JPH0431726A - 非接触式トルクセンサー - Google Patents
非接触式トルクセンサーInfo
- Publication number
- JPH0431726A JPH0431726A JP13766690A JP13766690A JPH0431726A JP H0431726 A JPH0431726 A JP H0431726A JP 13766690 A JP13766690 A JP 13766690A JP 13766690 A JP13766690 A JP 13766690A JP H0431726 A JPH0431726 A JP H0431726A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaking
- magnetic
- torque
- torque sensor
- magnetic field
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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】
（産業上の利用分野）
本発明は、非接触式トルクセンサーに係り、特にトルク
センサー出力のヒステリシスを低減可能にした非接触式
トルクセンサーに関する。
センサー出力のヒステリシスを低減可能にした非接触式
トルクセンサーに関する。
（従来の技術及び解決しようとする課題）トルクセンサ
ーには、大別して接触式と非接触式の２通りの形式があ
るが、近年、種々の分野において高度な制御を行うため
に、簡単な構造で瞬間トルク検出が可能な非接触式のト
ルクセンサーの開発が望まれている。
ーには、大別して接触式と非接触式の２通りの形式があ
るが、近年、種々の分野において高度な制御を行うため
に、簡単な構造で瞬間トルク検出が可能な非接触式のト
ルクセンサーの開発が望まれている。
従来、この種の非接触式トルクセンサーとしては、高磁
わいアモルファス薄帯とソレノイドコイルを用いた方式
や、更に小型で装着が容易な磁気ヘッド方式などが提案
されている。
わいアモルファス薄帯とソレノイドコイルを用いた方式
や、更に小型で装着が容易な磁気ヘッド方式などが提案
されている。
後者の磁気ヘッド方式のトルクセンサーは、トルク検出
のための応力磁気変換素子として通常の回転軸の逆磁わ
い効果を利用したものであり、その原理は以下のとおり
である。
のための応力磁気変換素子として通常の回転軸の逆磁わ
い効果を利用したものであり、その原理は以下のとおり
である。
まず、第１図に示すように、一対のＵ字形磁心（磁気ヘ
ッド）１．２をその磁極対方向が軸材（被検査体）５の
軸方向に対して±４５°となるように軸材に非接触に配
置されている。軸材に印加されたトルクＴの検出の原理
は、トルクＴによって軸材に誘導される主応力により、
その表層部の透磁率が異方的になるのを利用する。すな
わち、トルクＴを印加すると、その方向と軸材の飽和磁
わい定数λの符合に依存して軸表層部に４５°或いは一
４５°方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が現われ
、これにより一対の磁心の自己インダクタンスに差が生
じ、トルク検出が可能となる。
ッド）１．２をその磁極対方向が軸材（被検査体）５の
軸方向に対して±４５°となるように軸材に非接触に配
置されている。軸材に印加されたトルクＴの検出の原理
は、トルクＴによって軸材に誘導される主応力により、
その表層部の透磁率が異方的になるのを利用する。すな
わち、トルクＴを印加すると、その方向と軸材の飽和磁
わい定数λの符合に依存して軸表層部に４５°或いは一
４５°方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が現われ
、これにより一対の磁心の自己インダクタンスに差が生
じ、トルク検出が可能となる。
第２図は、一対の磁心の自己インダクタンスの差を検出
するための回路の一例を示しており、磁心の自己インダ
クタンスをＬとするＬ−Ｒブリッジ、それを励振する励
振部、及びブリッジの非平衡電圧から同期整流により直
流出力を得る部分からなっている。
するための回路の一例を示しており、磁心の自己インダ
クタンスをＬとするＬ−Ｒブリッジ、それを励振する励
振部、及びブリッジの非平衡電圧から同期整流により直
流出力を得る部分からなっている。
しかしながら、このような磁気ヘッド方式のトルクセン
サーは、構造が簡単となるものの、軸材の保磁力は一般
に大きく、出力に大きなヒステリシスを生じる問題があ
った。
サーは、構造が簡単となるものの、軸材の保磁力は一般
に大きく、出力に大きなヒステリシスを生じる問題があ
った。
