JPH0452633B2 - - Google Patents
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- JPH0452633B2 JPH0452633B2 JP59110057A JP11005784A JPH0452633B2 JP H0452633 B2 JPH0452633 B2 JP H0452633B2 JP 59110057 A JP59110057 A JP 59110057A JP 11005784 A JP11005784 A JP 11005784A JP H0452633 B2 JPH0452633 B2 JP H0452633B2
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- JP
- Japan
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- shaft
- measured
- torque
- carbon
- magnetic
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- 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
- G01L3/105—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 inductive means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
《産業上の利用分野》
本発明、磁歪式のトルク検出装置に係り、特に
検出制度が高く、耐久性も良好なトルク検出装置
に関する。
検出制度が高く、耐久性も良好なトルク検出装置
に関する。
《発明の背景》
被測定軸、例えば回転軸や固定軸にトルクを加
えた場合、例えば軸横断面に向かつて時計方向に
トルクＴを加えると、軸の回りに、第１図に示す
ように軸方向と45°傾いた右方向に引つ張り応力
＋σが、また45°傾いた左方向に圧縮応力−σが
発生する。
えた場合、例えば軸横断面に向かつて時計方向に
トルクＴを加えると、軸の回りに、第１図に示す
ように軸方向と45°傾いた右方向に引つ張り応力
＋σが、また45°傾いた左方向に圧縮応力−σが
発生する。
一方、磁性体は応力が加わると透磁率が変化す
る、いわゆる磁歪特性を持つており、これを利用
して磁性体の応力を磁気的に測定することができ
る。
る、いわゆる磁歪特性を持つており、これを利用
して磁性体の応力を磁気的に測定することができ
る。
すなわち、正の磁歪を有する磁性体では引つ張
り応力方向に透磁率が増加し、逆に負の磁歪を有
する磁性体では引つ張り応力方向に透磁率が減少
する。
り応力方向に透磁率が増加し、逆に負の磁歪を有
する磁性体では引つ張り応力方向に透磁率が減少
する。
この性質を利用して回転軸や固定軸に加えられ
たトルクを検出するには、励磁コイルから発せら
れた磁束を被測定軸に通し、磁歪に基づく透磁率
の変化を検出コイルにて誘導起電力として取り出
すことにより行なう。
たトルクを検出するには、励磁コイルから発せら
れた磁束を被測定軸に通し、磁歪に基づく透磁率
の変化を検出コイルにて誘導起電力として取り出
すことにより行なう。
ところで、高い検出感度を得るために、被測定
軸自体をニツケルやパーマロイ等の磁歪材料にて
構成する方法があるが、この場合機械的強度が不
充分であり、ある程度以上の動力を伝達するよう
な部分では被測定軸の軸表面部に大きな歪みが生
じ、第２図に示すようなヒステリシスが現われ
る。
軸自体をニツケルやパーマロイ等の磁歪材料にて
構成する方法があるが、この場合機械的強度が不
充分であり、ある程度以上の動力を伝達するよう
な部分では被測定軸の軸表面部に大きな歪みが生
じ、第２図に示すようなヒステリシスが現われ
る。
すなわち、トルク増加時とトルク減少時では検
出出力にずれが生じ、このヒステリシス現象は大
きなトルク変化を検出する場合には問題ないが、
より高精度にトルク変化を検出しようとする場合
には、なんらかの対策を施さなねばならない課題
である。
出出力にずれが生じ、このヒステリシス現象は大
きなトルク変化を検出する場合には問題ないが、
より高精度にトルク変化を検出しようとする場合
には、なんらかの対策を施さなねばならない課題
である。
