JPH0242417B2 - - Google Patents
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- JPH0242417B2 JPH0242417B2 JP9947083A JP9947083A JPH0242417B2 JP H0242417 B2 JPH0242417 B2 JP H0242417B2 JP 9947083 A JP9947083 A JP 9947083A JP 9947083 A JP9947083 A JP 9947083A JP H0242417 B2 JPH0242417 B2 JP H0242417B2
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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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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。
サに関する。
近年、回転体のトルクを正確に検出することが
求められている。この要望に対しては、回転体に
検出体が接触しない非接触方式が適している。
求められている。この要望に対しては、回転体に
検出体が接触しない非接触方式が適している。
従来、非接触方式によるトルクセンサとして
は、軸のねじり角を光や磁気により検出して間接
的にトルクを検出する間接方式によるもの、或い
は回転体に磁性体を設け、磁性体の回転による磁
気ひずみ現象を利用してトルクを検出する直接方
式等が試みられている。しかしながら実用上、使
用に耐えるものではない。
は、軸のねじり角を光や磁気により検出して間接
的にトルクを検出する間接方式によるもの、或い
は回転体に磁性体を設け、磁性体の回転による磁
気ひずみ現象を利用してトルクを検出する直接方
式等が試みられている。しかしながら実用上、使
用に耐えるものではない。
上記直接方式は間接方式に比較すると、簡便
で、かつ静止、正転、逆転時のトルクの検出が可
能で応用上好ましいが、従来のものでは磁性体の
磁気的特性の不均一により正確なトルク検出が困
難であつた。
で、かつ静止、正転、逆転時のトルクの検出が可
能で応用上好ましいが、従来のものでは磁性体の
磁気的特性の不均一により正確なトルク検出が困
難であつた。
ところで、最近アモルフアス磁性合金の磁気ひ
ずみ特性を利用し、直接、非接触でトルクを検出
するトルクセンサが提案されている（電気学会マ
グネテイツクス研究会資料、MAG−81−71）。
ずみ特性を利用し、直接、非接触でトルクを検出
するトルクセンサが提案されている（電気学会マ
グネテイツクス研究会資料、MAG−81−71）。
これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモル
フアス磁性合金薄帯を回転軸に巻いて固定し、ト
ルクによる軸のひずみ応力がアモルフアス磁性合
金薄帯に導入されるようにして、磁気ひずみ現象
によるアモルフアス磁性合金薄帯の磁気特性の変
化を外部から非接触で検出することによりトルク
を検出するものである。
フアス磁性合金薄帯を回転軸に巻いて固定し、ト
ルクによる軸のひずみ応力がアモルフアス磁性合
金薄帯に導入されるようにして、磁気ひずみ現象
によるアモルフアス磁性合金薄帯の磁気特性の変
化を外部から非接触で検出することによりトルク
を検出するものである。
即ち、前記トルクセンサは第１図に示す如く回
転軸１に嵌装されたアモルフアス磁性合金薄帯か
らなる環状磁芯２を有する。今、トルク３を回転
軸１に加えると、回転軸１にはその周方向に対し
て±45°の方向にひずみ応力が加わり、これに伴
つて回転軸１に完全密着した環状磁芯２にも同第
１図に示す如くその周方向に対してひずみ応力σ
４が生じる。
転軸１に嵌装されたアモルフアス磁性合金薄帯か
らなる環状磁芯２を有する。今、トルク３を回転
軸１に加えると、回転軸１にはその周方向に対し
て±45°の方向にひずみ応力が加わり、これに伴
つて回転軸１に完全密着した環状磁芯２にも同第
１図に示す如くその周方向に対してひずみ応力σ
４が生じる。
このトルクセンサでは、第２図に示す如く、環
状磁芯２に、その周方向に対して例えばθ＝45°
の方向に一軸磁気異方性Ku(5)を予め導入し、こ
の方向に磁化しやすいようにしている。前述した
ように、トルク３を加えると、それに応じて環状
磁芯２に生じたひずみ応力σによつて誘起された
誘導磁気異方性が加わり、一軸磁気異方性はKu
(5)からKu′(6)へ変化する。したがつて、この一軸
磁気異方性の変化量を電気的に検出することによ
り、回転軸１に加わるトルク３を検出することが
できる。具体的には、例えば環状磁芯２の周囲に