本発明は、上記磁気ヘッド方式のトルクセンサーにおけ
る問題点を解決するためになされたものであって、特に
ヒステリシスの少ない高性能な非接触式トルクセンサー
を提供することを目的とするものである。
る問題点を解決するためになされたものであって、特に
ヒステリシスの少ない高性能な非接触式トルクセンサー
を提供することを目的とするものである。
（課題を解決するための手段）
前記課題を解決するため、本発明者は、ヒステリシスが
応力を卵動源とする磁壁の非可逆的移動に起因し、磁壁
ピニングが大きいほど大きくなるので、減衰磁界を重畳
することによりヒステリシスの低減が可能で、あるとの
知見に基づいて、種々の方策について検討した。その結
果、トルク検出磁界と直交方向に振幅の大きな交流磁界
（直交シェイキング磁界）を連続的に重畳する方式を見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
応力を卵動源とする磁壁の非可逆的移動に起因し、磁壁
ピニングが大きいほど大きくなるので、減衰磁界を重畳
することによりヒステリシスの低減が可能で、あるとの
知見に基づいて、種々の方策について検討した。その結
果、トルク検出磁界と直交方向に振幅の大きな交流磁界
（直交シェイキング磁界）を連続的に重畳する方式を見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
すなわち１本発明は、逆磁わい効果を利用して強磁性軸
材のトルクを非接触式に検出するトルクセンサーにおい
て、軸材の周囲に一対の検出磁界用Ｕ字形磁心を軸方向
に対して±４５°となるように非接触に配置すると共に
、各Ｕ字形磁心と直交させて一対のシェイキング磁界用
Ｕ字形磁心を配置し、トルク検出磁界と直交方向に交流
磁界（シェイキング磁界）を連続的に重畳することによ
り、トルクセンサー出力のヒステリシスを低減可能に構
成したことを特徴とする非接触式トルクセンサーを要旨
とするものである。
材のトルクを非接触式に検出するトルクセンサーにおい
て、軸材の周囲に一対の検出磁界用Ｕ字形磁心を軸方向
に対して±４５°となるように非接触に配置すると共に
、各Ｕ字形磁心と直交させて一対のシェイキング磁界用
Ｕ字形磁心を配置し、トルク検出磁界と直交方向に交流
磁界（シェイキング磁界）を連続的に重畳することによ
り、トルクセンサー出力のヒステリシスを低減可能に構
成したことを特徴とする非接触式トルクセンサーを要旨
とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
（作用）
第３図は本発明における磁心の配置状況を示す図で、１
と２は検出磁界用の一対のＵ字形磁心、３と４はシェイ
キング磁界用の一対のＵ字形磁心であり、それぞれ磁性
体の回りにコイルが巻装されている。
と２は検出磁界用の一対のＵ字形磁心、３と４はシェイ
キング磁界用の一対のＵ字形磁心であり、それぞれ磁性
体の回りにコイルが巻装されている。
検出用の一対のＵ字形磁心１．２は軸材（被検査体）の
軸方向に対して±４５°となるように軸材５に非接触に
配置されており、トルクに比例した透磁率変化を検出す
るものである。
軸方向に対して±４５°となるように軸材５に非接触に
配置されており、トルクに比例した透磁率変化を検出す
るものである。
一方、シェイキング磁界用の一対のＵ字形磁心３．４は
、検出用のＵ字形磁心１．２のそれぞれに対して直交し
た方向に配置されている。
、検出用のＵ字形磁心１．２のそれぞれに対して直交し
た方向に配置されている。
このような配置において、Ｕ字形磁心３．４によってト
ルク検出磁界と直交方向に交流磁界（シェイキング磁界
）を連続的に重畳し、検圧用磁心に誘起する、シェイキ
ング磁界に起因した出力電圧成分をフィルターを用いて
除去し、その後同期整流によって直流出力を得て、トル
クが検出される。
ルク検出磁界と直交方向に交流磁界（シェイキング磁界
）を連続的に重畳し、検圧用磁心に誘起する、シェイキ
ング磁界に起因した出力電圧成分をフィルターを用いて
除去し、その後同期整流によって直流出力を得て、トル
クが検出される。
第４図はそのためのトルク検出回路の一例を示したもの
で、その構成は、大別して主回路とシェイキング回路と
からなっている。主回路はインダクタンスの差を検出す
るＬ−Ｒブリッジ５、それを励振する励振部及び共振用
コンデンサＣＰ、シェイキング周波数成分を除去するフ
ィルタ、及び同期整流器からなっている（第４図（ａ）
参照）。シェイキング回路はシェイキング用磁気ヘッド
を励振する励振部及び共振用コンデンサＣｓからなって
いる（第４図（ｂ）参照）。
で、その構成は、大別して主回路とシェイキング回路と
からなっている。主回路はインダクタンスの差を検出す
るＬ−Ｒブリッジ５、それを励振する励振部及び共振用