一方、高強度材料、例えば高炭素鋼にて被測定
軸を構成すると、軸全体の透磁率が低いため、励
磁コイルから発せられた磁束が被測定軸に浸透せ
ず、第３図に示すように検出感度が極めて低いも
のとなり、実用に供し得ない。
軸を構成すると、軸全体の透磁率が低いため、励
磁コイルから発せられた磁束が被測定軸に浸透せ
ず、第３図に示すように検出感度が極めて低いも
のとなり、実用に供し得ない。
また、高強度材料の被測定軸の軸表面部に磁歪
材料の被膜層をメツキ等により形成することが提
案されている（特公昭52−14985号）。
材料の被膜層をメツキ等により形成することが提
案されている（特公昭52−14985号）。
しかしながら、このように構成されたトルク検
出方法にあつては、被測定軸の外周に異種材料の
被膜が積層された構成となつており、検出器の使
用される環境の温度変化が大きい場合や、被測定
軸自体の温度変化が大きい状況下で長時間使用さ
れると、被測定軸を被膜の熱膨張係数の差によつ
て被膜が被測定軸外表面から剥離、脱落し易いと
いう欠点がある。
出方法にあつては、被測定軸の外周に異種材料の
被膜が積層された構成となつており、検出器の使
用される環境の温度変化が大きい場合や、被測定
軸自体の温度変化が大きい状況下で長時間使用さ
れると、被測定軸を被膜の熱膨張係数の差によつ
て被膜が被測定軸外表面から剥離、脱落し易いと
いう欠点がある。
このような状況の下で、特に自動車の駆動トル
クの検出にあつては、温度変化とトルク変動は極
めて大きく、上述した装置を用いた場合、長時間
にわたる安定した高い検出感度および検出制度を
確保することは極めて困難であつた。
クの検出にあつては、温度変化とトルク変動は極
めて大きく、上述した装置を用いた場合、長時間
にわたる安定した高い検出感度および検出制度を
確保することは極めて困難であつた。
《発明の目的》
本発明は、トルクの検出感度が高く、ヒステリ
シスが小さく、高精度でかつ耐久性に優れたトル
ク検出装置を提供することを目的とする。
シスが小さく、高精度でかつ耐久性に優れたトル
ク検出装置を提供することを目的とする。
《発明の構成》
上記目的を達成するために、本発明は、磁性体
を主成分とする被測定軸と； 前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を形
成する励磁コイルと； 前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出器
とを具備してなるトルク検出装置において； 前記被測定軸を鉄を基本とした高透磁率材料で
形成し、かつ該被測定軸の軸表面部に炭素浸透熱
処理を施こすことにより軸表面部と軸内部とで組
成成分比を変え、前記軸表面部に硬化組織を形成
したことを特徴とするものである。
を主成分とする被測定軸と； 前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を形
成する励磁コイルと； 前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出器
とを具備してなるトルク検出装置において； 前記被測定軸を鉄を基本とした高透磁率材料で
形成し、かつ該被測定軸の軸表面部に炭素浸透熱
処理を施こすことにより軸表面部と軸内部とで組
成成分比を変え、前記軸表面部に硬化組織を形成
したことを特徴とするものである。
《実施例の説明》
以下、本発明の一実施例を添付図面を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
第４図は本発明のトルク検出装置の一実施例を
示す正面図Ａおよび側面図Ｂである。
示す正面図Ａおよび側面図Ｂである。
同図において、透磁率が高く磁歪の大きい鈍鉄
を基本として軸の表面部に炭素を含む鉄からなる
被測定軸１の外周には、例えばパーマロイ等の高
透磁率物質からなる十字交叉形状のヨーク４が被
測定軸１に対して間隔をおくようにして近接配置
され、このヨーク４には励磁コイル２および検出
コイル３が図に示すように配置されている。従つ
て、励磁コイル２から発した磁束が被測定軸１お
よびヨーク４を磁路として磁気回路を形成する。
を基本として軸の表面部に炭素を含む鉄からなる
被測定軸１の外周には、例えばパーマロイ等の高
透磁率物質からなる十字交叉形状のヨーク４が被
測定軸１に対して間隔をおくようにして近接配置