励磁巻線７及び検出巻線８を配設し、励磁巻線７
に電源回路（図示せず）を、検出巻線８に検出回
路（図示せず）をそれぞれ接続する。そして、励
磁巻線７により環状磁芯２を励磁する。回転軸１
にトルク３が加わることにより、環状磁芯２の一
軸磁気異方性が変化すると、磁束貫通方向におけ
る環状磁芯２の透磁率が変化する。この透磁率の
変化は、検出巻線７及び検出回路により、電圧変
化として検出される。したがつて、トルク３の大
きさと電圧変化の大きさとの対応関係から、トル
クを検出することができる。
状磁芯２に、その周方向に対して例えばθ＝45°
の方向に一軸磁気異方性Ku(5)を予め導入し、こ
の方向に磁化しやすいようにしている。前述した
ように、トルク３を加えると、それに応じて環状
磁芯２に生じたひずみ応力σによつて誘起された
誘導磁気異方性が加わり、一軸磁気異方性はKu
(5)からKu′(6)へ変化する。したがつて、この一軸
磁気異方性の変化量を電気的に検出することによ
り、回転軸１に加わるトルク３を検出することが
できる。具体的には、例えば環状磁芯２の周囲に
励磁巻線７及び検出巻線８を配設し、励磁巻線７
に電源回路（図示せず）を、検出巻線８に検出回
路（図示せず）をそれぞれ接続する。そして、励
磁巻線７により環状磁芯２を励磁する。回転軸１
にトルク３が加わることにより、環状磁芯２の一
軸磁気異方性が変化すると、磁束貫通方向におけ
る環状磁芯２の透磁率が変化する。この透磁率の
変化は、検出巻線７及び検出回路により、電圧変
化として検出される。したがつて、トルク３の大
きさと電圧変化の大きさとの対応関係から、トル
クを検出することができる。
なお、環状磁芯２に予め一軸磁気異方性Kuを
導入していない場合、トルク検出特性（電圧変
化）がヒステリシスを示すため、センサとして使
用できなくなる。
導入していない場合、トルク検出特性（電圧変
化）がヒステリシスを示すため、センサとして使
用できなくなる。
ところで、従来、上述した磁性金属薄帯の回転
軸への固定は合成樹脂の接着剤でなされていた。
しかし、磁性金属薄帯を接着剤で固定すると、温
度上昇に伴つて接着がゆるむため、磁性金属薄帯
に加わる応力が変化してトルクの検出出力の変動
をきたし、トルク検出の精度が落ちるという問題
があつた。
軸への固定は合成樹脂の接着剤でなされていた。
しかし、磁性金属薄帯を接着剤で固定すると、温
度上昇に伴つて接着がゆるむため、磁性金属薄帯
に加わる応力が変化してトルクの検出出力の変動
をきたし、トルク検出の精度が落ちるという問題
があつた。
本発明は上記欠点を解消するためになされたも
のであり、−30〜150℃程度の温度変化に対しても
出力の変動がなく、精度の高いトルク検出を行う
ことのできるトルクセンサを提供することを目的
とするものである。
のであり、−30〜150℃程度の温度変化に対しても
出力の変動がなく、精度の高いトルク検出を行う
ことのできるトルクセンサを提供することを目的
とするものである。
本発明のトルクセンサは回転軸に磁性金属薄帯
を形状記憶合金固定材を用いてその形状記憶作用
により被包固定することを特徴とするものであ
る。
を形状記憶合金固定材を用いてその形状記憶作用
により被包固定することを特徴とするものであ
る。
形状記憶合金としてはAu−Cd、Cu−Al−Ni、
Cu−Al−Zn、Cu−Sn、In−Tl、Ni−Al、Ni−
Tiなどの多くの合金が知られているが、本発明
のトルクセンサにはいずれのものも用いることが
できる。
Cu−Al−Zn、Cu−Sn、In−Tl、Ni−Al、Ni−
Tiなどの多くの合金が知られているが、本発明
のトルクセンサにはいずれのものも用いることが
できる。
上述した形状記憶合金固定材による磁性金属薄
帯の回転軸への固定を第３図ａ〜ｄを参照して説
明する。
帯の回転軸への固定を第３図ａ〜ｄを参照して説
明する。
まず、直径D1の回転軸１１に磁性金属薄帯１
２を巻きつける（第３図ａ図示）。一方、形状記
憶合金を変態点以上の温度下で成型し、前記回転
軸１１の直径D1よりも小さい直径D2の円筒体１
３を作製する（同図ｂ図示）。次に、変態点以下
の温度にて前記円筒体１３の径を拡げ、前記回転
軸１１の直径D1より大きい直径D3の円筒体１
３′を作製する（同図ｃ図示）。つづいて、この円
筒体１３′を前記回転軸１１の磁性金属薄帯１２
が巻きつけられている位置に嵌装し、全体を変態
点以上の温度にさらすと、前記円筒体１３′は形
状記憶作用によつて最初の直径D2の円筒体１３
に縮もうとするので前記磁性金属薄帯１２は円筒
体１３に被包されてしつかりと回転軸１１に固定
される（同図ｄ図示）。なお、磁性金属薄帯１２
への一軸磁気異方性の付与は磁性金属薄帯１２を
回転軸１１に巻きつける前に行つてもよいし、巻
きつけた後行つてもよい。
２を巻きつける（第３図ａ図示）。一方、形状記
憶合金を変態点以上の温度下で成型し、前記回転