コンデンサＣＰ、シェイキング周波数成分を除去するフ
ィルタ、及び同期整流器からなっている（第４図（ａ）
参照）。シェイキング回路はシェイキング用磁気ヘッド
を励振する励振部及び共振用コンデンサＣｓからなって
いる（第４図（ｂ）参照）。
シェイキング条件（周波数、電流）は特に制限されない
が、シェイキング電流が２００ｍＡ以上の場合にヒステ
リシス低減効果がより大きい。
が、シェイキング電流が２００ｍＡ以上の場合にヒステ
リシス低減効果がより大きい。
また、消費電力の点からは、振幅の大きなシェイキング
電流の周波数を振幅の小さな検出電流のそれより低くす
るのが望ましい。
電流の周波数を振幅の小さな検出電流のそれより低くす
るのが望ましい。
軸材（被検査体）は、強磁性の軸材であれば特に制限は
なく、例えば８４５Ｃなどが挙げられる。
なく、例えば８４５Ｃなどが挙げられる。
なお、励磁条件（周波数、電流）は従来と同様でよいが
、励磁電流が１００＋＋＋Ａの如く低い方が直交シェイ
キング効果が大きい。
、励磁電流が１００＋＋＋Ａの如く低い方が直交シェイ
キング効果が大きい。
次に本発明の実施例を示す。
（実施例）
第３図に示す構成の実験装置を使用し、磁心１．２とし
てＣＯ基アモルファス磁性体からなる断面円形（断面積
７．５ｍｍ２）で、コイル巻数２００回のものを用い、
磁心３．４としてＣｏ基アモルファス磁性体からなる断
面円形（断面積２７ｍｍ”）で、コイル巻数３００回の
ものを用いた。各磁心の平均ギャップは約０．６１であ
る。被検査体の軸材には炭素鋼８４５Ｃ（焼入れ処理な
し）からなる直径２５ｍｍのものを用いた。
てＣＯ基アモルファス磁性体からなる断面円形（断面積
７．５ｍｍ２）で、コイル巻数２００回のものを用い、
磁心３．４としてＣｏ基アモルファス磁性体からなる断
面円形（断面積２７ｍｍ”）で、コイル巻数３００回の
ものを用いた。各磁心の平均ギャップは約０．６１であ
る。被検査体の軸材には炭素鋼８４５Ｃ（焼入れ処理な
し）からなる直径２５ｍｍのものを用いた。
実験は、軸材に±５０ｋｇ−ｍ（＝±４９ＯＮ−１）の
トルクを与え、ストロンゲージにより測定した出力電圧
をＸ軸に、トルクセンサーの出力電圧をＹ軸にとってＸ
−Ｙレコーダに記録する方法で行った。
トルクを与え、ストロンゲージにより測定した出力電圧
をＸ軸に、トルクセンサーの出力電圧をＹ軸にとってＸ
−Ｙレコーダに記録する方法で行った。
実験の結果は以下のとおりである。
（１）非シェイキング時のヒステリシスニジエイキング
磁界を与えない状態で、励磁周波数を１０ｋＨｚとし、
励磁電流を５０〜５５０ｍＡまで変化させて出力におけ
るヒステリシスを測定した。励磁電流−ヒステリシス特
性を第５図に示す。
磁界を与えない状態で、励磁周波数を１０ｋＨｚとし、
励磁電流を５０〜５５０ｍＡまで変化させて出力におけ
るヒステリシスを測定した。励磁電流−ヒステリシス特
性を第５図に示す。
第５図かられかるように、励磁電流がＬｏｏｍＡの場合
には約２５％ものヒステリシスが存在するが、励磁電流
の増加に伴ってヒステリシスは減少し、４００ｔｒＡ以
上ではヒステリシスは６％以下と低いレベルとなってい
る。
には約２５％ものヒステリシスが存在するが、励磁電流
の増加に伴ってヒステリシスは減少し、４００ｔｒＡ以
上ではヒステリシスは６％以下と低いレベルとなってい
る。
（２）シェイキング時のヒステリシス：直交シェイキン
グによるヒステリシスの低減の程度を調べるため、非シ
ェイキング時に大きなヒステリシスが存在する励磁条件
（１０ｋＨｚ、１００＋ｎＡ）と同一の条件に励磁周波
数及び励磁電流をに設定し、シェイキング周波数を１ｋ
Ｈｚとし、シェイキング電流を０〜２５０ｍＡまで変化
させて出力におけるヒステリシスを測定した。シェイキ
ング電流−ヒステリシス及び感度特性を第６図に示す。
グによるヒステリシスの低減の程度を調べるため、非シ
ェイキング時に大きなヒステリシスが存在する励磁条件
（１０ｋＨｚ、１００＋ｎＡ）と同一の条件に励磁周波
数及び励磁電流をに設定し、シェイキング周波数を１ｋ
Ｈｚとし、シェイキング電流を０〜２５０ｍＡまで変化
させて出力におけるヒステリシスを測定した。シェイキ
ング電流−ヒステリシス及び感度特性を第６図に示す。
なお、シェイキング周波数を２０ｋＨｚにした時も同様
な結果が得られた。
な結果が得られた。
第６図かられかるように、ヒステリシスはシェイキング
電流の増加に伴って減少していき、シェイキング電流２
００ｍＡ以上ではヒステリシスが２．５％以下と非シェ
イキング時の１０分の１程度のレベルとなっている。感
度については、シェイキング電流がｌＯＯｍＡ程度では
非シエイキング時と比較して若干低下しているが、シェ
イキング電流２００ｍＡ以上では非シェイキング時と同
