し
てトルク伝達軸の中心軸に対し45°を含む任意の方向
の一軸磁気異方性を得ようとするものである。以下その
方法と。
広アモルファス磁性薄帯を用いるかわりに比較的幅の狭
い短ざく状の高磁気ひずみアモルファス磁性薄帯を用い
、その薄帯の形状効果に基づく形状磁気異方性を利用し
てトルク伝達軸の中心軸に対し45°を含む任意の方向
の一軸磁気異方性を得ようとするものである。以下その
方法と。
そのようにして構成されるトルクセンサの検出原理につ
いて、第1図の幅広アモルファス磁性薄帯によるトルク
センサとの対応関係を示しながら説明する。
いて、第1図の幅広アモルファス磁性薄帯によるトルク
センサとの対応関係を示しながら説明する。
第3図は短ざく状磁性薄帯で、同図のように長手方向に
X軸1幅方向にy軸がとっであるものとする。X軸方゛
向に磁化する時の反磁界係数をN7y軸方向に磁化する
時の反磁界係数゛をN上 とすると、これらは形状のみ
によって定まる定数であるが、今の場合、 9.>wで
あるの−でN、 < N土である。
X軸1幅方向にy軸がとっであるものとする。X軸方゛
向に磁化する時の反磁界係数をN7y軸方向に磁化する
時の反磁界係数゛をN上 とすると、これらは形状のみ
によって定まる定数であるが、今の場合、 9.>wで
あるの−でN、 < N土である。
[
この短ざく状磁性薄帯をx −y平面に平行な任意の方
向(y軸とのなす角をθ)から磁界を加え磁化する場合
を考える。簡単のために磁化過程は飽、和硫化I8が回
転することによシ磁化される回転磁化過程であるとする
と、第4図のように■8がy軸と角θをなしている時1
反磁界効果による磁気エネイレギーEdは次式で表され
る゛ことが知られている。
向(y軸とのなす角をθ)から磁界を加え磁化する場合
を考える。簡単のために磁化過程は飽、和硫化I8が回
転することによシ磁化される回転磁化過程であるとする
と、第4図のように■8がy軸と角θをなしている時1
反磁界効果による磁気エネイレギーEdは次式で表され
る゛ことが知られている。
ここに1.loは真空の透磁率である。今の場合N//
〈N上であるからEdは0判又はθ−πにおいて最小と
なる。すなわち、θ−〇又はθ−π方向に磁化するのが
最も容易であることを示しておシ、このことは。
〈N上であるからEdは0判又はθ−πにおいて最小と
なる。すなわち、θ−〇又はθ−π方向に磁化するのが
最も容易であることを示しておシ、このことは。
形状効果による磁気異方性の容易軸はその長手方向であ
ることを意味している。従って、このような短ざく状磁
性薄帯をトルク伝達軸の外周面上にその長手方向が軸方
向に対しα0又は−α0方向になるよう接着等の方法で
固定すれば、形状効果のためにトルクセンサの構成に適
する軸方向とα0又は−αQ方向に磁化容易軸を持つ一
軸磁気異方性が自動的に得られることになる。第5図に
は、この製作方法に基づくトルクセンサの基本的構成を
示している。トルク伝達軸1とその外周上に軸方向8と
正の角α0の方向に接着された短ざく状アモルファス磁
性薄帯12a及び負の角=α0の方向に接着された短ざ
く状アモルファス磁性薄帯12bと第1図に示した先行
技術により用いられている電気コイル手段とからなって
いる。第5図に示された本発明によるトルクセンサの動
作原理は、先に挙げた文献〔1〕〜〔4〕の動作態“理
に関する記述から理解されるが、ここにα−45で2つ
のアモルファス磁性薄帯12a、12bが同一組成の薄
帯でちる場合につきその概要を述べる。第6図は本発明
によるトルクセンサの原理を説明するだめの原理図であ
る。
ることを意味している。従って、このような短ざく状磁
性薄帯をトルク伝達軸の外周面上にその長手方向が軸方
向に対しα0又は−α0方向になるよう接着等の方法で
固定すれば、形状効果のためにトルクセンサの構成に適
する軸方向とα0又は−αQ方向に磁化容易軸を持つ一
軸磁気異方性が自動的に得られることになる。第5図に
は、この製作方法に基づくトルクセンサの基本的構成を
示している。トルク伝達軸1とその外周上に軸方向8と
正の角α0の方向に接着された短ざく状アモルファス磁
性薄帯12a及び負の角=α0の方向に接着された短ざ
く状アモルファス磁性薄帯12bと第1図に示した先行
技術により用いられている電気コイル手段とからなって
いる。第5図に示された本発明によるトルクセンサの動
作原理は、先に挙げた文献〔1〕〜〔4〕の動作態“理
に関する記述から理解されるが、ここにα−45で2つ
のアモルファス磁性薄帯12a、12bが同一組成の薄
帯でちる場合につきその概要を述べる。第6図は本発明
によるトルクセンサの原理を説明するだめの原理図であ
る。
トルク伝達軸JにトルクTが図示の方向に印加されると
