JPH04295735A - トルク検出方法 - Google Patents
トルク検出方法Info
- Publication number
- JPH04295735A JPH04295735A JP3086081A JP8608191A JPH04295735A JP H04295735 A JPH04295735 A JP H04295735A JP 3086081 A JP3086081 A JP 3086081A JP 8608191 A JP8608191 A JP 8608191A JP H04295735 A JPH04295735 A JP H04295735A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- torque
- temperature
- magnetic
- conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁歪膜の特性の変化を
検出して回転駆動軸等のトルクを検出する方法に関する
。
検出して回転駆動軸等のトルクを検出する方法に関する
。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車、ロボット、マニピュレー
タ、工作機械などの回転駆動系の制御を行う場合に使用
するトルクセンサとして、小形化、非接触化をために磁
歪式トルクセンサが提案されている。この磁歪式トルク
センサを利用してトルクを検出する方式は、図３に示す
ように、被測定部である回転軸１の表面に磁歪効果を有
する複数条の帯状の磁歪膜２を回転軸１の長さ方向の軸
に対して３０〜６０°傾斜した方向に螺旋状に付着させ
、磁歪膜２の長手方向に磁気異方性を持たせて、磁歪膜
の外周部に一定のギャップを保って励磁手段および検出
手段として設けたコイル３により非接触でトルクを検出
している。（例えば、特開昭６０−２６０８２１号公報
）。上記のトルクセンサにおいて、回転軸１にトルクが
加えられると、磁歪膜２の磁気特性の変化によって透磁
率が変化するため、コイル３に発生する誘導起電力も変
化し、この誘導起電力の変化を検出することにより回転
軸に加えられたトルクの値を知ることができる。磁歪膜
に異方性を持たせているのは、トルクの方向を検出する
ためである。コイル３の外側には磁性材料よりなるヨー
ク４を設けて、コイル３を支持している。このヨーク４
の透磁率はコイル３のインダクタンスに影響を与え、そ
の透磁率は温度と共に変化するため、その変化分により
トルク出力信号の影響を受ける。さらにヨーク４が導電
性体である場合、ヨーク４はコイル３に流れる電流の影
響を受けて渦電流が発生する。ヨーク４の電気抵抗は温
度と共に変化するためヨーク４に発生する渦電流量も温
度と共に変化し、その変化分がトルク検出出力に影響を
与える。したがって、温度センサによりヨーク４の温度
を測定し、その温度変化によるトルク出力の特性を補正
している。
タ、工作機械などの回転駆動系の制御を行う場合に使用
するトルクセンサとして、小形化、非接触化をために磁
歪式トルクセンサが提案されている。この磁歪式トルク
センサを利用してトルクを検出する方式は、図３に示す
ように、被測定部である回転軸１の表面に磁歪効果を有
する複数条の帯状の磁歪膜２を回転軸１の長さ方向の軸
に対して３０〜６０°傾斜した方向に螺旋状に付着させ
、磁歪膜２の長手方向に磁気異方性を持たせて、磁歪膜
の外周部に一定のギャップを保って励磁手段および検出
手段として設けたコイル３により非接触でトルクを検出
している。（例えば、特開昭６０−２６０８２１号公報
）。上記のトルクセンサにおいて、回転軸１にトルクが
加えられると、磁歪膜２の磁気特性の変化によって透磁
率が変化するため、コイル３に発生する誘導起電力も変
化し、この誘導起電力の変化を検出することにより回転
軸に加えられたトルクの値を知ることができる。磁歪膜
に異方性を持たせているのは、トルクの方向を検出する
ためである。コイル３の外側には磁性材料よりなるヨー
ク４を設けて、コイル３を支持している。このヨーク４
の透磁率はコイル３のインダクタンスに影響を与え、そ
の透磁率は温度と共に変化するため、その変化分により
トルク出力信号の影響を受ける。さらにヨーク４が導電
性体である場合、ヨーク４はコイル３に流れる電流の影
