JPS60236041A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
- Publication number
- JPS60236041A JPS60236041A JP59094896A JP9489684A JPS60236041A JP S60236041 A JPS60236041 A JP S60236041A JP 59094896 A JP59094896 A JP 59094896A JP 9489684 A JP9489684 A JP 9489684A JP S60236041 A JPS60236041 A JP S60236041A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- torque
- magnetic layer
- permeability
- shaft
- Prior art date
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- Pending
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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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- G01L3/105—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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- Physics & Mathematics (AREA)
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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。
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。
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、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ｌこ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。
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ｌこ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にスリッ
プリング７テレメータ等を取し付ける必要があり、装置
が大きくなる。さらに加えて、高速回転、長時間運転に
なると、スリップリングの電気抵抗値が変化１．て、ノ
イズが発生しやすいなどの欠点がある。中間ｔｉｌ＋の
ねじれによる位相差を検出する方法は、 １ＦＬ気回路
が株数となるため高価であり、また回転軸の＋ｔＶｉ速
回転時と低速回転時の検出が両立１２がだいという不都
合を持つ。磁性材軸を用いて磁歪効果を利用する方法は
。
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にスリッ
プリング７テレメータ等を取し付ける必要があり、装置
が大きくなる。さらに加えて、高速回転、長時間運転に
なると、スリップリングの電気抵抗値が変化１．て、ノ
イズが発生しやすいなどの欠点がある。中間ｔｉｌ＋の
ねじれによる位相差を検出する方法は、 １ＦＬ気回路
が株数となるため高価であり、また回転軸の＋ｔＶｉ速
回転時と低速回転時の検出が両立１２がだいという不都
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に［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、すなわち軸の回転に
伴なう出力のドリフトを持つ、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
となどによって抽圧することはできるが、構造がそれだ
け複雑になり、好ましい方法とけいえない。′また。こ
れら多くの方法は１曲げ応力による誤差１周囲温度変化
に伴なう材質の特性変化による誤差を生じ、悪環境下２
例えば振動を伴な゛う環境、高温、低温のもとての使用
等がむずかしいという欠点を持つ。
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、すなわち軸の回転に
伴なう出力のドリフトを持つ、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
となどによって抽圧することはできるが、構造がそれだ
け複雑になり、好ましい方法とけいえない。′また。こ
れら多くの方法は１曲げ応力による誤差１周囲温度変化
に伴なう材質の特性変化による誤差を生じ、悪環境下２
例えば振動を伴な゛う環境、高温、低温のもとての使用
等がむずかしいという欠点を持つ。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたものであり、受動軸の外周しかも受動軸の
中心軸に対しである一定の角度を持たせて、かつ２つの
磁性層が互いに対称になるように構成し、各磁性層の透
磁率変化の差を検出することにより、加えられたトルク
の大きさと方向を曲げ応力や周囲温度の変化の影響を受
けずに。
めになされたものであり、受動軸の外周しかも受動軸の
中心軸に対しである一定の角度を持たせて、かつ２つの
磁性層が互いに対称になるように構成し、各磁性層の透
磁率変化の差を検出することにより、加えられたトルク
の大きさと方向を曲げ応力や周囲温度の変化の影響を受
けずに。
非接触で検出できるようにしようとするものである。
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。
。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。
引張り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−ＩＩ（１）にトルクＴを印加すると、中心軸（２）
