JPS60192233A - トルクセンサ - Google Patents

トルクセンサ

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JPS60192233A
JPS60192233A JP4790784A JP4790784A JPS60192233A JP S60192233 A JPS60192233 A JP S60192233A JP 4790784 A JP4790784 A JP 4790784A JP 4790784 A JP4790784 A JP 4790784A JP S60192233 A JPS60192233 A JP S60192233A
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torque
magnetic
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transmission shaft
torque transmission
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忠彦 小林
Masashi Sahashi
政司 佐橋
Tomokazu Domon
土門 知一
Hironori Fukuda
福田 浩徳
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102Rotary-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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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は非接触でトルクを検出するトルクセンサに関す
る。
〔発明の技術的背景〕
トルクは回転駆動系の制御を行なう際の基本量の一つで
ある。トルクを精密に検出するためには、その検出機構
が非接触方式であることが必要である。
近年、上述したような非接触方式のトルクセンサとして
アモルファス磁性合金の薄帯を利用したものが提案され
ている(電気学会マグネティックス研究会資料MAG 
−81−72)。
このトルクセンサの概略構成は第1図に示すようなもの
である。図中1はトルクを検出すべき回転軸、すなわち
トルク伝達軸であシ、このトルク伝達軸1にはアモルフ
ァス磁性合金から形成された環状磁心2が巻回されて固
定されている。この環状磁心2には予めその周方向3に
対して角度θの傾き方向に誘導磁気異方性Ku’ 4が
付与されている。なお、前記環状磁心2の周囲には例え
ば図示しない検出コイルが近接して配設されており、更
にこの検出コイルは図示しない検出回路に接続されてい
る。
上記トルクセンサの原理を概略的に説明する。
ここで、説明を簡単にするためにθ〉45°、飽和磁歪
定数λB〉0とする。いま、トルク伝達軸1にトルク5
が加わると、トルク伝達軸1に発生したひずみ応力が環
状磁心2に伝達され、環状磁心2には+45°の方向に
張力σが、−45゜の方向に圧縮応力−σがそれぞれ発
生する。これに伴い、環状磁心2には磁気ひずみ効果に
より+45°方向に誘導磁気異方性Ku“6(=3λB
・σ)が誘導される。この結果、Ku′とKu”の合成
として誘導磁気異方性はKu7へ変化する。一般に、磁
性体の透磁率は励磁方向に対する誘導磁気異方性の方向
によって変化する。したがって、環状磁心2の誘導磁気
異方性の方向の変化に伴う透磁率の変化を、例えば検出
コイル及びこれに接続された検出回路によシミ圧の変化
として測定することができ、その値からトルク伝達軸1
に加えられたトルク5を検出することができる。
なお、上記トルクセンサの説明では環状磁心を構成する
磁性体としてアモルファス磁性合金を用いた場合につい
て述べたが、これに限らず軟質磁性を示すものであれば
、例えばパーマロイ(Fe−Ni合金)、センダスト(
Fe −At−St金合金 、Fe−8t合金などの他
の磁性体を用いることができる。
ところで、上述したように磁性金属薄帯からなる環状磁
心の周囲に近接して検出コイルを配設すればトルクの検
出ができるが、その検出機構はトルクセンサの性能を左
右する重要な因子となる。
従来、上述した検出機構としては第2図(a)及び(b
)に示すようなものが知られている。
第2図(a)は中空のトルク伝達軸11に磁性金属薄帯
の環状磁心12を固定し、ソレノイドコイル13を用い
て環状磁心12の周方向に励磁し、さらに検出巻線14
を巻いて出力を検出するものである。また、同図(b)
はトルク伝達軸11に磁性金属薄帯の環状磁心12を固
定し、その外周に巻かれたソレノイドコイル13′ヲ用