され、このヨーク４には励磁コイル２および検出
コイル３が図に示すように配置されている。従つ
て、励磁コイル２から発した磁束が被測定軸１お
よびヨーク４を磁路として磁気回路を形成する。
被測定軸１の軸表面部は、表面より0.4〜0.8mm
の深さの部分に高温にて炭素を浸透させた後、高
温からの急冷によつて硬化組織が形成されてい
る。この硬化組織の下は、純鉄が気体であるか
ら、透磁率が高く磁気歪みも大きくなつている。
の深さの部分に高温にて炭素を浸透させた後、高
温からの急冷によつて硬化組織が形成されてい
る。この硬化組織の下は、純鉄が気体であるか
ら、透磁率が高く磁気歪みも大きくなつている。
この硬化組織は、高温におけるオーステナイト
状態に加熱した鉄−炭素合金を急冷する際、その
合金組成によつて決まる一定温度、すなわちMs
点以下になると、異常な膨張を起こして形成され
る組織である。この急冷による組織変化は、体積
の膨張を伴う現象であるから、組織変化の進行に
より大きな内部応力が生じる。
状態に加熱した鉄−炭素合金を急冷する際、その
合金組成によつて決まる一定温度、すなわちMs
点以下になると、異常な膨張を起こして形成され
る組織である。この急冷による組織変化は、体積
の膨張を伴う現象であるから、組織変化の進行に
より大きな内部応力が生じる。
すなわち、加工によつて軸に残留する応力と異
なり、軸の表面からの距離に関与した比較的均一
な応力を持つことになる。
なり、軸の表面からの距離に関与した比較的均一
な応力を持つことになる。
このように構成されたトルク検出装置は、被測
定軸１における軸表面部に均一な内部応力が働い
ているため、トルク印加時とトルク開放時におけ
る不均一な歪みの残留を防止できるので、トルク
印加時とトルク開放時における検出出力が安定
し、ヒステリシスが解消でき、極めて高精度のト
ルク検出が行なえることになる。
定軸１における軸表面部に均一な内部応力が働い
ているため、トルク印加時とトルク開放時におけ
る不均一な歪みの残留を防止できるので、トルク
印加時とトルク開放時における検出出力が安定
し、ヒステリシスが解消でき、極めて高精度のト
ルク検出が行なえることになる。
また、被測定軸１における炭素が浸透にし硬化
組織の部分は、被測定軸の表面より内部に向かつ
て炭素が拡散することにより形成されたものであ
り、炭素の濃度の変化は緩やかである。
組織の部分は、被測定軸の表面より内部に向かつ
て炭素が拡散することにより形成されたものであ
り、炭素の濃度の変化は緩やかである。
すなわち、上記の硬化組織は、被測定軸１と一
体的に構成されるので、温度変化やトルク変動等
の環境変化等に対して剥離が生ずる虞れがなく、
優れた耐久性を有し、かつ安定した出力を得るこ
とができる。
体的に構成されるので、温度変化やトルク変動等
の環境変化等に対して剥離が生ずる虞れがなく、
優れた耐久性を有し、かつ安定した出力を得るこ
とができる。
次に、本実施例における被測定軸１の軸表面部
に炭素を浸透させて硬化組織とし、均一な内部応
力を作用させてヒステリシスを解消する好適な方
法として、その一例を挙げる。
に炭素を浸透させて硬化組織とし、均一な内部応
力を作用させてヒステリシスを解消する好適な方
法として、その一例を挙げる。
すなわち、純鉄からなる被測定軸１をプロパン
（C3H8）をニツケル触媒を用いて変成したPXガ
ス中で約900℃にて加熱する。すると、次式で示
すように、 2C3H8＋302＋11.28N2 ＝6CO＋8H2＋11.28N2 なる反応が起こり、CO，H2，N2の混合ガスが得
られ、次式に示す Fe＋CO＋H2＝（Ｃ）γ＋H2Ｏ なる反応で鉄中への炭素の浸透が起こる。
（C3H8）をニツケル触媒を用いて変成したPXガ
ス中で約900℃にて加熱する。すると、次式で示
すように、 2C3H8＋302＋11.28N2 ＝6CO＋8H2＋11.28N2 なる反応が起こり、CO，H2，N2の混合ガスが得
られ、次式に示す Fe＋CO＋H2＝（Ｃ）γ＋H2Ｏ なる反応で鉄中への炭素の浸透が起こる。
ここで、上式における（Ｃ）γは、鉄中に浸透
した炭素を表わしている。
した炭素を表わしている。
炭素の浸透量は材質、浸透の時間、温度によつ
て決まる拡散恒数および、表面炭素濃度の関数で
決まる。
て決まる拡散恒数および、表面炭素濃度の関数で
決まる。
前述のようにして、炭素を浸透させた被測定軸
１を、約900℃から油中で急冷する。この処理に