に対し＋４５°方向に最大応力σが生じる。
透磁率は減少する。ところで、第１図に示すように、受
動−ＩＩ（１）にトルクＴを印加すると、中心軸（２）
に対し＋４５°方向に最大応力σが生じる。
つまり中心軸（２）に対し＋４５°方向の角度をもつ線
上に最大の引張り応力σが、−４５°方向の角度をもつ
線上に最大の圧縮応力−σが生じる。従って。
上に最大の引張り応力σが、−４５°方向の角度をもつ
線上に最大の圧縮応力−σが生じる。従って。
上記線上に細長い磁性材を固着すれば、トルクが加わっ
た時の磁気ひずみ効果を利用したトルクの検出が可能と
なる。磁性材を上記のように中心軸（２）に対して＋４
５°方向に固着すれば、印加トルクに対する透磁率変化
の感度が最大となるが、必ずしもその角度に限定する必
要はない。一般に、応力による磁性材のひずみ量に対す
る透磁率の変化は、あるひずみ貴以上になると飽和して
しまう。
た時の磁気ひずみ効果を利用したトルクの検出が可能と
なる。磁性材を上記のように中心軸（２）に対して＋４
５°方向に固着すれば、印加トルクに対する透磁率変化
の感度が最大となるが、必ずしもその角度に限定する必
要はない。一般に、応力による磁性材のひずみ量に対す
る透磁率の変化は、あるひずみ貴以上になると飽和して
しまう。
従って２例えば非常に大きなトルクを検出する場合には
、その傾きを４５°方向からずらせて感度を落とすこと
により、その線形領域を広げるようにすればよい。
、その傾きを４５°方向からずらせて感度を落とすこと
により、その線形領域を広げるようにすればよい。
第２図はこの発明の一実施例を示す図であり。
特に一番感蛭の高い＋４５°方向に細長い磁性層を固着
した場合の図である。図において、 （１）け中心軸（
２）を持つ回転軸などの受動軸であ！７．１１＋受（３
）。
した場合の図である。図において、 （１）け中心軸（
２）を持つ回転軸などの受動軸であ！７．１１＋受（３
）。
（４）により回転自在に支承されている。（５１、（６
）は高磁歪材からなる第１及び第２の磁性層であり、Ｆ
ｉいに対称に、この実施例では第１の磁性層は中心軸（
２）に対して＋４５°方向に、第２の磁性層は一４５６
方向に細長い磁性材を多数条受動軸外周に固層して形成
している。これらの各磁性層（５）、 （６１の材質と
しては軟磁性で高磁気ひずみ特性を持つものが望ましく
１例えば非晶質金属がよい。例数なら。
）は高磁歪材からなる第１及び第２の磁性層であり、Ｆ
ｉいに対称に、この実施例では第１の磁性層は中心軸（
２）に対して＋４５°方向に、第２の磁性層は一４５６
方向に細長い磁性材を多数条受動軸外周に固層して形成
している。これらの各磁性層（５）、 （６１の材質と
しては軟磁性で高磁気ひずみ特性を持つものが望ましく
１例えば非晶質金属がよい。例数なら。
非晶質全域は高磁気ひずみ特性を持ち機械的強度にもす
ぐれているからである。（７）は回転軸（１１と所定の
ギャップを隔てて設けられた回転軸（１）と同一の中心
軸を持つ非磁性材からなる円筒状コイルボビン、（８）
は上記第１の磁性層（５）を包囲するようにコイルボビ
ン（７）に巻回された第１の検出コイル。
ぐれているからである。（７）は回転軸（１１と所定の
ギャップを隔てて設けられた回転軸（１）と同一の中心
軸を持つ非磁性材からなる円筒状コイルボビン、（８）
は上記第１の磁性層（５）を包囲するようにコイルボビ
ン（７）に巻回された第１の検出コイル。
（９）は上記第２の磁性層（６）を包囲するようにコイ
ルボビン（７）に巻回された第２の検出コイルである。
ルボビン（７）に巻回された第２の検出コイルである。
上記検出コイル＋８１． ［ｌｌｉ、ｔ、）ルク印加時
に生じる上記第１及び第２の磁性層（５）、（６）の透
磁率変化をインダクタンス変化と１−て電気信号に変換
するだめのものである。
に生じる上記第１及び第２の磁性層（５）、（６）の透
磁率変化をインダクタンス変化と１−て電気信号に変換
するだめのものである。
いま、軸（１）にトルクが加わっていない状態では。
上記第１及び第２の磁性層の透磁率は等しいため。
上記検出コイル＋８１．（９１のインダクタンスも等し
く。
く。
従って、その差は零となる。さて、第２図に示すような
方向にトルクＴが印加されると、各磁性層＋５１ 、
ｔ６＋は十分細長い形状をしているので、第１の磁性層
（５）はほとんど引張り応力を受けてその透磁率は犬き
くなり、第２の磁性層（６）は逆にほとＸ７ど圧縮応力
を受けて透磁率は小さくなる。従って。
方向にトルクＴが印加されると、各磁性層＋５１ 、
ｔ６＋は十分細長い形状をしているので、第１の磁性層
（５）はほとんど引張り応力を受けてその透磁率は犬き
くなり、第２の磁性層（６）は逆にほとＸ７ど圧縮応力
を受けて透磁率は小さくなる。従って。
検出コイル（８）のインダクタンスは犬きく、検出コイ
ル（９）のインダクタンスは小さくなるため、その差を
とれば印加トルクの大きさに比例した正の信号を得るこ
とができる。逆方向のトルクが印加された場合は、同様
に印加トルクの大きさに比例［７た負の信号が得られる
。
ル（９）のインダクタンスは小さくなるため、その差を
とれば印加トルクの大きさに比例した正の信号を得るこ
とができる。逆方向のトルクが印加された場合は、同様
に印加トルクの大きさに比例［７た負の信号が得られる
。
ところで２回転軸ｉ１１には、使用状態によって１よ。
時としてねじりトルクの他に曲げ応力が加わることがあ
り、これも磁性層の透磁率の変化をひきおこす原因とな
り、測定誤差の要因の１つとなる。
り、これも磁性層の透磁率の変化をひきおこす原因とな
り、測定誤差の要因の１つとなる。
しかし２本発明においては、２つの対称に固着された磁
性層を設けており１曲げ応力は第１及び第２の磁性層ｆ
５＋ 、 ［６１で同様に加わるのでその透磁率変化は
同一方向となり、上記のように２つの磁性層の透磁率変
化の差を取れば２曲げ応力による影Ｉ＃は〃、いに相殺
され、ねじりトルクによる出力だけが得られる。周囲温
度変化による磁性材の特性の変化も同様の理由で相殺さ
れる。
性層を設けており１曲げ応力は第１及び第２の磁性層ｆ
５＋ 、 ［６１で同様に加わるのでその透磁率変化は
同一方向となり、上記のように２つの磁性層の透磁率変
化の差を取れば２曲げ応力による影Ｉ＃は〃、いに相殺
され、ねじりトルクによる出力だけが得られる。周囲温