いて環状磁心12の巾方向に励磁し、さらにその外側に
検出巻線14′を巻いて出力を検出するものである。
すなわち、第2図(a)及び(b)図示の検出機構では
いずれも透磁率の変化をソレノイドコイルと検出巻線と
の相互誘導による電圧の変化とし′てとらえ、増幅回路
を経て出力を得るものである。
〔背景技術の問題点〕
しかし、第2図(b)のように環状磁心の巾方向や に励磁するものは小型が困難で、狭空間に収納すること
ができず、しかも励磁用のソレノイドコイルには100
mA以上の励磁電流を必要とするため、磁気回路上不都
合な点が生じる。
また、第2図(a)のように環状磁心の周方向に励磁す
るものは環状磁心の全周の透磁率を連続して検出するた
め、−周分の透磁率を一定値にする必要がある。ところ
が、トルク伝達軸としてFe系などの強磁性体を用いた
場合、材質の不均一性から一周のうちに透磁率変化が生
じる。
したがって、この透磁率変化に起因する出力変動がトル
クの検出出力に重畳されるため、眸が著しく劣化する。
〔発明の目的〕
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであシ
、小型で、必要とする励磁電流が小さく、シかもS/N
比を向上して安定したトルク検出を行なえるトルクセン
サを提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明のトルクセンサは、トルク伝達軸の回転数に同期
させたダートパルス信号を用い、トルク伝達軸に固定さ
れている磁性金属薄帯の周方向の特定の一部分の磁気特
性変化を1回転に1つの検出信号として得ることによシ
トルク検出を行なうことを特徴とするものである。
このようなトルクセンサによれば、回転数に同期させた
パルス周期及びパルス幅を有するケ゛−トパルス信号を
用いるので、回転中の磁性金属薄帯の特定の一部分の磁
気特性変化を、等価的に静止状態下で検出することがで
きる。したがって、磁性金属薄帯の透磁率がトルク伝達
軸の円周上で常に一定値でなくとも、正確にトルり検出
を行なうことができる。また、トルク伝達軸としてFe
系などの強磁性体を用いても、その透磁率変化に起因す
る出力変動がなくなυ、高S/N比で安定したトルク検
出を行なうことができる。
またこのようなトルクセンサによれば、同じ出力を得る
のに低い励磁電流ですみ、周方向に励磁した場合でもS
/N比の良好な出力を得ることができる。すなわちトル
ク伝達軸に磁性金属薄帯を巻回した場合、巾方向に励磁
しようとすると反磁場係数の関係で周方向の場合に比べ
かなシの大励磁電流が必要となる。これに対して周方向
に励磁の場合は低励磁電流ですむが、磁性金属薄帯の透
磁率の均一性を保つことを考えると巾方向の場合に比べ
若干の問題が残る。しかしながら本発明によれば、その
均一性をも十分カバーでき、非常に有効である。又、こ
の磁性金属薄帯は、完全に巻回しなくても部分的に設け
てもよい。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第3図〜第5図を参照して説明
する。
第3図において、図示しないモータ等の駆動源によって
回転する直径55mの強磁性体からなるトルク伝達軸2
1の外周には環状磁心22□。
222が固定されている。これら環状磁心221゜22
2は単ロール法によシ作製された巾5叫、厚さ30μm
の(FeO265Nio、3CrO105)75S11
1B14 アゝルファス磁性合金の薄帯を前記トルク伝
達軸2ノに一周巻いて固定したものである。これら環状
磁心221 r222には予めその周方向に対してそれ
ぞれ角度子〇及び角度−〇〇頌き方向に誘導磁気異方性
が付与されている。
これら環状磁心2”1 m 222の上方にはそれぞれ
酸化物磁性体からなるU型の検出用磁心231.232
が非接触で周方向に配設されている。これら検出用磁心
231.232にhそれぞれ励磁用コイル241.24
2及び検出用コイル251.252が施されている。
前記トルク伝達軸21の回転数に同期させたゲートパル
ス信号を用いて、環状磁心221 。
222の特定の一部分よシ得られる出力電圧を1回転に
つき1つの検出信号としてトルク検出を行なうための回
路構成を第4図に示す。
捷ず、検出用磁心231.232に施した励磁用コイル
241.242は和動結合、また検出用コイル251.
252は差動結合とし、発振器26よシ得られる正弦波
を励磁用コイル241 g 242に加え、環状磁心;
! 21 * 222全トルク伝達軸210周方向に励
磁する。いま、トルク伝達軸21にトルクが加わると、
予め付与された誘導磁気異方性の方向に応じて、環状磁
心22! 、222の透磁率はそれぞれ増減の変化を生
じる。この変化量を検出用コイル251゜252で正弦
波電圧に変換し、検波回路27に加え、更に積分回路2