その表面には主応力が図示13のごとく生じるのその方
向は同図の場合、引張応力が軸方向8に対し45°、圧
縮応力が同軸方向8に対し一45°方向である。σはT
によシ次式で表せることは材料力学の入門的教科書や文
献〔1〕〜〔4〕等から周知のことである。
その表面には主応力が図示13のごとく生じるのその方
向は同図の場合、引張応力が軸方向8に対し45°、圧
縮応力が同軸方向8に対し一45°方向である。σはT
によシ次式で表せることは材料力学の入門的教科書や文
献〔1〕〜〔4〕等から周知のことである。
6
Tld3(2)
ここにπは円周率、dはトルク伝達軸1の外径である。
知ざく状アモルファス磁性薄帯12a、12bにもトル
クTによる軸のねじれにより主応力13と同様な主応力
が現れ、この大きさをσいとすると。
クTによる軸のねじれにより主応力13と同様な主応力
が現れ、この大きさをσいとすると。
(2)式を用いて。
で表されることが文献〔l〕〜〔4〕等によシ明らかに
されている。ことVcGAはアモルファス磁性薄帯12
a、12bの剛性率、GTはトルク伝達軸1の剛性率で
ある。今アモルファス磁性薄帯の飽和磁気ひずみ定数λ
、を正とすると、トルクTによりアモルファス磁性薄帯
12a 、 12bに生じる磁気異方性は同薄帯12
a、12b中如軸方向8に対し45°方向にσA−45
°方向に一σAが存在することから、その容易軸方向は
45°方向でその大きさKuばで与えられることがやは
り文献〔l〕〜〔4〕より知られている。すなわち(4
)式で与えられる応力にょる一軸磁気異方性の容易軸1
5はアモルファス磁性薄帯12aでは形状磁気異方性の
容易軸14aと同方向で、同薄帯12bでは形状磁気異
方性の容易軸14bと直交する。従って、アモルファス
磁性薄帯12aにおいて、軸方向8と45°方向にある
一軸磁気異方性は強められ、逆にアモルファス磁性薄帯
i2bにおいて、軸方向8と一45°方向にある一軸磁
気異方性は弱められることKなる。今このような状態(
第6図でトルクTが印痛された状態9にある2つのアモ
ルファス磁性薄帯を軸方向8に平行な磁界により励磁す
ると、第7図のような磁化曲線となる。O≦1<Is/
&の範囲では磁化過程は主に磁壁移動磁化過程であって
、トルクTとはほぼ無関係であるがIs/I”i<I≦
工、の範囲では、飽和磁化マ8が各容易軸方向14a、
14bからの磁化の回転により磁化され、この場合、磁
化の回転に要する励磁磁界はアモルファス磁性薄帯12
aで大きく、逆に同12bでは小さくなるために、第7
図のごとき磁化曲線が得られるものである。従って、第
7図Hcrより大きな振幅の交番磁界を電源6により励
磁コイル3を通してアモルファス磁性i帯12a 。
されている。ことVcGAはアモルファス磁性薄帯12
a、12bの剛性率、GTはトルク伝達軸1の剛性率で
ある。今アモルファス磁性薄帯の飽和磁気ひずみ定数λ
、を正とすると、トルクTによりアモルファス磁性薄帯
12a 、 12bに生じる磁気異方性は同薄帯12
a、12b中如軸方向8に対し45°方向にσA−45
°方向に一σAが存在することから、その容易軸方向は
45°方向でその大きさKuばで与えられることがやは
り文献〔l〕〜〔4〕より知られている。すなわち(4
)式で与えられる応力にょる一軸磁気異方性の容易軸1
5はアモルファス磁性薄帯12aでは形状磁気異方性の
容易軸14aと同方向で、同薄帯12bでは形状磁気異
方性の容易軸14bと直交する。従って、アモルファス
磁性薄帯12aにおいて、軸方向8と45°方向にある
一軸磁気異方性は強められ、逆にアモルファス磁性薄帯
i2bにおいて、軸方向8と一45°方向にある一軸磁
気異方性は弱められることKなる。今このような状態(
第6図でトルクTが印痛された状態9にある2つのアモ
ルファス磁性薄帯を軸方向8に平行な磁界により励磁す
ると、第7図のような磁化曲線となる。O≦1<Is/
&の範囲では磁化過程は主に磁壁移動磁化過程であって
、トルクTとはほぼ無関係であるがIs/I”i<I≦
工、の範囲では、飽和磁化マ8が各容易軸方向14a、
14bからの磁化の回転により磁化され、この場合、磁
化の回転に要する励磁磁界はアモルファス磁性薄帯12
aで大きく、逆に同12bでは小さくなるために、第7
図のごとき磁化曲線が得られるものである。従って、第
7図Hcrより大きな振幅の交番磁界を電源6により励
磁コイル3を通してアモルファス磁性i帯12a 。
12bに印加すれば検出コイル4a、4bには第7図磁
化曲線16a 、 16bの差に比例した磁束が鎖交
し。
化曲線16a 、 16bの差に比例した磁束が鎖交
し。
検出コイル両端(同期整流回路7の入力側)には印加ト
ルクTに対応した誘起電圧が生じる。この際トルク伝達