響を受けて渦電流が発生する。ヨーク４の電気抵抗は温
度と共に変化するためヨーク４に発生する渦電流量も温
度と共に変化し、その変化分がトルク検出出力に影響を
与える。したがって、温度センサによりヨーク４の温度
を測定し、その温度変化によるトルク出力の特性を補正
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ヨークは部
分によって温度勾配が発生しやすく、一様な温度分布に
なりにくい。したがって、実際に上記トルクセンサを使
用すると、上述した温度によるトルク特性の補正が適用
できない場合がある。また、上記トルクセンサを電動機
などの回転機に組み込んだ際、回転機鉄心の近くに配置
した場合は、更にヨークの温度勾配が大きくなる。その
ため、例えば、回転機軸にトルクが印加されていなくて
も回転機の温度変動により温度によるトルク出力の補正
をしたにもかかわらず、あたかもトルク負荷を受けてい
るような信号が出力されるという現象が発生する。した
がって、上記トルクセンサを精度の高い制御を必要とす
る回転機へ組み込むことができないという欠点があった
。本発明は、ヨークの温度勾配が発生しても、正しい温
度補正ができるようにすることにより、安定した出力特
性が得られるトルク検出方法を提供することを目的とす
るものである。
分によって温度勾配が発生しやすく、一様な温度分布に
なりにくい。したがって、実際に上記トルクセンサを使
用すると、上述した温度によるトルク特性の補正が適用
できない場合がある。また、上記トルクセンサを電動機
などの回転機に組み込んだ際、回転機鉄心の近くに配置
した場合は、更にヨークの温度勾配が大きくなる。その
ため、例えば、回転機軸にトルクが印加されていなくて
も回転機の温度変動により温度によるトルク出力の補正
をしたにもかかわらず、あたかもトルク負荷を受けてい
るような信号が出力されるという現象が発生する。した
がって、上記トルクセンサを精度の高い制御を必要とす
る回転機へ組み込むことができないという欠点があった
。本発明は、ヨークの温度勾配が発生しても、正しい温
度補正ができるようにすることにより、安定した出力特
性が得られるトルク検出方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸の表面
に形成した磁歪膜の磁歪成分を、前記磁歪膜に空隙を介
して励磁手段および検出手段として設けたコイルにより
検出し、前記磁歪成分から前記回転軸のトルクを検出す
る方法おいて、被測定部を除き、前記コイルの励磁によ
って励磁される磁場の強さが２エルステッド以上印加さ
れる範囲内に導電性体もしくは非導電性体でかつ磁性体
の部材が入らないようにしたものである。また、前記コ
イルによって励磁される磁場の強さが２．０エルステッ
ド以下になった位置に前記コイルを囲むカバーを設ける
ようにしたもの、または前記コイルの励磁によって励磁
される磁場の強さが２エルステッド以上印加される範囲
を空間として維持するように前記コイルを囲むプラスチ
ックまたはセラミックのカバーを設けるようにしたもの
である。
に形成した磁歪膜の磁歪成分を、前記磁歪膜に空隙を介
して励磁手段および検出手段として設けたコイルにより
検出し、前記磁歪成分から前記回転軸のトルクを検出す
る方法おいて、被測定部を除き、前記コイルの励磁によ
って励磁される磁場の強さが２エルステッド以上印加さ
れる範囲内に導電性体もしくは非導電性体でかつ磁性体
の部材が入らないようにしたものである。また、前記コ
イルによって励磁される磁場の強さが２．０エルステッ
ド以下になった位置に前記コイルを囲むカバーを設ける
ようにしたもの、または前記コイルの励磁によって励磁
される磁場の強さが２エルステッド以上印加される範囲
を空間として維持するように前記コイルを囲むプラスチ
ックまたはセラミックのカバーを設けるようにしたもの
である。
【０００５】
【作用】磁歪式トルクセンサのトルク出力特性は、磁歪
膜および回転軸の磁性膜が設けられている部分からなる
被測定部以外で、励磁手段からの磁界の強さが２．０エ
ルステッド以上印加されるところに導電物質または磁性
物質が存在すれば磁気的電気的影響を受ける。つまり、
磁歪膜の周囲にある導電物質または磁性物質のインピー
ダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ）がコイルの影響を受けるとい
うことである。さらに、インピーダンスＺは電気抵抗Ｒ
とインダクタンスＬによって変化するが、電気抵抗Ｒと
インダクタンスＬは温度によって変化しないことが望ま
しい。コイルの周囲にある固定バンドが電気絶縁体なら
ば渦電流が流れないので電気抵抗Ｒは無視できるし、非
磁性体であればインダクタンスＬは無視できる。つまり
、被測定部以外の部分に温度に影響する因子がなければ
、温度ドリフトは被測定部だけの温度によって決まるの
で、コイルの周囲に導電性または磁性の材料のない状態
で温度を測定し、補正すれば正しい補正ができる。
膜および回転軸の磁性膜が設けられている部分からなる
被測定部以外で、励磁手段からの磁界の強さが２．０エ
ルステッド以上印加されるところに導電物質または磁性
物質が存在すれば磁気的電気的影響を受ける。つまり、
磁歪膜の周囲にある導電物質または磁性物質のインピー
ダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊωＬ）がコイルの影響を受けるとい
うことである。さらに、インピーダンスＺは電気抵抗Ｒ
とインダクタンスＬによって変化するが、電気抵抗Ｒと
インダクタンスＬは温度によって変化しないことが望ま
しい。コイルの周囲にある固定バンドが電気絶縁体なら
ば渦電流が流れないので電気抵抗Ｒは無視できるし、非
磁性体であればインダクタンスＬは無視できる。つまり
、被測定部以外の部分に温度に影響する因子がなければ
、温度ドリフトは被測定部だけの温度によって決まるの
で、コイルの周囲に導電性または磁性の材料のない状態
で温度を測定し、補正すれば正しい補正ができる。
【０００６】
【実施例】本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の実施例を示す側面図で、回転軸１の表面
に軸心に対して４５°傾斜した帯状の磁歪膜２がスパッ
タ法などにより付着されている。磁歪膜２に空隙を介し
て対向するように励磁手段および検出手段としてコイル
３が設けられている。コイル３の両側にはコイル３を支
持するリング状の支持部材５が設けらている。支持部材
５の材質は非導電性体である電気絶縁体で、かつ非磁性
体で構成されている。この支持部材５の材質を選定する
に当たって、次のような条件でトルク出力特性の温度ド
リフトを測定した。コイル３の励磁によって生成される
コイル３の周囲の交番磁界の強さが１０エルステッド、
２．０エルステッド、および１．５エルステッドになる
ように調整した三つの状態について、それぞれ支持部材
５の温度を２５℃から７５℃までの範囲とした。支持部
材５の材質はアルミニウム、鉄、フェライトおよび非導
電性合成樹脂のプラスチックとした。支持部材５を外し
たときの定格出力に対する温度ドリフトを１．０として
、支持部材５を各材質に変えた場合の温度ドリフトの相
対値を示すと表１の通りとなった。
に軸心に対して４５°傾斜した帯状の磁歪膜２がスパッ
タ法などにより付着されている。磁歪膜２に空隙を介し
て対向するように励磁手段および検出手段としてコイル
３が設けられている。コイル３の両側にはコイル３を支
持するリング状の支持部材５が設けらている。支持部材
５の材質は非導電性体である電気絶縁体で、かつ非磁性
体で構成されている。この支持部材５の材質を選定する
に当たって、次のような条件でトルク出力特性の温度ド
リフトを測定した。コイル３の励磁によって生成される
コイル３の周囲の交番磁界の強さが１０エルステッド、
２．０エルステッド、および１．５エルステッドになる
ように調整した三つの状態について、それぞれ支持部材
５の温度を２５℃から７５℃までの範囲とした。支持部
材５の材質はアルミニウム、鉄、フェライトおよび非導
電性合成樹脂のプラスチックとした。支持部材５を外し
たときの定格出力に対する温度ドリフトを１．０として
、支持部材５を各材質に変えた場合の温度ドリフトの相
対値を示すと表１の通りとなった。
【０００７】
【表１】
【０００８】その結果、励磁手段であるコイルの周囲に
プラスチックのように非導電性であり、かつ非磁性の材
料の支持部材５を配置した場合は、トルクセンサの温度
によるトルク出力に変動がなく、アルミニウム、鉄およ
