JPS6055681A - Torque sensor - Google Patents
Torque sensorInfo
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- JPS6055681A JPS6055681A JP58164856A JP16485683A JPS6055681A JP S6055681 A JPS6055681 A JP S6055681A JP 58164856 A JP58164856 A JP 58164856A JP 16485683 A JP16485683 A JP 16485683A JP S6055681 A JPS6055681 A JP S6055681A
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a torque sensor that detects torque without contact.
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
おる。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装である。Torque is one of the basic quantities when controlling a rotational drive system. In order to accurately detect torque, it is essential that the detection mechanism be a non-contact type.
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、クス研究会資料ＭＡＧ−
８１−７２）。In recent years, a non-contact torque sensor as described above that uses a thin strip of amorphous magnetic alloy has been proposed (IEE of Japan Magnety, Cus Research Group Material 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
トルク伝達軸であり、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ＫｉＩ導磁導磁気性方性’４が
付与されている。なお、前記環状磁心２の周囲には飼え
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。The general structure of this torque sensor is as shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a rotating shaft on which torque is to be detected, that is, a torque transmission shaft, and an annular magnetic core 2 made of an amorphous magnetic alloy is wound around and fixed to this torque transmission shaft 1. This annular magnetic core 2 is preliminarily given an inclination direction KiI permeation/conduction magnetic orientation '4 at an angle θ with respect to the circumferential direction 3 thereof. In addition, a detection coil (not shown in the figure) is disposed close to the annular magnetic core 2.
Furthermore, this detection coil is connected to a detection circuit (not shown).
上記トルクセンナの原理を概略的に説明する。The principle of the torque sensor described above will be briefly explained.
ここで、説明を簡単にするためにθ〉４５°、飽和磁歪
定数λ８〉Ｏ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Ｊ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（＝ａλ、
・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１ｊＫｕ７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６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り電圧の変
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。Here, to simplify the explanation, it is assumed that θ>45° and the saturation magnetostriction constant λ8>O. Now, torque 5 is applied to torque transmission shaft 1.
When , the strain stress generated on the torque transmission axis J is transmitted to the annular magnetic core 2, and a tension force σ is generated in the annular magnetic core 2 in the +45'' direction and a compressive stress -σ is generated in the -45° direction. Along with this, the annular magnetic core 2 has induced magnetic anisotropy Ku'6 (=aλ,
・σ) is induced. As a result, the induced magnetic anisotropy changes to 1jKu7 as a combination of Ku' and Ku'. in general,
The magnetic permeability of a magnetic material changes depending on the direction of induced magnetic anisotropy with respect to the excitation direction. Therefore, the change in magnetic permeability caused by the change in the direction of the magnetic anisotropy of the annular magnetic core 2 can be measured as a change in voltage using, for example, a detection coil and a detection circuit connected thereto, and from that value, the torque Torque 5 applied to transmission shaft 1 can be detected.
なお、上記トルクセンサの貌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音用いた場合につい
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ｉ４−マロイ（Ｆ・−Ｎ１合金）、センダスト
（Ｆ・−Ａｔ−８ｉｍ）、Ｆｅ−８１合金など池の磁性
体を用いることができる。In the above description of the torque sensor, we have described the case where an amorphous magnetic alloy is used as the magnetic material constituting the annular magnetic core. Magnetic materials such as N1 alloy), Sendust (F.-At-8im), and Fe-81 alloy can be used.
上述した透磁率の変化の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。The mechanism for detecting the change in magnetic permeability described above is shown in Fig. 2(a).
and (b) are known.
第２図（、）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１３ｆ用い
て環状磁心Ｊ２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′を用
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Ｊ ４’を巻いて出力を検出するものである。In FIG. 2(,), an annular magnetic core 12 made of a magnetic metal ribbon is fixed to a hollow torque transmission shaft 11, and the annular magnetic core J2 is excited in the circumferential direction using a solenoid coil 13f.
The output is detected by winding the wire. Also, the same figure (b)
An annular magnetic core 12 made of a magnetic thin ribbon is fixed to a torque transmission shaft 11, and a solenoid coil 13' wound around the outer periphery is used to excite the annular magnetic core 12 in the width direction, and a detection winding J4 is installed outside the annular magnetic core 12. ' is used to detect the output.
しかし、このようにソレノイドコイルを用いたものはエ
ンジントルク検出のような複雑がっ狭空間の回転軸トル
クを検出する場合、コイルを巻く作業が繁雑である等実
用上の問題が多い。However, such a device using a solenoid coil has many practical problems such as the complicated work of winding the coil when detecting rotating shaft torque in a complicated and narrow space such as engine torque detection.