軸が強磁性体であってもそれからの磁束は逆直列に結線
された検出コイル4a、4bには正味鎖交しないことは
明らかである。
ルクTに対応した誘起電圧が生じる。この際トルク伝達
軸が強磁性体であってもそれからの磁束は逆直列に結線
された検出コイル4a、4bには正味鎖交しないことは
明らかである。
第8図、第9図はこのトルク検出過程を図示しだもので
ある。印加トルクTの方向が逆転すると第7図において
、磁化曲線の関係が16a 、 ]’6bを入れかえた
ものとなるため、第8図における検出コイル鎖交磁束△
Φの符号は反転し、結果として誘起電圧の符号が反転す
ることになる。ゆえに同期整流回路7によυ誘起電圧を
直流電圧に変換すれば、トルクTの大きさと方向を読み
取ることができる。その場合、同期整流回路の制御信号
として励磁コイル3を流軌る励磁電流を用いることがで
きる。本発明によるトルクセンサは以上の説明かられか
るように検出機構が差動的であるため印加トルクT=O
の時は出力は現−れない。従って、検出特性は第10図
のようになる。第1図に示した幅広アモルファス磁性薄
帯を用いる方式の場合、ダイナミノクレンジは一軸磁気
異方性5a、5bの大きさに比例し7検出感度は逆に反
比例的に減少することが先の文献[:3] 、 [4]
により明らかにされている。従って1本発明によるトル
クセンサに関しても同様の関係が成立し、 (N上−
N/)が大きくなればダイナミックレンジは大きくなり
逆に感度は減少することになる。すなわち本トルクセン
サにおいては、検出感度及びダイナミックレンジは短ざ
く状アモルファス磁性薄帯の形状比9./Wにより設定
することができるものである。以上α−45の場合につ
いて説明したが、α\45の場合も基本的には同じであ
る。この場合は、形状磁気異方性の容易軸方向14a
、 14bと応力誘導−軸磁気異方性15の方向が第
6図の場合と異なるだめ、アモルファス磁性薄帯12a
、12bの磁化曲線に及ぼすトルクの影響の大きさが多
少変化し結果として検出感度が多少変化するのみでちる
。
ある。印加トルクTの方向が逆転すると第7図において
、磁化曲線の関係が16a 、 ]’6bを入れかえた
ものとなるため、第8図における検出コイル鎖交磁束△
Φの符号は反転し、結果として誘起電圧の符号が反転す
ることになる。ゆえに同期整流回路7によυ誘起電圧を
直流電圧に変換すれば、トルクTの大きさと方向を読み
取ることができる。その場合、同期整流回路の制御信号
として励磁コイル3を流軌る励磁電流を用いることがで
きる。本発明によるトルクセンサは以上の説明かられか
るように検出機構が差動的であるため印加トルクT=O
の時は出力は現−れない。従って、検出特性は第10図
のようになる。第1図に示した幅広アモルファス磁性薄
帯を用いる方式の場合、ダイナミノクレンジは一軸磁気
異方性5a、5bの大きさに比例し7検出感度は逆に反
比例的に減少することが先の文献[:3] 、 [4]
により明らかにされている。従って1本発明によるトル
クセンサに関しても同様の関係が成立し、 (N上−
N/)が大きくなればダイナミックレンジは大きくなり
逆に感度は減少することになる。すなわち本トルクセン
サにおいては、検出感度及びダイナミックレンジは短ざ
く状アモルファス磁性薄帯の形状比9./Wにより設定
することができるものである。以上α−45の場合につ
いて説明したが、α\45の場合も基本的には同じであ
る。この場合は、形状磁気異方性の容易軸方向14a
、 14bと応力誘導−軸磁気異方性15の方向が第
6図の場合と異なるだめ、アモルファス磁性薄帯12a
、12bの磁化曲線に及ぼすトルクの影響の大きさが多
少変化し結果として検出感度が多少変化するのみでちる
。
第11図は本発明によるトルクセンサの第1実施例であ
る。検出感度は短ざく状アモルファス磁性薄帯12a、
12bの形状比1/wに依存すると同時にその全断面積
に比例するので、第5図のトルクセンサの基本構成にお
いて、感度を増すために短ざく状アモルファス磁性薄帯
12a 、 12b の数を同数だけ増しだものであ
る0第11図のトルクセンサは。
る。検出感度は短ざく状アモルファス磁性薄帯12a、
12bの形状比1/wに依存すると同時にその全断面積
に比例するので、第5図のトルクセンサの基本構成にお
いて、感度を増すために短ざく状アモルファス磁性薄帯
12a 、 12b の数を同数だけ増しだものであ
る0第11図のトルクセンサは。
第1図のトルクセンナにおいて一軸磁気異方性5a。
5bを形状効果により与えるためにその幅広アモルファ
ス磁性薄帯2a、2bの一部を角α0及び−α0で細長
く切除したものと見なすことができる。
ス磁性薄帯2a、2bの一部を角α0及び−α0で細長