びフェライトのように導電性または磁性のある材料を配
置した場合は、トルクセンサの温度によるトルク出力に
変動があることがわかった。また、支持部材５の材料が
非磁性のアルミニウムの場合は磁性体である鉄の場合よ
りも温度によるトルク出力に変動が少ないことがわかっ
た。また、上記交番磁界の強さが１．５エルステッドの
場合は支持部材の材質の影響は見られないが、２．０エ
ルステッドになるとトルク出力に変動が現れ、１０エル
ステッドになると極めて明らかに材質の影響があること
がわかった。支持部材５の代わりにコイルの付近に導電
性物質や磁性物質を近付けた状態で測定しても同様の結
果が得られた。以上より、コイルによって生成される交
番磁界の強さが２．０エルステッド以上になる、磁歪膜
とそれが設けられている回転軸の部分を除くコイルの周
囲の、いわゆる強磁場範囲内に設けられるコイルを支持
するための支持部材や、回転軸を支持する部分等を構成
する部材の材質をプラスチックまたはセラミックなどの
非導電体で、かつ非磁性体で構成するか、強磁場範囲内
に導電体や磁性体の部材が入らないようにすることによ
り、コイル周辺の温度分布が一定でなくてもトルク出力
の特性の正しい温度補正が可能となることがわかる。な
お、上記強磁場範囲を非導電性で、かつ非磁性になるよ
うに確保するために、コイルの周囲の地場の強さをガウ
スメータなどによって測定して強磁場範囲の大きさを求
め、強磁場範囲を空間として維持するように、図２に示
すコイル３を囲むプラスチックまたはセラミックなどの
非磁性で非導電性のカバー６を設けるか、強磁場範囲を
樹脂で埋め込むようにしてもよい。また、コイル周辺の
強磁場範囲より外側の、コイルによって励磁される交番
磁界の強さが２．０エルステッド以下になった位置に磁
性または導電性の材料からなるカバーを設けて外部から
の磁気的影響を防ぐためのシールドを設けてもよい。
プラスチックのように非導電性であり、かつ非磁性の材
料の支持部材５を配置した場合は、トルクセンサの温度
によるトルク出力に変動がなく、アルミニウム、鉄およ
びフェライトのように導電性または磁性のある材料を配
置した場合は、トルクセンサの温度によるトルク出力に
変動があることがわかった。また、支持部材５の材料が
非磁性のアルミニウムの場合は磁性体である鉄の場合よ
りも温度によるトルク出力に変動が少ないことがわかっ
た。また、上記交番磁界の強さが１．５エルステッドの
場合は支持部材の材質の影響は見られないが、２．０エ
ルステッドになるとトルク出力に変動が現れ、１０エル
ステッドになると極めて明らかに材質の影響があること
がわかった。支持部材５の代わりにコイルの付近に導電
性物質や磁性物質を近付けた状態で測定しても同様の結
果が得られた。以上より、コイルによって生成される交
番磁界の強さが２．０エルステッド以上になる、磁歪膜
とそれが設けられている回転軸の部分を除くコイルの周
囲の、いわゆる強磁場範囲内に設けられるコイルを支持
するための支持部材や、回転軸を支持する部分等を構成
する部材の材質をプラスチックまたはセラミックなどの
非導電体で、かつ非磁性体で構成するか、強磁場範囲内
に導電体や磁性体の部材が入らないようにすることによ
り、コイル周辺の温度分布が一定でなくてもトルク出力
の特性の正しい温度補正が可能となることがわかる。な
お、上記強磁場範囲を非導電性で、かつ非磁性になるよ
うに確保するために、コイルの周囲の地場の強さをガウ
スメータなどによって測定して強磁場範囲の大きさを求
め、強磁場範囲を空間として維持するように、図２に示
すコイル３を囲むプラスチックまたはセラミックなどの
非磁性で非導電性のカバー６を設けるか、強磁場範囲を
樹脂で埋め込むようにしてもよい。また、コイル周辺の
強磁場範囲より外側の、コイルによって励磁される交番
磁界の強さが２．０エルステッド以下になった位置に磁
性または導電性の材料からなるカバーを設けて外部から
の磁気的影響を防ぐためのシールドを設けてもよい。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転軸の表面に磁歪膜を形成させ、その磁歪膜に空隙を介
してコイルを設けた磁歪式トルクセンサにおいて、コイ
ルの周囲に導電性または磁性のある材料を配置しないよ
うにすることによって、トルク出力信号に温度変動によ
るノイズが入らないようにすることができるので、回転
