JPS60195430A - トルク検出装置 - Google Patents

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」 この発明は１例えば回転軸などの受動軸の軸トルクを非
接触で測定するトルク検出装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、受動軸例えば回転軸の軸トルクを測定する方法と
しては、ストレンゲージを回転軸に貼り付けて、トルク
による軸のねじれに起因するストレンゲージの抵抗値変
化によりトルクを検出する方法、既知のヤング率を有す
る中間軸を駆動側と負荷側との間に挿入して、その中間
軸のねじれを位相差として検出する方法、さらに外力つ
まりトルクにより磁性材軸即ち回転軸の透磁率が変化す
るいわゆる磁歪効果を利用する方法等がある。ストレン
ゲージを軸に貼りつける方法は、ストレンゲージの貼り
つけの良否如何により精度が左右されるという不都合が
あるうえ、加えて出力信号の取り出したスリップリング
、テレメータ等を取り付ける必要があり装置が大きくな
る０さらに加えて、高速回転、長時間運転ｔ′（なると
、スリップリングの電気抵抗１＋ｉが変化してノイズが
発生しやすいなどの欠点がある。中間軸のねじれによる
位相差を検出する方法は、電気回路が複雑となるため高
価であり、また回転軸の高速回転時と低速１０１転時の
検出が両立しがたいという不都合を持つ。磁性材軸を用
いて磁歪効果を利用する方法は、実際の軸が利用できる
という利点はあるが、しかし一方では通常の軸は強度に
その多くの注意が払われ。

磁気特性についてはあまり考慮されていないので。

磁気的にはなはだ不均一である。このため、この軸の磁
気的不均一性による出力の回転角依存性すり なわち、軸の回転に伴なう出力のドラフトを持つ。

換言すれば回転角によって出力が変動するという欠点を
持っている。もつともこの出力変動は、軸のまわりに複
数個の検出器を設けることなどによって補正することは
できるが、構造がそれだけ複雑になり、好ましい方法と
はいえない。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来装置の欠点を除去するため
になされたものであり、受動軸の外周に軸方向に対し４
５°の角度をもって複数条の細長い磁性層を固着し、こ
の磁性層を包囲するように上記受動軸と所定のギャップ
を隔てて検出コイルを巻回し、この検出コイルを用いて
上記磁性層を磁心とした自励式発振回路を構成し、トル
ク印加時の上記磁性層の透磁率変化によって生ずる上記
発振回路の発振周波数の変化を検出することにより。

印加されたトルクの大きさと方向を非接触で検出できる
トルク検出装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の動作原理を説明するだめの図である
。一般に磁性材に応力を加えると、その磁気特性が変化
することはよく知られており、引張応力によって透磁率
は増加し、圧縮応力によって透磁率は減少する。ところ
で第１図に示すように受動軸（１１にトルクＴを印加す
ると、中心軸（２）に対し±４５°方向に応力σが生じ
る。つまり中心軸（２）に対し＋４５°の角度をもつ線
上に引張応力σが発生し、−４５°の角度をもつ線上に
圧縮応力−σが生じる。したがって受動軸（１）の外周
に高磁歪材からなる磁性層を固着し、トルクが加わった
時の磁気ひずみ効果を利用すれば、トルクの検出が１１
能となる。

第２図はこの発明の一実施例を示す構造図である。ｆ１
１ｆ′ｉ中心４４１１　＋２１をもつ回転軸などの受動
軸（以下回転軸として説明を進める）でめり、軸受（３
）。

（４）により回転自在に支承さルている。この回転軸＋
１１はトルクに耐え得る充分な機械的強度をもつものと
する。（５）は高磁歪材からなる複数条の細長い形状の
磁性層であり、受動軸（１）の外周にその軸方向に対し
４５°の角度をなして固着されている。この磁性層（５
）としては、軟磁性の非晶質金属が望ましい。何故なら
、非晶質金属は薄いシート状で得られ、高磁気ひずみ特
性を持ち、また機械的強度もすぐれているからである。

（６）は上記受動軸ｉ１１の外周と所定の間隔をおいて
設けられた。受動１ｌｂｆ＋１と同一の中心軸をもつ円
筒状のコイルボビンであり、非磁性材でできている。（
７ａ）、　（７ｂ）は上記磁性層（５）全包囲するよう
にコイルボビン＋ａ＋を介して受動軸［１１に巻回され
た一対の検出コイルである。