く切除したものと見なすことができる。
第12図は本発明の第2実施例で、第1実施例において
軸方向8に最近接した2枚の短ざく状アモルファス磁性
薄帯12a 、 12bが互いに近接した一端におい
て交わる形状に形成されたアモルファス磁性薄帯17を
用いたもので、この構成によりアモルファス磁性薄帯は
実効的に軸方向8に長くなるのでN、を低下させ、(N
土−N//)を犬きくすることができるので、ダイナミ
ックレンジの拡大が可能となる。又接着の手間を半減さ
せることができるO 第13図は本発明の第3実施例で、基本的には第1実施
例と異ならないが、第1実施例において。
軸方向8に最近接した2枚の短ざく状アモルファス磁性
薄帯12a 、 12bが互いに近接した一端におい
て交わる形状に形成されたアモルファス磁性薄帯17を
用いたもので、この構成によりアモルファス磁性薄帯は
実効的に軸方向8に長くなるのでN、を低下させ、(N
土−N//)を犬きくすることができるので、ダイナミ
ックレンジの拡大が可能となる。又接着の手間を半減さ
せることができるO 第13図は本発明の第3実施例で、基本的には第1実施
例と異ならないが、第1実施例において。
短ざく状アモルファス磁性薄帯12a、12bの磁束が
トルク伝達軸1を帰路として閉路を作シやすい場合は、
短ざ〈状磁性薄帯12a、12bの形状効果は弱められ
形状磁気異方性が生じにくくなりトルク検出感度が低下
する恐れがある。このような欠点を改善するため第3実
施例では、トルク伝達軸1の外周にまず幅の広い非磁性
アモルファス薄帯18を接着し、その上に第1実施例と
同じ要領で短ざく状アモルファス磁性薄帯12a、12
bを接着したものである。このような構成によって、ト
ルク伝達軸1を通りぬける磁束量を減少させ、短ざく状
アモルファス磁性薄帯12a、12bの形状磁気異方性
が低下しないようにし、トルク検出感度低下を防止する
ことが可能となる。
トルク伝達軸1を帰路として閉路を作シやすい場合は、
短ざ〈状磁性薄帯12a、12bの形状効果は弱められ
形状磁気異方性が生じにくくなりトルク検出感度が低下
する恐れがある。このような欠点を改善するため第3実
施例では、トルク伝達軸1の外周にまず幅の広い非磁性
アモルファス薄帯18を接着し、その上に第1実施例と
同じ要領で短ざく状アモルファス磁性薄帯12a、12
bを接着したものである。このような構成によって、ト
ルク伝達軸1を通りぬける磁束量を減少させ、短ざく状
アモルファス磁性薄帯12a、12bの形状磁気異方性
が低下しないようにし、トルク検出感度低下を防止する
ことが可能となる。
第14図は本発明の第4実施例で、これは第2実施例を
第3実施例と同様の方法で改善したものである0 第も、第4実施例では幅広の非磁性アモルファス磁性薄
帯18を用いたが、同様の特性改善は、第15図に示す
非磁性層20aと高磁気ひずみ層20bとからなる2層
アモルファス磁性薄帯19を用いて構成することも可能
である。
第3実施例と同様の方法で改善したものである0 第も、第4実施例では幅広の非磁性アモルファス磁性薄
帯18を用いたが、同様の特性改善は、第15図に示す
非磁性層20aと高磁気ひずみ層20bとからなる2層
アモルファス磁性薄帯19を用いて構成することも可能
である。
以上述べたように、差動方式の磁気ひずみ形トルクセン
ナによれば専用の弾性棒を用いることなく非接触で、静
止トルクから瞬時トルクにいたる1で高感度で検出する
ことが可能となる。
ナによれば専用の弾性棒を用いることなく非接触で、静
止トルクから瞬時トルクにいたる1で高感度で検出する
ことが可能となる。
第1図は本発明でその原理を応用する先行技術によるア
モルファス磁性薄帯を用いたトルクセンサ。第2図はコ
イルの簡略表示法。第3図は短ざく状磁性薄帯の斜視図
。第4図は形状磁気異方性の説明図。第5図は本発明に
よるトルクセンサの基本的構成図。第6図は本発明によ
るトルクセンサの検出原理の説明図。第7図は印加トル
クによる磁化曲線の変化の説明図。第8図は検出コイル
鎖交磁束と励磁交番磁界の関係図。第9図は検出コイル
鎖交磁束波形及び誘起電圧波形。第10図は本発明によ
るトルクセンナの検出特性。第11図は本発明の第1実
施例。第12図は本発明の第2実施例。第13図は第1
実施例を改善した第3実施例。 第14図は第2実施例を改善した第4実施例。第15図
は非磁性層と高磁気ひずみ層よりなる2層構造アモルフ
ァス磁性薄帯の斜視図。1はトルク伝達軸、2a、2b
は高磁気ひずみアモルファス磁性薄帯。 3は励磁巻線、4a+4bは検出コイル、5a、5bは
一軸磁気異方性の容易軸方向、6は交流電源、7は同期
整流回路+ 12a + 12bは短ざく状高磁気ひ