程度若しくはそれ以上の感度が得られている。これらの
傾向は、直交シェイキング磁界によって磁壁の実効的な
ピニング力が弱められたことに起因しているものと考え
られる。
電流の増加に伴って減少していき、シェイキング電流２
００ｍＡ以上ではヒステリシスが２．５％以下と非シェ
イキング時の１０分の１程度のレベルとなっている。感
度については、シェイキング電流がｌＯＯｍＡ程度では
非シエイキング時と比較して若干低下しているが、シェ
イキング電流２００ｍＡ以上では非シェイキング時と同
程度若しくはそれ以上の感度が得られている。これらの
傾向は、直交シェイキング磁界によって磁壁の実効的な
ピニング力が弱められたことに起因しているものと考え
られる。
なお、軸材として、よりハードな磁気特性を有するＳ
ＣＭ４１５の焼入れ材を用いた場合においても、同様の
効果が得られた。
ＣＭ４１５の焼入れ材を用いた場合においても、同様の
効果が得られた。
勿論、磁心用の磁性体の材質、断面形状、大きさ、コイ
ル巻数、ギャップ等々も適宜決めろことができることは
云うまでもない。
ル巻数、ギャップ等々も適宜決めろことができることは
云うまでもない。
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明によれば、逆磁ゎい効果を
利用した非接触式トルクセンサーにおいて、検出磁界に
直交シェイキング磁界を重畳することにより、ヒステリ
シスを著しく低減できるので、簡単な構造で、しかも高
性能な非接触式トルクセンサーを提供できる。
利用した非接触式トルクセンサーにおいて、検出磁界に
直交シェイキング磁界を重畳することにより、ヒステリ
シスを著しく低減できるので、簡単な構造で、しかも高
性能な非接触式トルクセンサーを提供できる。
第１図は磁わい効果を利用した従来の非接触式トルクセ
ンサーの磁心の配置状況を示す図、第２図はそのトルク
センサーのトルク検出用回路を示す図、 第３図は本発明のトルクセンサーにおける磁心の配置状
況を示す図、 第４図はそのトルクセンサーのトルク検出回路の一例を
示す図で、（ａ）は主回路、（ｂ）はシェイキング回路
を示し、 第５図は非シェイキング時の励磁電流−ヒステリシス特
性を示す図、 第６図はシェイキング時のシェイキング電流−ヒステリ
シス及び感度特性を示す図である。 １．２・・・検出用Ｕ字形磁心、３．４・・・シェイキ
ング磁界用Ｕ字形磁心、５・・・軸材（被検査体）。
ンサーの磁心の配置状況を示す図、第２図はそのトルク
センサーのトルク検出用回路を示す図、 第３図は本発明のトルクセンサーにおける磁心の配置状
況を示す図、 第４図はそのトルクセンサーのトルク検出回路の一例を
示す図で、（ａ）は主回路、（ｂ）はシェイキング回路
を示し、 第５図は非シェイキング時の励磁電流−ヒステリシス特
性を示す図、 第６図はシェイキング時のシェイキング電流−ヒステリ
シス及び感度特性を示す図である。 １．２・・・検出用Ｕ字形磁心、３．４・・・シェイキ
ング磁界用Ｕ字形磁心、５・・・軸材（被検査体）。
Claims (2)
- （１）逆磁わい効果を利用して強磁性軸材のトルクを非
接触式に検出するトルクセンサーにおいて、軸材の周囲
に一対の検出磁界用Ｕ字形磁心を軸方向に対して±４５
°となるように非接触に配置すると共に、各Ｕ字形磁心
と直交させて一対のシェイキング磁界用Ｕ字形磁心を配
置し、トルク検出磁界と直交方向に交流磁界（シェイキ
ング磁界）を連続的に重畳することにより、トルクセン
サー出力のヒステリシスを低減可能に構成したことを特
徴とする非接触式トルクセンサー。 - （２）励磁電流が２００ｍＡ以下で、シェイキング電流
が２００ｍＡ以上である請求項１に記載の非接触式トル
クセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13766690A JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13766690A JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0431726A true JPH0431726A (ja) | 1992-02-03 |
| JP2905561B2 JP2905561B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=15203977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13766690A Expired - Fee Related JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905561B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008161998A (ja) * | 2007-01-05 | 2008-07-17 | Denka Consult & Eng Co Ltd | 粉体空気圧送方法及び装置 |