より、高温組織のオーステナイト結晶粒の微細化
を図るとともに、炭素浸透部に形成されている炭
化物（Fe3Ｃ）を破壊する。
１を、約900℃から油中で急冷する。この処理に
より、高温組織のオーステナイト結晶粒の微細化
を図るとともに、炭素浸透部に形成されている炭
化物（Fe3Ｃ）を破壊する。
次に、約800℃に加熱し、水中で急冷する。こ
の処理により、被測定軸１の表面の高度が高くな
る。
の処理により、被測定軸１の表面の高度が高くな
る。
更に、これを約150℃まで加熱して、空気中で
冷却する操作を行なえば、部分的な急冷歪みを除
去でき、ほぼ均質な内部応力を持つた被測定軸１
が得られる。
冷却する操作を行なえば、部分的な急冷歪みを除
去でき、ほぼ均質な内部応力を持つた被測定軸１
が得られる。
こうして得られた被測定軸１は、軸内部は純鉄
で構成され、透磁率が高く、磁歪も大きいので、
励磁コイル２によつて発せられた磁束は純鉄部を
通り、トルク印加による応力で、透磁率が大きく
変化し、磁気エネルギが有効に磁気歪み出力とし
て現われ、大きな検出出力となる。
で構成され、透磁率が高く、磁歪も大きいので、
励磁コイル２によつて発せられた磁束は純鉄部を
通り、トルク印加による応力で、透磁率が大きく
変化し、磁気エネルギが有効に磁気歪み出力とし
て現われ、大きな検出出力となる。
更に、被測定軸１の軸表面部に炭素浸透による
硬化組織を有するため、この部分に存在する均質
な内部応力により、トルク印加時とトルク除去時
における歪みの残留を妨げることができる。
硬化組織を有するため、この部分に存在する均質
な内部応力により、トルク印加時とトルク除去時
における歪みの残留を妨げることができる。
そのため、ヒステリシスが解消され、高精度の
トルク検出が可能となる。
トルク検出が可能となる。
本発明者の実験によれば、励磁コイル２に周波
数10KHz，300mAの高周波電流を流して左右の
回転トルク出力変化を調べたところ、検出コイル
３から第５図に示すような結果を得た。
数10KHz，300mAの高周波電流を流して左右の
回転トルク出力変化を調べたところ、検出コイル
３から第５図に示すような結果を得た。
これに対し、第４図に示す構成と同様なトルク
検出装置において、被測定軸１に本発明による炭
素浸透硬化熱処理を施さないままで同様の実験を
行なつたところ、トルク変化に対して第２図に示
すような磁気歪み出力を得た。
検出装置において、被測定軸１に本発明による炭
素浸透硬化熱処理を施さないままで同様の実験を
行なつたところ、トルク変化に対して第２図に示
すような磁気歪み出力を得た。
上記実験結果によれば、被測定軸１に、炭素浸
透硬化熱処理を施した場合の方が、ヒステリシス
が小さく、検出制度を高める効果が著しいことが
わかる。
透硬化熱処理を施した場合の方が、ヒステリシス
が小さく、検出制度を高める効果が著しいことが
わかる。
なお、上述の実施例では、被測定軸１として、
透磁率の良好な純鉄を用いる例を示したが、本発
明にあつてはこれに限定されるものではなく、鉄
を主体とした強磁性体を含む複数組成からなる被
測定軸において、その軸表面部に炭素を浸透さ
せ、硬化組織を得ることにより、本発明の目的達
成が可能である。
透磁率の良好な純鉄を用いる例を示したが、本発
明にあつてはこれに限定されるものではなく、鉄
を主体とした強磁性体を含む複数組成からなる被
測定軸において、その軸表面部に炭素を浸透さ
せ、硬化組織を得ることにより、本発明の目的達
成が可能である。
更に、検出コイル３にあつても、磁束を検出す
る従来公知の手段、例えばホール素子等を用いる
ことが可能であるし、また励磁コイルと検出コイ
ルとを、被測定軸１と同軸的に配置させてなるト
ルク検出装置にも適用可能であることは言うまで
もない。
る従来公知の手段、例えばホール素子等を用いる
ことが可能であるし、また励磁コイルと検出コイ
ルとを、被測定軸１と同軸的に配置させてなるト
ルク検出装置にも適用可能であることは言うまで
もない。
《発明の効果》
以上説明したように、本発明のトルク検出装置
は、被測定軸の軸表面部に炭素を浸透させた硬化
組織を形成し、均質な内部応力を有した状態にす
ることにより、トルク印加時とトルク除去時に現
われるヒステリシスを抑制し、トルク検出の精度
を向上させられる上、異種材料との接合とは異な
つて接合面が存在しないため、温度変化や大きな
トルク変動に起因する被膜の剥離や脱落等が生じ
ないので、耐久性に優れ、種々の条件の下におい
