JPS6044842A - 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１ｌｌｌｌ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
には外方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
。

ストレンゲージを回転軸に貼り付ける方法は、ストレン
ゲージの貼り付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、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。

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回転時の検出が両立
しがたいという不都合をもつ。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。もつともこの出力のドリフトつまり出力
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のもの〜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に回転対称
に検出コイルを巻回し、この検出コイルを用いて上記受
動軸を磁心とした磁気飽和形発振回路を構成し、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発振回
路の出力周波数の変化を検出することにより、印加され
たトルクの大きさを検出しようとするものである。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す構造図であり、（１
）は回転軸などの受動軸（以下回転軸として説明を進め
る）であり、軸受（２１、（３）により回転自在に支承
されている。この回転軸（１）はステンレス鋼などの非
磁性材でできており、トルクに耐え得る十分な機械的強
度をもつものとする。（４）は上記回転軸（りの外周に
、接、着剤等により確実に固着された磁性材からなる磁
性層であり、この磁性層としては軟磁性で高磁気ひずみ
特性をもつものが望ましく、非晶質金属がよい。何故な
ら、非晶質金属は高磁気ひずみ特性をもち２機械的強度
にもすぐれ、温度による特性変化も小さいからである。

（５）は回転軸＋１１と同一の中心軸をもつ円筒状のコ
イルボビン、（６）は上記磁性層（４）を包囲するよう
にコイルボビン（５）を介して回転軸（１）に巻回され
た検出コイルである。

第２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１図における回転軸（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９図は
周知のロイヤー発振回路である。

ロイヤー回路に使用する磁心としては、上記磁性層（４
）を固着５．シた回転軸（１）そのものを利用し、磁性
層（４）を包囲する検出コイル（６）としては、一対の
コレクタ巻線（７Ｃ）　ｊ　（８ｃ）と一対のベース巻
線（７ｂ）　ｆ（８ｂ）を巻回する。このコレクタ巻線
（７ｃ）　、　（８ｃ）　。

ベース巻線（７ｂ）　？　（８ｂ）は、それぞれ２重巻
きにより構成する。第２図において、　（９１、ｆｉｌ
はトランジスタ、　６１１　、αのは回路を安定に動作
させるためのバイアス抵抗、　Ｖｃｃは駆動電源、υ０
は出力信号である。

さて９回転軸（１）にトルクが加えられると、軸外周面
に固着されている磁性層（４）にも応力が加わり。

その磁気特性が変化する。この磁気特性の変化は。

上記磁性層（４）に幅方向の磁化を与えた場合には第３
図に示すように磁束の高いレベルでの透磁率の低下とな
る。また磁性層（４）を固着した回転軸（１）を磁心と
するロイヤー発振回路は、磁気飽和形のプッシュプル発
振回路であり９回転軸ｆｌｌ上の磁性層（４）には幅方
向の磁化を与える向きに磁束が通る。

そしてその発振周期は、磁心すなわち磁性層（４）の磁
束レベルが飽和値を往復する時間となる。

したがって回転軸（１１にトルクが加わると、上記のよ
うに磁性層（４）の透磁率が低下し、磁心が飽和するま
での時間が長くなるために、ロイヤー発振回”路の発振
周波数が低くなる。この周波数の変化は加えられたトル
クに比例するので、この周波数変化を測定することによ
り加えられたトルクの太きさを検出することができる。

なお、ロイヤー発振回路の出力信号としては、コレクタ
電圧に矩形波信号υ０が現われるので、この信号を用い
ればよい。

上記実施例では磁気飽和形発振回路としてロイヤー発振
回路を用いる場合を示したが、第４図に示すようにやは
り磁気飽和形発振回路である周知の抵抗結合型インバー
タ回路を用いても同様の目的を達成し得る。この場合に
は、ペース巻線が不要となるので検出コイル（６）が簡
単になるという効果が期待できる。第４図において、α
３　、１４）は磁性層（４）を包囲するように回転軸（
１）に巻回されたコレクタ巻線、　ａｓ　、　＋＋ｅは
トランジスタ、ａり、０８はコンデンサ、　ｉｌｌ　、
　ｍ　、　０υ、（２）は抵抗である。

なお上記説明では、受動軸が回転軸である場合について
述べたが９回転軸に限定されるものでないことはいうま
でもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、受動軸外周面上に固着
した高磁歪材からなる磁性層と、この磁性層を包囲する
ように受動軸に巻回した検出コイルとを用いて磁気飽和
形発振回路を構成し、磁性層をもつ受動軸そのものを発
振回路の帰還要素として利用し、トルク印加時に生ずる
上記磁性層の透磁率変化を発振回路の出力信号の周波数
変化として検出してトルクを検出するようにしたので。

非接触状態で静止時及び回転時双方のトルクが検出でき
、しかも検出コイルを受動軸に回転対称に巻回している
から出力が軸の回転角依存性を持たないという効果があ
る。また出力を周波数変化として取り出せるので、ディ
ジタル処理に適するという効果を奏する。さらに、検出
部分が磁性層とこれを包囲する検出コイルとでこと足り
、その構造が非常に簡単であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構造図で。 第２図はその電気回路図、第３図はこの発明の詳細な説
明するための磁気特性図、第４図はこの発明の他の実施
例を示す電気回路図であり９図において、（１）は受動
軸、（４）は磁性層、（６）は検出コイル。 （７ｂ）　、　（ａｂ）は一対のベース巻線１　（７０
）　＊　（８ｃ）は一対のコレクタ巻線、α１．α４は
抵抗結合型インノ（−夕回路における一対のコレクタ巻
線である。 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） ｍ１図 ４ 第４図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルクを受ける受動軸の外周に固着された磁性層
   、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。上記磁性層を固着
   した受動軸を磁心とする磁気飽和形発振回路を備え、ト
   ルクによる上記磁性層の透磁率変化を上記発振回路の周
   波数変化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。
2. （２）検出コイルが、一対のコレクタ巻線と一対のペー
   ス巻線とからなり、磁気飽和形発振回路がロイヤー発振
   回路からなること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。
3. （３）検出コイルが、一対のコレクタ巻線からなり、磁
   気飽和形発振回路が抵抗結合型インバータ回路からなる
   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。
4. （４）　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。