8及びA/Dコンバータ29を経てサンプルホールド回
路30に導入する〇 一方、トルク伝達軸21の別の位置には回転数センサ3
1が配設されてお9、この回転数センサ31により得ら
れる回転数信号をダートパルス発生回路32に送シ、更
に回転数に同期させたパルス周期及びパルス幅を有する
ダートパルス信号をサンプルホールド回路3θに導入す
る。
シタ力って、サンプルホールド回路30ではケ9−トパ
ルス信号により)ルク伝達軸2ノに固定されている環状
磁心221.222の日周上の特定の一部分の磁気特性
変化による出力電圧を、1回転につき1つのデジタル出
力値として得ることができる。更に、このデジタル出力
値’(r D/Aコンバータ33によ、9DCアナログ
出力電圧に変換することによシ、高Sハで、かつ安定し
たトルク検出を行なうことができる。
しかして、本発明のトルクセンサによれば、トルク伝達
軸21の回転数に同期させた・ぐルス周期及びパルス幅
を有するダートパルス信号を用いることによシ、環状磁
心221,222の周方向の特定の一部分の磁気特性変
化全等価的に静止状態下で検出することができる。した
がって、トルク伝達軸21の円周上に固定した磁性金属
薄帯221.222の透磁率が円周上に常に一定の値で
なくとも、正確にトルク検出を行なうことができる。ま
た、トルク伝達軸2ノとしてFe系などの強磁性体を用
いても、その透磁率変化に起因する出力変動がなくな9
、高Sハの安定したトルク検出を行なうことができる。
更に、装置全体と小型化することができ、狭空間にも収
納することができる。
事実、上記トルクセンサを用いてトルク伝達軸21ON
= 200 Orpmにおける動トルクを検出したとこ
ろ、第5図に示す如く極めて優れた線形性を有している
ことが判明した。
なお、第5図の出力はデジタル出力値をD/Aコンバー
タ33によシミ圧に変換したものであるが、任意のD/
Aコンバータによシ出力を可変とすることができる。ま
た、デジタル出力値を直接マイクロコンピュータに導入
することができるので付加価値が大きい。
また、上記実施例ではデジタル信号処理を行なったが、
VDコンバータ29 及ヒD、/Aコンノ々−タ33を
省き、サンプルホールド回路30でアナログ信号を処理
しても同様の結果が得られた。
なお、上記実施例と同様な効果は磁性金属薄帯トシてパ
ーマロイ、センダスト、Fe−3t合金を用いた場合、
また検出用磁心としてアモルファス合金、パーマロイ、
センダスト、Fe−8ノ合金を用いた場合にも得られた
また、上記実施例のトルクセンサではトルク伝達軸の全
周に環状磁心を固定したが、トルク伝達軸の周方向の一
部分にのみ磁性金属薄帯全固定して動トルクを検出した
場合でも、同様に高SlN比の安定した出力電圧を得る
ことができる。
更に、上記実施例では2個の検出磁心を用い、励磁用コ
イルは和動結合、検出用コイルは差動結合としたが、ト
ルクの正負を知る必要がない場合には、検出磁心を1個
だけにしてもよい。
また、2個の検出磁心を用いる場合でも、検出用コイル
を和動結合としてもよい。ただし、正負のトルク′ff
:、線形性よく、高出力で検出するには、上記実施例の
ような構成とすることが望ましい。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、トルク伝達軸の材質
や磁性金属薄帯内での透磁率の変化の影q4Iを受けず
、広範囲の材質のトルク伝達軸のトルクを高S/N比で
安定して検出できる等工業上極めて実用性の高いトルク
センサを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は非接触方式のトルクセンサの原理図、第2図(
a)及び(b)はそれぞれ従来のトルクセンサの構成図
、第3図は本発明の実施例におけるトルクセンサの構成
図、第4図は同トルクセンサの回路構成図、第5図は同
トルクセンサによる動l・ルク検出特性図である。 2ノ・・・トルク伝達軸、221 m 222 ・・・
環状磁心、23..232・・・検出用磁心、241 
。 242・・・励磁用コイル、251.252・・・検出
用コイル、26・・・発振器、27・・・検波回路、2
8・・・積分回路、29・・・めコンバータ、30・・
・サンプルホールド回路、31・・・回転数センサ、3
2・・・ケゝ−トノクルス発生回路、33・・・D/A
コンバータ。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 lま第1図 第3図 第4図 第5図 手続補正書 昭和 qO・6..13 目 特許庁長官 志 賀 学 殿 ■、事件の表示 特願昭59−47907号 2、発明の名称 1・ ル り セ ン サ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 6、補正の対象 7、補正の内容 (1)特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。゛(2)