ずみアモルファス磁性薄帯、13はトルク+Cよる主応
力、 14a 、 14bは形状磁気異方性の容易軸
方向。 1811)1a性アモルファス薄帯。 特訂出願人 Jj’;i [I’、 4);介 化1名
図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 第2図 第3図 第4図 H −−−−−アモルファス磁性薄帯12aの磁化特性−一
一一一一同12bの磁化特性 □T−0の時のアモルファス磁性薄帯12a。 12b双方の磁化特性 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 第12図 第13図 第14図 図面の浄書(内容に変更なし) 9 第15図 手続補正書 (自発) 昭和58年9月1日 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和58年特許願第40082号2
、発明の名称 サ ドウオウソキ ジ キ ガタ
差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ3、補正をす
る者 4、補正の対象 図面 5、補正の内容 ■、事件の表示 昭和58年特許願第40082号2
0発明の名称 サドウホウンキ ジ キ ガタ差動方
式による磁気ひずみ形トルクセンサ3、補正をする者 事件との関係 特許出願人
モルファス磁性薄帯を用いたトルクセンサ。第2図はコ
イルの簡略表示法。第3図は短ざく状磁性薄帯の斜視図
。第4図は形状磁気異方性の説明図。第5図は本発明に
よるトルクセンサの基本的構成図。第6図は本発明によ
るトルクセンサの検出原理の説明図。第7図は印加トル
クによる磁化曲線の変化の説明図。第8図は検出コイル
鎖交磁束と励磁交番磁界の関係図。第9図は検出コイル
鎖交磁束波形及び誘起電圧波形。第10図は本発明によ
るトルクセンナの検出特性。第11図は本発明の第1実
施例。第12図は本発明の第2実施例。第13図は第1
実施例を改善した第3実施例。 第14図は第2実施例を改善した第4実施例。第15図
は非磁性層と高磁気ひずみ層よりなる2層構造アモルフ
ァス磁性薄帯の斜視図。1はトルク伝達軸、2a、2b
は高磁気ひずみアモルファス磁性薄帯。 3は励磁巻線、4a+4bは検出コイル、5a、5bは
一軸磁気異方性の容易軸方向、6は交流電源、7は同期
整流回路+ 12a + 12bは短ざく状高磁気ひ
ずみアモルファス磁性薄帯、13はトルク+Cよる主応
力、 14a 、 14bは形状磁気異方性の容易軸
方向。 1811)1a性アモルファス薄帯。 特訂出願人 Jj’;i [I’、 4);介 化1名
図面の浄書(内容に変更なし) 第1図 第2図 第3図 第4図 H −−−−−アモルファス磁性薄帯12aの磁化特性−一
一一一一同12bの磁化特性 □T−0の時のアモルファス磁性薄帯12a。 12b双方の磁化特性 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 第12図 第13図 第14図 図面の浄書(内容に変更なし) 9 第15図 手続補正書 (自発) 昭和58年9月1日 特許庁長官 殿 1、事件の表示 昭和58年特許願第40082号2
、発明の名称 サ ドウオウソキ ジ キ ガタ
差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ3、補正をす
る者 4、補正の対象 図面 5、補正の内容 ■、事件の表示 昭和58年特許願第40082号2
0発明の名称 サドウホウンキ ジ キ ガタ差動方
式による磁気ひずみ形トルクセンサ3、補正をする者 事件との関係 特許出願人
Claims (2)
- (1)トルクを伝達する丸棒状軸と、その外周面上に上
記丸棒状軸の軸方向に対し一方は正の角他方は負の角を
なすよう固定された2種類の短ざく状磁気ひずみ磁性薄
帯と、上記丸棒状軸に印加されるトルクにより差動的に
変化する上記2種類の磁気ひずみ磁性薄帯の透磁率の差
を検出するための上記丸棒状軸の外周面近傍に設置され
た電気コイル手段とよシなる!ことを特徴とする差動方
式による磁気ひずみ形トルクセンサ。 - (2)短ざく状磁気ひずみ磁性薄帯が非磁性層を介して
トルクを伝達する丸棒状軸外周面に固定されてなること
を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の差動方式
による磁気ひずみ形トルクセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4008283A JPS59166827A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4008283A JPS59166827A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59166827A true JPS59166827A (ja) | 1984-09-20 |