て安定した動作を確保することが可能である。
は、被測定軸の軸表面部に炭素を浸透させた硬化
組織を形成し、均質な内部応力を有した状態にす
ることにより、トルク印加時とトルク除去時に現
われるヒステリシスを抑制し、トルク検出の精度
を向上させられる上、異種材料との接合とは異な
つて接合面が存在しないため、温度変化や大きな
トルク変動に起因する被膜の剥離や脱落等が生じ
ないので、耐久性に優れ、種々の条件の下におい
て安定した動作を確保することが可能である。
このように本発明は、種々の利点を有するの
で、特に自動車の駆動トルク等の検出において極
めて有用である。
で、特に自動車の駆動トルク等の検出において極
めて有用である。
第１図は軸トルクと応力の関係を示す説明図、
第２図および第３図はそれぞれ従来のトルク検出
出力性を示す図、第４図は本発明のトルク検出装
置の一実施例を示す正面図および側面図、第５図
は本発明のトルク検出装置の検出出力特性図であ
る。 １……被測定軸、２……励磁コイル、３……検
出コイル、４……ヨーク。
第２図および第３図はそれぞれ従来のトルク検出
出力性を示す図、第４図は本発明のトルク検出装
置の一実施例を示す正面図および側面図、第５図
は本発明のトルク検出装置の検出出力特性図であ
る。 １……被測定軸、２……励磁コイル、３……検
出コイル、４……ヨーク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 磁性体を主成分とする被測定軸と； 前記被測定軸を磁路の一部とする磁気回路を形
成する励磁コイルと； 前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出器
とを具備してなるトルク検出装置において； 前記被測定軸を鉄を期待とした高透磁率材料で
形成し、かつ該被測定軸の軸表面部に炭素浸透熱
処理を施こすことにより軸表面部と軸内部とで組
成成分比を変え、前記軸表面部に硬化組織を形成
したことを特徴とするトルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110057A JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110057A JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254678A JPS60254678A (ja) | 1985-12-16 |
| JPH0452633B2 true JPH0452633B2 (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=14525990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59110057A Granted JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60254678A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4823620A (en) * | 1986-02-10 | 1989-04-25 | Nissan Motor Company, Ltd. | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JPH0710011B2 (ja) * | 1987-12-24 | 1995-02-01 | 株式会社クボタ | 磁歪式トルクセンサ |
| JPH0290030A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164375A (ja) * | 1984-02-07 | 1985-08-27 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 磁歪材料 |
-
1984
- 1984-05-30 JP JP59110057A patent/JPS60254678A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60254678A (ja) | 1985-12-16 |
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