度変化による磁性材の特性の変化も同様の理由で相殺さ
れる。
また、細長い磁性層を固着した１つの磁性層だけによる
検出の場合には、引張り応力と圧縮応力とで透磁率変化
に差があるためにトルク印加方向によって感度差が出る
という欠点があったが２本発明では、２つの磁性層を設
けたことにより、トルク印加方向による出力感度差はな
く、線形な出力が取り出せる。
検出の場合には、引張り応力と圧縮応力とで透磁率変化
に差があるためにトルク印加方向によって感度差が出る
という欠点があったが２本発明では、２つの磁性層を設
けたことにより、トルク印加方向による出力感度差はな
く、線形な出力が取り出せる。
〔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２つの
磁性層を設け、それぞれの磁性層を多数条の細長い磁性
相を固着することによって形成１．。
磁性層を設け、それぞれの磁性層を多数条の細長い磁性
相を固着することによって形成１．。
しかも受動軸の中心軸に対１７て一定の角度を持たせて
、かつ２つの磁性層の方向が対称になるように構成した
ので、トルク印加時に生ずる各磁性層の透磁率の変化の
差が検出でき１曲は応力及び周囲温度変化による影響を
受けずに、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。
、かつ２つの磁性層の方向が対称になるように構成した
ので、トルク印加時に生ずる各磁性層の透磁率の変化の
差が検出でき１曲は応力及び周囲温度変化による影響を
受けずに、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。
また、細長い磁性材を一定の角度に固着するだけでこと
足り、磁性１−に磁気異方性の付与等の前処理を施こす
必要がなく、製作も非常に容易であるという効果も有す
る。
足り、磁性１−に磁気異方性の付与等の前処理を施こす
必要がなく、製作も非常に容易であるという効果も有す
る。
また、固着する磁性層の傾角を変えることにより、トル
クに対する出力感度及び出力の線形領域を容易に変える
ことができる。
クに対する出力感度及び出力の線形領域を容易に変える
ことができる。
第１図はこの発明の動作原理を説明するだめの図、第２
図はこの発明の一実施例を示す構成図である。 図において、（１）は受動軸、＋５１． （６１は第１
及び第２の磁性１ｍ、＋７１はコイルボビン、 （８１
，ｆ９）は第１及び第２の検出コイルである。 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）
図はこの発明の一実施例を示す構成図である。 図において、（１）は受動軸、＋５１． （６１は第１
及び第２の磁性１ｍ、＋７１はコイルボビン、 （８１
，ｆ９）は第１及び第２の検出コイルである。 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）
Claims (2)
- （１）トルクを受ける受動軸のダ１周に、軸方向に対し
て所定の内用をもって固着された複数条の却１長い第１
の磁性層、この第１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。受動軸に加わ
るトルクによる爪１の磁性層の透磁率変化を検出する第
１の検出コイル、上記第１の磁性層と対称となるよう上
記受動軸の夕１周ζこ、軸方向に対ｌ−て所定角度をも
って固着さηた複数条の細長い第２の磁性層、この第２
の磁性層を包囲するように上記受動１■１１に所定のキ
ャップを隔てて巻回された。受動軸に加４つるトルク１
こよる第２の磁性層の透磁率変化を検出する第２の検出
コイルを備え、上記両検出コイルの出力差により、受動
軸に加わるトルクの大きさと方向を検出するようにした
ことを特徴とするトルク検出装＋ｔ。 - （２）各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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094896A JPS60236041A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094896A JPS60236041A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60236041A true JPS60236041A (ja) | 1985-11-22 |
Family
ID=14122795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59094896A Pending JPS60236041A (ja) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60236041A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6425490A (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of stress detector |
| US4833926A (en) * | 1987-07-29 | 1989-05-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive stress measurement apparatus |
-
1984
- 1984-05-09 JP JP59094896A patent/JPS60236041A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6425490A (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | Manufacture of stress detector |
| US4833926A (en) * | 1987-07-29 | 1989-05-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive stress measurement apparatus |
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