軸１１の直径D1よりも小さい直径D2の円筒体１
３を作製する（同図ｂ図示）。次に、変態点以下
の温度にて前記円筒体１３の径を拡げ、前記回転
軸１１の直径D1より大きい直径D3の円筒体１
３′を作製する（同図ｃ図示）。つづいて、この円
筒体１３′を前記回転軸１１の磁性金属薄帯１２
が巻きつけられている位置に嵌装し、全体を変態
点以上の温度にさらすと、前記円筒体１３′は形
状記憶作用によつて最初の直径D2の円筒体１３
に縮もうとするので前記磁性金属薄帯１２は円筒
体１３に被包されてしつかりと回転軸１１に固定
される（同図ｄ図示）。なお、磁性金属薄帯１２
への一軸磁気異方性の付与は磁性金属薄帯１２を
回転軸１１に巻きつける前に行つてもよいし、巻
きつけた後行つてもよい。
以後、形状記憶合金からなる円筒体はいかなる
温度においても直径がD1より大きくなることは
ない（但し、熱膨張に伴う形状の変化を除く）の
で、広い範囲の温度保証を行えることになり、ト
ルクの検出精度が著しく向上する。
温度においても直径がD1より大きくなることは
ない（但し、熱膨張に伴う形状の変化を除く）の
で、広い範囲の温度保証を行えることになり、ト
ルクの検出精度が著しく向上する。
本発明に用いる形状記憶合金固定材の形状は上
述した円筒体のほか、リング状、らせん状などい
ずれの形状でもよい。これらの形状記憶合金固定
材の厚さはその機械的強度に応じて設計されなけ
ればならないが、本発明の非接触方式のトルクセ
ンサにおいては検出出力をできるだけ大きくする
ために、磁性金属薄帯と該磁性金属薄帯の周囲に
近接して配設される検出コイルとの間隔はできる
だけ小さくする必要があるので、両者の間に介在
する形状記憶合金固定材の厚さはできるだけ薄い
ことが望ましい。
述した円筒体のほか、リング状、らせん状などい
ずれの形状でもよい。これらの形状記憶合金固定
材の厚さはその機械的強度に応じて設計されなけ
ればならないが、本発明の非接触方式のトルクセ
ンサにおいては検出出力をできるだけ大きくする
ために、磁性金属薄帯と該磁性金属薄帯の周囲に
近接して配設される検出コイルとの間隔はできる
だけ小さくする必要があるので、両者の間に介在
する形状記憶合金固定材の厚さはできるだけ薄い
ことが望ましい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
まず、単ロール法により幅10mm、厚さ約20μｍ
の（Fe0.985Nb0.015）81Si6B13アモルフアス磁性合
金の薄帯を作製した。次に、この薄帯を直径30mm
の回転軸に一周巻いて端部を接着剤により固定し
た。
の（Fe0.985Nb0.015）81Si6B13アモルフアス磁性合
金の薄帯を作製した。次に、この薄帯を直径30mm
の回転軸に一周巻いて端部を接着剤により固定し
た。
また、予め厚さ0.1mmの形状記憶合金NiTi（変
態点60℃）の薄板を70℃の温度下にて巻いて直径
29mmの円筒体を作製した。つづいて、室温にてこ
の円筒体の径を前記回転軸の直径30mm以上に広げ
た。
態点60℃）の薄板を70℃の温度下にて巻いて直径
29mmの円筒体を作製した。つづいて、室温にてこ
の円筒体の径を前記回転軸の直径30mm以上に広げ
た。
次いで、前記回転軸にねじりを与えた状態でこ
の回転軸の前記アモルフアス磁性合金薄帯が巻か
れている位置に前記形状記憶合金の円筒体を嵌装
した後、全体を70℃の温度下に置いた。この結
果、前記形状記憶合金NiTiの円筒体は形状記憶
作用によつて最初の直径29mmの円筒体に縮もうと
するので前記アモルフアス磁性合金薄帯は形状記
憶合金の円筒体に被包されて回転軸にしつかりと
固定された。つづいて、回転軸のねじりを戻して
前記アモルフアス磁性合金薄帯に一軸磁気異方性
を付与した。
の回転軸の前記アモルフアス磁性合金薄帯が巻か
れている位置に前記形状記憶合金の円筒体を嵌装
した後、全体を70℃の温度下に置いた。この結
果、前記形状記憶合金NiTiの円筒体は形状記憶
作用によつて最初の直径29mmの円筒体に縮もうと
するので前記アモルフアス磁性合金薄帯は形状記
憶合金の円筒体に被包されて回転軸にしつかりと
固定された。つづいて、回転軸のねじりを戻して
前記アモルフアス磁性合金薄帯に一軸磁気異方性
を付与した。
以上のようにして得られた、形状記憶合金の円
筒体によつてアモルフアス磁性合金薄帯が被包固
定されたトルクセンサを用い、既述した第１図及
び第２図図示の原理に基づいて−30〜150℃の温
度範囲で回転軸の動トルクを検出した。その結
果、従来の接着剤のみでアモルフアス磁性合金薄
帯を回転軸に固定したトルクセンサでは上記温度
範囲における動トルク検出精度は±10％程度であ
つたのに対し、上述した形状記憶合金を用いたト
ルクセンサによれば、上記温度範囲における動ト
ルク検出精度は±１％以内であつた。