第３図はこの発明の一実施例を示す電気回路図である。

この電気回路は、上記第２図における受動１１＋　ｆ＋
１への印加トルクを電気信号に変換するためのものであ
り、検出コイル（７ａ）、　（７ｂ）を用いて構成され
た。磁性層（５）を固着した受動軸（１１を磁心とする
自励式発振回路（８）である。この実施例では周知の抵
抗コンデンサ結合型インバータ、いわゆる磁気マルチバ
イブレータにより構成されている。図中＋　ｔ９１＋　
ｕｎはトランジスタ、０υ、ｕｚは結合抵抗。

０３、Ｈは結合コンデンサ、　ａｓ、　ｂｅは抵抗＋ｖ
ＱＱは駆動電源＋ｖＯは出力信号である。さて上記発振
回路（８）は、磁性層（５）を固着した受動軸（１）そ
のものを磁心として利用し、上記磁性層（５）を包囲す
る検出コイル（７ａ）、　（７ｂ）を発振回路（８）の
コレクタ巻線として設ける構造となっているから、上記
発振回路（８）のトランジスタ＋９１．［１Ｇの導通時
間は、主にコレクタ巻線のインダクタンス、トランジス
タ等の定数で決まり、それはトランジスタがＯＮＬ、て
からコレクタ電流が徐々に増加し、トランジスタの飽和
を維持できない値に達するまでの時間となる。ところで
、磁心の透磁率が変化すれば、コレクタ巻線のインダク
タンスはそれに比例して変化するので、その変化に応じ
て導通時間も変化する。したがって、この変化は発振回
路（８）のトランジスタ（９）または０１のコレクタ電
圧ｖｏを出力として取り出せば１発振周波数の変化とｌ
工ってあられ扛る。今。

第２図に示す方向にトルクが加わると、中心軸（２）に
対して４５°方向に固着された磁性層（５）は十分細長
い形状をしているので、はとんど引張り応力のみを受け
てその透磁率が増加する。そのため検出コイル（７ａ）
、　（７ｂ）のインダクタンスが増加し９発振回路の発
振周波数は低くなる。逆方向のトルクが加わると、今度
は磁性層（５）は圧縮応力を受けて。

その透磁率が減少するので検出コイル（７ａ）、　（７
ｂ）のインダクタンスは減少し１発振周波数は逆に高（
なる。いうまでもなく、この発振周波数の変化は印加ト
ルクの大きさに比例するので、この周波数変化を検出す
れば、印加トルクの大きさを検出することができる。こ
の周波数変化の検出は１図示しないが周知の周波数−電
圧変換器などを用いれば容易に検出できることはいうま
でもな（・。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、受動軸外周に。

その中心軸に対して４５°の角度をなすように固着した
複数条の細長い形状の磁性層と、これらを包囲するよう
に所定のギャップをおいて巻回された検出コイルを用い
て自励式発振回路を構成し、受動軸そのものを発振回路
の帰還要素として用い。

ト２レク印加時に生じる上記磁性層の透磁率変化を上記
発振回路の出力信号の発振周波数変化として検出してト
ルクを検出するようにしたので、非接触で静止時及び回
転時双方のトルクを方向を含めて検出できるという効果
を有する。さらに検出コイルは軸に回転対称に巻回しで
あるので、出力が軸の回転角依存性を持たないという効
果も有する。

また検出部分が磁性層と、これを包囲する２個の検出コ
イルでこと足り、構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の動作原理を説明するための図、第２
図はこの発明の一実施例を示す構造図。 第３図はその電気同略図であり１図において、（１）は
受動軸、（５）は磁性層、　（７ａ）、　（７ｂ）は検
出コイル。 （８）は自励式発振回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。 代理人　大　岩　増　雄　（ほか２名）菟　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）トルクを受ける受動軸の外周に、軸方向に対して
   ４５°方向に固着された複数条の細長（・磁性層、この
   磁性層を包囲するように上記受動軸に所定のギャップを
   隔てて巻回された検出コイル、この検出コイルを用いて
   構成された。」二記磁性層を固着した受動軸を磁心とす
   る自励式発振回路を備え、トルクによる」二記磁性層の
   透磁率変化を−に記発振回路の発振周波数として検出す
   るようにしたことを特徴とするトルク検出装置。 ＋２１　検出−’イルが、一対のコレクタ巻線からなり
   、自励式発振回路が抵抗結合型インバータ［四路からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１ｆＡ記載のトル
   ク検出装置。 （３）磁性層が、軟磁性の非晶質金属であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のトルク検出装置。