明細書第6頁第11行から同頁第12行にかけて、「1
回転につき1つの」とあるを削除する。 (3)明細書第13頁第4行目の後に下記の文を加入す
る。 記 更に、上記実・施例では1回転につき1つの検出信号を
得る場合について説明したが、これに限らず1回転につ
き複数のゲートパルス信号を発生させることにより、1
回転につき複数の検出信号をfj)るようにしてもよい
。 2、特許請求の範囲 磁歪を有する磁性金属薄帯をト“ルク伝達軸に固定し、
該トルク伝達軸に加えられたトルクにより前記磁性金属
薄帯の磁気特性が変化することを利用してトルクの非接
触検出を行なうトルクセンサにおいて、前記トルク伝達
軸の回転数に同期させたゲートパルス信号を用い、前記
磁性金属薄帯の周方向の特定の一部分の磁気特性変化を
検出信号として得ることによりトルク検出を行なうこと
を特徴とするトルクセンサ。 出願人代理人 弁理士 鈴江 武彦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸に固定し、該
    トルク伝達軸に加えられたトルクによシ前記磁性金属薄
    帯の磁気特性が変化することを利用してトルクの非接触
    検出を行なうトルクセンサにおいて、前記トルク伝達軸
    の回転数に同期させたダートパルス信号を用い、前記磁
    性金属薄帯の周方向の特定の一部分の磁気特性変化を1
    回転に1つの検出信号として得ることによりトルク検出
    を行なうことを特徴とするトルクセンサ。
JP4790784A 1983-12-17 1984-03-13 トルクセンサ Granted JPS60192233A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4790784A JPS60192233A (ja) 1984-03-13 1984-03-13 トルクセンサ
EP84308792A EP0146382B1 (en) 1983-12-17 1984-12-17 Torque sensor of noncontact type
DE8484308792T DE3481546D1 (de) 1983-12-17 1984-12-17 Beruehrungsfreie drehmomentfuehler.
US06/682,269 US4590807A (en) 1983-12-17 1984-12-17 Torque sensor of noncontact type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4790784A JPS60192233A (ja) 1984-03-13 1984-03-13 トルクセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60192233A true JPS60192233A (ja) 1985-09-30
JPH0522858B2 JPH0522858B2 (ja) 1993-03-30

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ID=12788445

Family Applications (1)

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JP4790784A Granted JPS60192233A (ja) 1983-12-17 1984-03-13 トルクセンサ

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JP (1) JPS60192233A (ja)

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760745A (en) * 1986-12-05 1988-08-02 Mag Dev Inc. Magnetoelastic torque transducer
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JPS589034A (ja) * 1981-07-09 1983-01-19 Kosuke Harada アモルフアス磁性薄帯によるトルクセンサ
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JPH0522858B2 (ja) 1993-03-30

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