そこで、例えば第３図に示すようなソレノイドコイルの
代わりに磁心を用いたエンジントルク用の検出装置が知
られている。すなわち、トルク伝達軸２１に磁性金属薄
帯の環状磁心２２を固定し、この環状磁心２２上に磁心
２３を非接触状態で固定し、これに励磁コイル２４及び
検出コイル２５を巻いて出力を得るものである。Therefore, there is known an engine torque detection device using a magnetic core instead of a solenoid coil, as shown in FIG. 3, for example. That is, an annular magnetic core 22 made of a magnetic metal ribbon is fixed to the torque transmission shaft 21, a magnetic core 23 is fixed on the annular magnetic core 22 in a non-contact state, and an excitation coil 24 and a detection coil 25 are wound around this to obtain an output. It is something.
なお、図中の太線矢印Ｂは磁束を示す。このように磁心
を用いればソレノイドコイルｔ−用いた場合のような問
題は生じない。Note that the thick arrow B in the figure indicates magnetic flux. If a magnetic core is used in this way, the problem that occurs when a solenoid coil T- is used does not occur.
ところで、従来、上記磁心材料としてはＦ・−Ｎ１合金
（）ｔ−マロイ）が用いられている。By the way, F.-N1 alloy (t-malloy) has conventionally been used as the magnetic core material.
しかし、パーマロイは応力に対する磁気特性の変化が大
きく、磁心製造中あるいは巻線工程中に磁気特性が劣化
し、所定の出力が得られないなど信頼性に開路があった
。また、高周波における透磁率が小さく、高周波動作に
対しては充分な出力が得られないという問題もあった。However, permalloy's magnetic properties change greatly in response to stress, and the magnetic properties deteriorate during the manufacturing of the magnetic core or during the winding process, resulting in failures in reliability, such as inability to obtain the desired output. Another problem was that the magnetic permeability at high frequencies was low and sufficient output could not be obtained for high frequency operation.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大きな
出力を安定して得ることができるトルクセンサを提供し
ようとするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a torque sensor that can stably obtain a large output.
本発明のトルクセンサは、磁性金属薄帯の磁５−
負特性の変化を酸化物磁性体からなる磁心を用いて検出
することを特徴とするものである。The torque sensor of the present invention is characterized in that it detects changes in the magnetic 5-negative characteristics of a magnetic metal ribbon using a magnetic core made of an oxide magnetic material.
一般に励磁方向におけるインダクタンス変化に基づく出
力電圧の変化は次式で表わされる。Generally, the change in output voltage based on the change in inductance in the excitation direction is expressed by the following equation.
ΔＥ＝２πｆψＮ−ΔＢ−ＡＸＩＯ″″８Ｎ：巻線数、
ΔＢ二トルク印加による磁束変化、Ａ：磁性体断面積、
ｆ：励振周波数
すなわち、出力電圧ΔＥは励振周波数ｆに比例して増大
する。ΔE=2πfψN−ΔB−AXIO″″8N: Number of windings,
ΔB Magnetic flux change due to two torque application, A: Magnetic body cross-sectional area,
f: Excitation frequency, that is, the output voltage ΔE increases in proportion to the excitation frequency f.
酸化物磁性体は一般に高周波領域での高透磁率、低鉄損
、低保磁力など優れた軟質磁気特性を示すことが知られ
ているので、酸化物磁性体からなる磁心を用いれば大き
な出力電圧を安定して得ることができる。したがって、
検出感度を大幅に改善することができ、ひいてはトルク
センサの小型化、高精度化を達成することができる。Oxide magnetic materials are generally known to exhibit excellent soft magnetic properties such as high magnetic permeability, low iron loss, and low coercive force in the high frequency region, so if a magnetic core made of oxide magnetic materials is used, a large output voltage can be achieved. can be obtained stably. therefore,
Detection sensitivity can be greatly improved, and as a result, the torque sensor can be made smaller and more accurate.
本発明における酸化物磁性体としては大きな透磁率が得
られるＭｕ−Ｚｎｎ系フシイ）、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライ
ト等が望ましい。As the oxide magnetic material in the present invention, Mu--Znn type ferrite, Ni--Zn type ferrite, etc., which can obtain high magnetic permeability, are desirable.
６一 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を第４図を参照して説明する。61 [Embodiments of the invention] Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG.
図中３１はトルク伝達軸であり、このトルク伝達軸３Ｊ
には磁歪の大きい非晶質合金薄帯からなる環状磁心３２
が巻回されて固定されている。この環状磁心３２上には
１ｍｍのギャップを保ってＵ型の磁心３３が固定されて
いる。この磁心３３は２３．７モル％ＺｎＯ，２３，８
モルチＭｎ０１５２．５モｎ、 ％ Ｆｅ１２．からな
るＭｎ −Ｚ ｎ系フェライトで形成されている。また
、この磁心Ｓ３にｔよ巻Ｉｖｉ１３４が施されている。31 in the figure is a torque transmission shaft, and this torque transmission shaft 3J
has an annular magnetic core 32 made of an amorphous alloy ribbon with large magnetostriction.
is wrapped and fixed. A U-shaped magnetic core 33 is fixed on this annular magnetic core 32 with a gap of 1 mm maintained. This magnetic core 33 is made of 23.7 mol% ZnO, 23.8
Molch Mn0152.5 mon, % Fe12. It is formed of Mn-Zn-based ferrite. Further, a t-length winding Ivi 134 is applied to this magnetic core S3.