筒体によつてアモルフアス磁性合金薄帯が被包固
定されたトルクセンサを用い、既述した第１図及
び第２図図示の原理に基づいて−30〜150℃の温
度範囲で回転軸の動トルクを検出した。その結
果、従来の接着剤のみでアモルフアス磁性合金薄
帯を回転軸に固定したトルクセンサでは上記温度
範囲における動トルク検出精度は±10％程度であ
つたのに対し、上述した形状記憶合金を用いたト
ルクセンサによれば、上記温度範囲における動ト
ルク検出精度は±１％以内であつた。
以上詳述した如く本発明によれば広い温度範囲
に亘つて高い精度でトルクを検出することがで
き、工業上極めて実用性の高いトルクセンサを提
供することができるものである。
に亘つて高い精度でトルクを検出することがで
き、工業上極めて実用性の高いトルクセンサを提
供することができるものである。
第１図及び第２図は非接触型のトルクセンサの
原理図、第３図ａ〜ｄは本発明における形状記憶
合金固定材による磁性金属薄帯の回転軸への固定
方法を示す説明図である。 １１……回転軸、１２……磁性金属薄帯、１
３，１３′……形状記憶合金の円筒体。
原理図、第３図ａ〜ｄは本発明における形状記憶
合金固定材による磁性金属薄帯の回転軸への固定
方法を示す説明図である。 １１……回転軸、１２……磁性金属薄帯、１
３，１３′……形状記憶合金の円筒体。
Claims (1)
- １ 大きな磁歪定数を有する磁性金属の薄帯を回
転軸に固定し、該回転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、前記回転軸に前記磁性金属薄帯を形状
記憶合金固定材を用いてその形状記憶作用により
被包固定したことを特徴とするトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9947083A JPS5961729A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9947083A JPS5961729A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | トルクセンサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57171344 Division | 1982-09-30 | 1982-09-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961729A JPS5961729A (ja) | 1984-04-09 |
| JPH0242417B2 true JPH0242417B2 (ja) | 1990-09-21 |
Family
ID=14248196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9947083A Granted JPS5961729A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961729A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS648219A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-12 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | Amorphous metal-metal composite and its production and amorphous metal-metal composite torque sensor using said composite |
| US7127797B1 (en) * | 2000-04-20 | 2006-10-31 | Kilmartin Brian D | Imparting compressive hoop stress into a bonded magnetoelastic element by means of diameter reduction of the underlying shaft |
| CN113375848B (zh) * | 2021-06-08 | 2023-03-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于形状记忆聚合物支撑的土压力计 |
-
1983
- 1983-06-06 JP JP9947083A patent/JPS5961729A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5961729A (ja) | 1984-04-09 |
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