機等のトルク検出部の温度勾配が大きい場所でも使用が
可能となり、温度変動に対して安定したトルクセンサを
提供できる効果がある。
転軸の表面に磁歪膜を形成させ、その磁歪膜に空隙を介
してコイルを設けた磁歪式トルクセンサにおいて、コイ
ルの周囲に導電性または磁性のある材料を配置しないよ
うにすることによって、トルク出力信号に温度変動によ
るノイズが入らないようにすることができるので、回転
機等のトルク検出部の温度勾配が大きい場所でも使用が
可能となり、温度変動に対して安定したトルクセンサを
提供できる効果がある。
【図１】本発明の実施例を示す要部側面図である。
【図２】他の実施例を示す要部側断面図である。
【図３】従来例の要部側面図である。
１ 回転軸
２ 磁歪膜
３ コイル
５ 支持部材
６ カバー
Claims (3)
- 【請求項１】 回転軸の表面に形成した磁歪膜の磁歪
成分を、前記磁歪膜に空隙を介して励磁手段および検出
手段として設けたコイルにより検出し、前記磁歪成分か
ら前記回転軸のトルクを検出する方法おいて、被測定部
を除き、前記コイルの励磁によって励磁される磁場の強
さが２エルステッド以上印加される範囲内に導電性体も
しくは非導電性体でかつ磁性体の部材が入らないように
したことを特徴とするトルク検出方法。 - 【請求項２】 前記コイルによって励磁される磁場の
強さが２．０エルステッド以下になった位置に前記コイ
ルを囲むカバーを設けるようにした請求項１記載のトル
ク検出方法。 - 【請求項３】 前記コイルの励磁によって励磁される
磁場の強さが２エルステッド以上印加される範囲を維持
するように前記コイルを囲むプラスチックまたはセラミ
ックのカバーを設けるようにした請求項１記載のトルク
検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086081A JPH04295735A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | トルク検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3086081A JPH04295735A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | トルク検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04295735A true JPH04295735A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13876757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3086081A Pending JPH04295735A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | トルク検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04295735A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102293187A (zh) * | 2010-06-25 | 2011-12-28 | 株式会社岛野 | 钓鱼用渔线轮 |
-
1991
- 1991-03-25 JP JP3086081A patent/JPH04295735A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102293187A (zh) * | 2010-06-25 | 2011-12-28 | 株式会社岛野 | 钓鱼用渔线轮 |
| JP2012005430A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-01-12 | Shimano Inc | 釣り用リール |
| EP2399454B1 (en) * | 2010-06-25 | 2017-03-15 | Shimano Inc. | Fishing reel |
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