この巻線Ｓ４に１００ｋＨｚの交流を印加してトルクを
測定し友、また、上記実施例の磁心３３と同一大きさの
パーマロイからなる磁心を用い、同様にトルクを測定し
た。この時のトルクに対する出力電力特性を第５図に示
す。Torque was measured by applying an alternating current of 100 kHz to this winding S4, and the torque was also measured in the same manner using a magnetic core made of permalloy having the same size as the magnetic core 33 of the above embodiment. The output power characteristics with respect to torque at this time are shown in FIG.
第５図から明らかなようにＭｎ−Ｚｎ系フェライトから
なる磁心を用いた場合（曲線ａ）の方がパーマロイから
なる磁心を用いた場合（曲線ｂ）よりも大きな出力電圧
が得られることがわかる。As is clear from Figure 5, a larger output voltage can be obtained when using a magnetic core made of Mn-Zn ferrite (curve a) than when using a magnetic core made of permalloy (curve b). .
なお、上記実施例ではＵ型の磁心としてＭｎ−Ｚｎ系フ
ェライトからなるものを用いたが、これに限らすＮｉ−
Ｚｎ系フェライト等他の酸化物磁性体からなる磁心を用
いた場合にも、ノクーマロイからなる磁心を用いた場合
よりも大きな出力電圧が得られることが確認された。In addition, in the above embodiment, a U-shaped magnetic core made of Mn-Zn ferrite was used, but it is not limited to this.
It has been confirmed that even when a magnetic core made of other oxide magnetic materials such as Zn-based ferrite is used, a larger output voltage can be obtained than when a magnetic core made of Nokuumalloy is used.
以上詳述した如く本発明によれば、大きなトルクを安定
して検出し得るトルクセンサを提供でき、ひいてはトル
クセンサの小型化、高精度化を達成できる等実用上顕著
な効果を奏するものでおる。As detailed above, according to the present invention, it is possible to provide a torque sensor that can stably detect a large torque, and it also achieves remarkable practical effects such as being able to achieve miniaturization and high accuracy of the torque sensor. .
第１図は非接触方式のトルクセンナの原理図、第２図（
ａ） ｌ （ｂ）及び第３図はそれぞれ従来のトルクセ
ンサの構成図、第４図は本発明の実施例におけるトルク
センナの構成図、第５図は従来及び本発明の実施例のト
ルクセンサのトルク検出特性図である。
３１・・・トルク伝達軸、３２・・・環状磁心、３３・
・・（Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト）磁心、３４・・・巻線
。
出願人代理人 弁理士 鈴江 武 彦
９−
第３図
第４図
第５図
寸
トルク（ｋｇ・ｍ）Figure 1 shows the principle of a non-contact type torque sensor, Figure 2 (
a) l (b) and FIG. 3 are block diagrams of a conventional torque sensor, FIG. 4 is a block diagram of a torque sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram of a torque sensor according to a conventional torque sensor and a torque sensor according to an embodiment of the present invention. It is a torque detection characteristic diagram. 31... Torque transmission shaft, 32... Annular magnetic core, 33...
... (Mn-Zn ferrite) magnetic core, 34... winding. Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue 9- Figure 3 Figure 4 Figure 5 Dimensions Torque (kg・m)
Claims (1)
定し、該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
出を行うトルクセンサにおいて、酸化物磁性体からなる
磁心を用いて前記磁性金属薄帯の磁気特性の変化の検出
を行うことを特徴とするトルクセンサ。Non-contact detection of torque by winding and fixing a magnetostrictive magnetic metal ribbon around a torque transmission shaft and utilizing the fact that the magnetic properties of the magnetic metal ribbon change due to the torque applied to the shaft. A torque sensor, characterized in that the sensor detects changes in the magnetic properties of the magnetic metal ribbon using a magnetic core made of an oxide magnetic material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164856A JPS6055681A (en) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | Torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164856A JPS6055681A (en) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | Torque sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6055681A true JPS6055681A (en) | 1985-03-30 |
Family
ID=15801210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58164856A Pending JPS6055681A (en) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | Torque sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055681A (en) |
-
1983
- 1983-09-07 JP JP58164856A patent/JPS6055681A/en active Pending
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