Family
ID=12570974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4008283A Pending JPS59166827A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | 差動方式による磁気ひずみ形トルクセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59166827A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6183927A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Toshiba Corp | トルクセンサ |
JPS61137036A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-24 | Nissan Motor Co Ltd | 操舵力検出器 |
US4823620A (en) * | 1986-02-10 | 1989-04-25 | Nissan Motor Company, Ltd. | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
EP0330311A2 (en) * | 1988-01-26 | 1989-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Torque detecting apparatus |
US4887461A (en) * | 1987-06-26 | 1989-12-19 | Nissan Motor Co., Ltd | Magnetostriction type torque sensor |
EP0480912A2 (en) | 1987-12-28 | 1992-04-15 | Kubota Ltd. | Torque measuring device |
US5639038A (en) * | 1994-10-05 | 1997-06-17 | Daiwa Seiko, Inc. | Fishing reel with a line tension measuring device |
CN109655183A (zh) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 信浓绢糸株式会社 | 磁致伸缩式转矩检测传感器 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57211030A (en) * | 1981-06-01 | 1982-12-24 | Aisin Seiki Co Ltd | Torque sensor |
-
1983
- 1983-03-11 JP JP4008283A patent/JPS59166827A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57211030A (en) * | 1981-06-01 | 1982-12-24 | Aisin Seiki Co Ltd | Torque sensor |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS61137036A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-24 | Nissan Motor Co Ltd | 操舵力検出器 |
JPH0471451B2 (ja) * | 1984-12-07 | 1992-11-13 | Nissan Motor | |
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CN109655183A (zh) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 信浓绢糸株式会社 | 磁致伸缩式转矩检测传感器 |
CN109655183B (zh) * | 2017-10-11 | 2020-10-27 | 信浓绢糸株式会社 | 磁致伸缩式转矩检测传感器 |
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