| JP2008304263A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | トルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサ |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP13766690A patent/JP2905561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008161998A (ja) * | 2007-01-05 | 2008-07-17 | Denka Consult & Eng Co Ltd | 粉体空気圧送方法及び装置 |
| JP2008304263A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | トルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2905561B2 (ja) | 1999-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0829001B1 (en) | Circularly magnetized non-contact torque and power sensor and method for measuring torque and power using same | |
| WO1997016722A1 (fr) | Capteur magnetique, procede et equipement de detection de defauts magnetiques utilisant ce capteur | |
| CA1316714C (en) | Torque detecting apparatus | |
| JP2002513147A (ja) | トルク／力センサー用磁気装置 | |
| JP2639264B2 (ja) | 鋼体の探傷装置 | |
| JPS58151533A (ja) | 静的および動的なトルクの無接触測定方法 | |
| US10254181B2 (en) | Systems and methods for reducing rotation noise in a magnetoelastic device and measuring torque, speed, and orientation | |
| EP2250475B1 (en) | Biaxial stress measurement | |
| JP2635714B2 (ja) | 変圧器鉄心の直流偏磁検出方法 | |
| KR102234582B1 (ko) | 자기 변형 센서를 동작시키기 위한 방법 | |
| JP2905561B2 (ja) | 非接触式トルクセンサー | |
| JPH04210B2 (ja) | ||
| JPS5946526A (ja) | 電磁ストレスセンサ | |
| JPH01187425A (ja) | 操舵軸用トルクセンサ | |
| JPH0331377B2 (ja) | ||
| JP2002156296A (ja) | トルク変換器 | |
| JP2000009557A (ja) | トルクセンサ | |
| CN101192464B (zh) | 消除磁致弹性扭矩传感器中磁滞的方法 | |
| JPS59192930A (ja) | トルク検出方式 | |
| JPH03186725A (ja) | 磁気的応力測定方法及び磁気的応力測定装置 | |
| JP2000266619A (ja) | トルクセンサ及びステアリングシャフトのトルク検出装置 | |
| JPS62229038A (ja) | 応力測定装置 | |
| JPS6050429A (ja) | トルクセンサ | |
| EP3123133B1 (en) | Systems and methods for reducing rotation noise in a magnetoelastic device and measuring torque, speed, and orientation | |
| JPH0356838A (ja) | タイヤ内組込み型磁歪センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |