JPS5946526A - 電磁ストレスセンサ - Google Patents
電磁ストレスセンサInfo
- Publication number
- JPS5946526A JPS5946526A JP15579182A JP15579182A JPS5946526A JP S5946526 A JPS5946526 A JP S5946526A JP 15579182 A JP15579182 A JP 15579182A JP 15579182 A JP15579182 A JP 15579182A JP S5946526 A JPS5946526 A JP S5946526A
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- JP
- Japan
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- magnetic core
- coil
- magnetic
- torque
- tubular
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- Pending
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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
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- General Physics & Mathematics (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】
本発明は、応力を測定すべき被検体に関連する磁心手段
と、との磁心手段の周囲に設けたコイル手段と、応力に
より生ずる磁心手段の変形とコイル手段のインダクタン
スとの相関に基づいて応力を検出する検出手段とを具え
る電磁ストレスセンサに関する。更に、本発明は、特に
回転軸の軸トルクを測定する電磁ストレスセンサに関す
るものである。
と、との磁心手段の周囲に設けたコイル手段と、応力に
より生ずる磁心手段の変形とコイル手段のインダクタン
スとの相関に基づいて応力を検出する検出手段とを具え
る電磁ストレスセンサに関する。更に、本発明は、特に
回転軸の軸トルクを測定する電磁ストレスセンサに関す
るものである。
従来の電磁ストレスセンサとしては、第１図に示すよう
なものがある。］は応力または軸トルクを測定すべき被
検体としての回転軸、２は回転軸１に同軸状に取付けた
磁心手段と１．ての磁歪材、８は磁歪材２の周囲に設け
たコイル手段、４は磁歪材の変形に相関する自己インダ
クタンスの変化から回転軸１０回転トルクを検出する検
出手段である。
なものがある。］は応力または軸トルクを測定すべき被
検体としての回転軸、２は回転軸１に同軸状に取付けた
磁心手段と１．ての磁歪材、８は磁歪材２の周囲に設け
たコイル手段、４は磁歪材の変形に相関する自己インダ
クタンスの変化から回転軸１０回転トルクを検出する検
出手段である。
しかＩ−々から従来の電磁ストレスセンサにあっては、
コイルが磁心手段、例えば磁歪材２の周囲に巻き付けら
れた構造となっていたため、コイルも軸とともに回転し
、コイル両端に発生する電磁的変化を、スリップリング
を介さなけわば取り出せず、スリップリングの摩耗によ
って接触不良が生ずる恐れがあるという問題点があった
。
コイルが磁心手段、例えば磁歪材２の周囲に巻き付けら
れた構造となっていたため、コイルも軸とともに回転し
、コイル両端に発生する電磁的変化を、スリップリング
を介さなけわば取り出せず、スリップリングの摩耗によ
って接触不良が生ずる恐れがあるという問題点があった
。
更に、従来のセンサは、強磁性体の逆磁気歪み（ピラリ
−）効果を応用した磁歪ストレスセンサである。即ち、
強磁性体は、その磁区の内部で自発磁化の方向に結晶格
子が変形しているため、歪み全与えるとその方向の磁区
が安定若しくは不安定とがり、磁化特性が変化するので
、この磁歪材をコイルの磁心として自己インダクタンス
の変化により回転軸の回転トルクを検出可能としたもの
である。
−）効果を応用した磁歪ストレスセンサである。即ち、
強磁性体は、その磁区の内部で自発磁化の方向に結晶格
子が変形しているため、歪み全与えるとその方向の磁区
が安定若しくは不安定とがり、磁化特性が変化するので
、この磁歪材をコイルの磁心として自己インダクタンス
の変化により回転軸の回転トルクを検出可能としたもの
である。
しかし彦から、ピラリ−効果は単軸の引張りおよび圧縮
に対して顕著ではあるが、ねじシに対しては効果はそれ
程顕著では々く、回転トルクの精度の高い測定を行うと
とができないという問題点がある。
に対して顕著ではあるが、ねじシに対しては効果はそれ
程顕著では々く、回転トルクの精度の高い測定を行うと
とができないという問題点がある。
本発明は、このような従来の問題点に着目して力された
もので、磁心手段を、被検体に取付けた磁心支持体と、
との磁心支持体を包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率
材料の］対の筒状体とにより構成ｉ−１これら筒状体を
各鋸歯状端縁が互いに対向するよう環状体を介して磁心
支持体に取付け、またコイル手段を、筒状体に接触し彦
いよう筒状体を包囲する筒状コイル支持手段の内面に配
設して、応力による磁気抵抗変動ひいてはインダクタン
ス変動が顕著に現われるようにするとともに、スリップ
リングを介さなくても検出することができる構造にする
ことにより上記問題点を解決することを目的としている
。
もので、磁心手段を、被検体に取付けた磁心支持体と、
との磁心支持体を包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率
材料の］対の筒状体とにより構成ｉ−１これら筒状体を
各鋸歯状端縁が互いに対向するよう環状体を介して磁心
支持体に取付け、またコイル手段を、筒状体に接触し彦
いよう筒状体を包囲する筒状コイル支持手段の内面に配
設して、応力による磁気抵抗変動ひいてはインダクタン
ス変動が顕著に現われるようにするとともに、スリップ
リングを介さなくても検出することができる構造にする
ことにより上記問題点を解決することを目的としている
。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。第２図は、本
発明電磁ストレスセンサの一実施例である。まず構成を
説明すると、との実施例においては、磁心手段を、高透
磁性材料により形成し、回転軸１に対して同軸状に反磁
性体部材５を介して取付けた磁心支持体２ａと、との磁
心支持体２ａを包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率材
料により形成した１対の筒状体２ｂとにより構成し、更
に各鋸歯状端縁２０ｆ互いに対向離間させ、鋸歯状端縁
２０とは反対側の筒状体の端縁において環状体２ｄ７１
ｒ−介して磁心支持体２ａに取付ける（第３図参照）。
発明電磁ストレスセンサの一実施例である。まず構成を
説明すると、との実施例においては、磁心手段を、高透
磁性材料により形成し、回転軸１に対して同軸状に反磁
性体部材５を介して取付けた磁心支持体２ａと、との磁
心支持体２ａを包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率材
料により形成した１対の筒状体２ｂとにより構成し、更
に各鋸歯状端縁２０ｆ互いに対向離間させ、鋸歯状端縁
２０とは反対側の筒状体の端縁において環状体２ｄ７１
ｒ−介して磁心支持体２ａに取付ける（第３図参照）。
第２および３図に示す実施例においては、鋸歯状端縁２
Ｃの双方の凸部相互および凹部相互を軸線方向に対向さ
せ、対向凸部間に間隙δ□を空けておく。環状体２ｄは
、筒状体２ｂの材料と同一の材料により一体にまたは別
体として形成することもできるが、別の材料により別体
として固着することもできる。
Ｃの双方の凸部相互および凹部相互を軸線方向に対向さ
せ、対向凸部間に間隙δ□を空けておく。環状体２ｄは
、筒状体２ｂの材料と同一の材料により一体にまたは別
体として形成することもできるが、別の材料により別体
として固着することもできる。
このような回転軸１と磁心手段の組立体を、軸受６を介
して筒状コイル支持手段内で回転自在に取付ける。この
筒状コイル支持手段は、軸受全支持する低透磁率材料の
筒状体７と、磁心手段の筒状体２ｂに接触せずにこれを
包囲するよう筒状体７の内面に固着した高透磁率材料の
筒状コイル支持体８とによシ構成し、この筒状コイル支
持体８の内面に、コイル手段即ち励磁用コイル９および
検出用コイル１０を取付ける。この筒状コイル支持体８
の両端部に半径方向内方に延びる７ランジ８ａを設け、
このフランジ８ａの遊端を筒状体２ｂの環状体２ｄ側の
端縁に対向させ、間隙ｄ２を空ける。更に励磁用コイル
９全直流または交流電源に接続し、検出用コイル１０ｆ
検出手段に接続する。
して筒状コイル支持手段内で回転自在に取付ける。この
筒状コイル支持手段は、軸受全支持する低透磁率材料の
筒状体７と、磁心手段の筒状体２ｂに接触せずにこれを
包囲するよう筒状体７の内面に固着した高透磁率材料の
筒状コイル支持体８とによシ構成し、この筒状コイル支
持体８の内面に、コイル手段即ち励磁用コイル９および
検出用コイル１０を取付ける。この筒状コイル支持体８
の両端部に半径方向内方に延びる７ランジ８ａを設け、
このフランジ８ａの遊端を筒状体２ｂの環状体２ｄ側の
端縁に対向させ、間隙ｄ２を空ける。更に励磁用コイル
９全直流または交流電源に接続し、検出用コイル１０ｆ
検出手段に接続する。
次に作用を説明する。励磁用コイルに直流または交流電
圧を印加すると、筒状体２ｂ、筒状コイル支持体８およ
び間隙ｄ□、ｄ２よりなる磁気回路および磁心支持体２
ａ、環状体２ｄ、筒状体２ｂ。
圧を印加すると、筒状体２ｂ、筒状コイル支持体８およ
び間隙ｄ□、ｄ２よりなる磁気回路および磁心支持体２
ａ、環状体２ｄ、筒状体２ｂ。
間隙ｄ１１および筒状コイル支持体より力る磁気回路に
磁力線が発生する。このとき回転軸１にトルクが加わる
と、軸１カらびに磁心支持体２ａがねじれ、磁心支持体
２ａに若干の逆磁気歪み（ピラリ−）効果が発生すると
ともに、筒状体２ｂの互いに対向する鋸歯状＃Ａ縁の相
対位置が変化する（第４図参照）。従って軸にトルクが
加わると、上記磁心支持体の若干の逆磁気歪みにより磁
心本体の透磁率が僅かに変化するとともに、対向鋸歯状
端縁の相対位置変化により間隙ｄ□における透磁率が比
較的大きく変化し、全体的に見て上記後者の磁気回路の
磁気抵抗が比較的大きく変化１−１前者の磁気回路に発
生する磁力線の数も比較的大きな変化をする。従って軸
トルクに相関する磁力線の数の変化の結果としてのコイ
ルのインダクタンス変化を検出することによって軸トル
クを精度よく測定できる。トルクと磁気回路のインダク
タンスとの相関関係は第５図に示すようになる。なお、
第５図に点線で示した特性が対向鋸歯状端縁の相対位置
変化に対応する特性を示し、実線で示した特性が逆磁気
歪に対応して生じる特性を点線で示した特性に加えたも
のである。更にコイル手段は、回転軸とともに回転する
ことがないのでスリップリングケ介して検出手段４．に
接続する必要は碌くなる。
磁力線が発生する。このとき回転軸１にトルクが加わる
と、軸１カらびに磁心支持体２ａがねじれ、磁心支持体
２ａに若干の逆磁気歪み（ピラリ−）効果が発生すると
ともに、筒状体２ｂの互いに対向する鋸歯状＃Ａ縁の相
対位置が変化する（第４図参照）。従って軸にトルクが
加わると、上記磁心支持体の若干の逆磁気歪みにより磁
心本体の透磁率が僅かに変化するとともに、対向鋸歯状
端縁の相対位置変化により間隙ｄ□における透磁率が比
較的大きく変化し、全体的に見て上記後者の磁気回路の
磁気抵抗が比較的大きく変化１−１前者の磁気回路に発
生する磁力線の数も比較的大きな変化をする。従って軸
トルクに相関する磁力線の数の変化の結果としてのコイ
ルのインダクタンス変化を検出することによって軸トル
クを精度よく測定できる。トルクと磁気回路のインダク
タンスとの相関関係は第５図に示すようになる。なお、
第５図に点線で示した特性が対向鋸歯状端縁の相対位置
変化に対応する特性を示し、実線で示した特性が逆磁気
歪に対応して生じる特性を点線で示した特性に加えたも
のである。更にコイル手段は、回転軸とともに回転する
ことがないのでスリップリングケ介して検出手段４．に
接続する必要は碌くなる。
第２および８図に示した実施例では、鋸歯状端縁の展開
したときの形状が矩形の凹凸列とし、四部相互および凸
部相互を対向させたものであるが、第６図（ａ）に示す
ように双方の凹凸を互いに隙間を持たせて嵌合するよう
磁心手段を構成することもできる。この場合、トルクが
加わると第６図（１））に示す状態になるよう変化し、
このときのトルクとインダクタンスとの関係は＄７図に
示すように々る。
したときの形状が矩形の凹凸列とし、四部相互および凸
部相互を対向させたものであるが、第６図（ａ）に示す
ように双方の凹凸を互いに隙間を持たせて嵌合するよう
磁心手段を構成することもできる。この場合、トルクが
加わると第６図（１））に示す状態になるよう変化し、
このときのトルクとインダクタンスとの関係は＄７図に
示すように々る。
更に鋸歯状端縁の形状を矩形の凹凸列にする代りに、台
形またけ三角形状の凹凸列とすることもでき、この場合
凸部相互を対向離間させる代りに対向接触するよう磁心
手段を構成することもできる。また第６図（ａ）に示す
ように凹凸部を互いに隙間を持たせて嵌合させることも
できる。
形またけ三角形状の凹凸列とすることもでき、この場合
凸部相互を対向離間させる代りに対向接触するよう磁心
手段を構成することもできる。また第６図（ａ）に示す
ように凹凸部を互いに隙間を持たせて嵌合させることも
できる。
凹凸の配列ピンチはトルク変動によるねじれ変形の範囲
の大きさに応じて決定するとよい。
の大きさに応じて決定するとよい。
鋸歯状端縁の凹凸を嵌合させたり凸部相互を対向接触さ
せる実施例の場合、成る特定のトルク値を検知するのに
好適であり、このトルク値検知全オンオフ制御に適用す
ることができる。
せる実施例の場合、成る特定のトルク値を検知するのに
好適であり、このトルク値検知全オンオフ制御に適用す
ることができる。
更に、第２図に示す実施例のように、環状体２ｃｉ’（
５筒状体２ｂと同一の高透磁率材料により筒状体２ｂに
一体または別体として設ける場合上記２種類の磁気回路
を生ずるが、環状体２ｃｉ′Ｉｉ７筒状体２ｂとは異な
る低透磁率材料により別体として設ける場合、磁心支持
体２ａの材質は任意のものでよく、高透磁率材料にする
必要はなく、磁心支持体が高透磁率材料で々いとき検出
に関与する磁気回路は筒状体２ｂ、筒状コイル支持体８
および間隙ｄ□、ｄ２より々る磁気回路だけとなる。
５筒状体２ｂと同一の高透磁率材料により筒状体２ｂに
一体または別体として設ける場合上記２種類の磁気回路
を生ずるが、環状体２ｃｉ′Ｉｉ７筒状体２ｂとは異な
る低透磁率材料により別体として設ける場合、磁心支持
体２ａの材質は任意のものでよく、高透磁率材料にする
必要はなく、磁心支持体が高透磁率材料で々いとき検出
に関与する磁気回路は筒状体２ｂ、筒状コイル支持体８
および間隙ｄ□、ｄ２より々る磁気回路だけとなる。
以−り説明してきたように、本発明によれば、磁心手段
を、被検体に増刊けた磁心支持体と、この磁心支持体を
包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率材料の１対の筒状
体とにより構成し、これら筒状体を各鋸歯状端縁が互い
に対向するよう環状体を介して磁心支持体に取付け、ま
た前記コイル手段を、前記筒状体に接触しないようこの
筒状体を包囲する筒状コイル支持手段の内面に配設した
構成としたため、応力による磁気回路における磁気抵抗
変化量が増大し、従って応力を精度よく検知することが
できるとともに、コイル手段を固定したものとすること
ができ、スリップリングを用いることが々〈応力を検知
することができるという効果が得られる。
を、被検体に増刊けた磁心支持体と、この磁心支持体を
包囲し、鋸歯状端縁を有する高透磁率材料の１対の筒状
体とにより構成し、これら筒状体を各鋸歯状端縁が互い
に対向するよう環状体を介して磁心支持体に取付け、ま
た前記コイル手段を、前記筒状体に接触しないようこの
筒状体を包囲する筒状コイル支持手段の内面に配設した
構成としたため、応力による磁気回路における磁気抵抗
変化量が増大し、従って応力を精度よく検知することが
できるとともに、コイル手段を固定したものとすること
ができ、スリップリングを用いることが々〈応力を検知
することができるという効果が得られる。
更に筒状体の磁心手段を設けたため、軸線の周方向に重
置配分が均等であり、従って被検体が軸線の周りに高速
回転しても空気抵抗によるぶれの影響を受けることがな
く、軸トルクを低トルクから高トルクまで正確かつ安定
的に検知することができる。また摩耗部分がないため寿
命を飛開的に伸ばすことができる。
置配分が均等であり、従って被検体が軸線の周りに高速
回転しても空気抵抗によるぶれの影響を受けることがな
く、軸トルクを低トルクから高トルクまで正確かつ安定
的に検知することができる。また摩耗部分がないため寿
命を飛開的に伸ばすことができる。
更に上述した実施例は、軸トルクの検出に関して説明し
たが、間隙ｄ１． ｄ２の変化により圧縮応力および引
張応力の検出も可能である。
たが、間隙ｄ１． ｄ２の変化により圧縮応力および引
張応力の検出も可能である。
第１図は、従来の電磁ストレスセンサとしてのトルクセ
ンサの線図、 第２図は、本発明電磁ストレスセンザの実施例の線図、 第８図は、第２図に示した回転軸に関連する磁心手段の
斜視図、 第４図は、磁心手段の筒状体の鋸歯状端縁の相対位置が
トルクによって移動する状態を示す説明図、 第５図は、回転軸に加わる軸トルクとコイル手段のイン
ダクタンスとの関係を示すグラフ、第６図（ａ）、Φ）
は、それぞれ第２図の実施例とは異なる取付けをした筒
状体の鋸歯状端縁部の無負荷状態およびトルクを加えた
ときの状態を示す説明図、 第７図は、＄６図に示す筒状体を有する実施例の回転軸
に加わるトルクとコイル手段のインダクタンスとの関係
を示すグラフである。 １・・・回転軸、２・・・磁歪材（磁心手段）、２ａ・
・・磁心支持体、２ｂ・・・高透磁率桐料の筒状体、２
Ｇ・鋸歯状端縁、２ｄ・環状体、３・・・コイル手段、
４・・・検出手段、５・・・反磁性体部材、６・・・軸
受、？・・・低透磁率材料の筒状体、８・・・筒状コイ
ル支持体、９・励磁用コイル、］０・・・検出用コイル
。 符Ｖ＋−出願人 日産自動車株式会社 第２図 第６図 （ａ） （ｂ ） 第７図
ンサの線図、 第２図は、本発明電磁ストレスセンザの実施例の線図、 第８図は、第２図に示した回転軸に関連する磁心手段の
斜視図、 第４図は、磁心手段の筒状体の鋸歯状端縁の相対位置が
トルクによって移動する状態を示す説明図、 第５図は、回転軸に加わる軸トルクとコイル手段のイン
ダクタンスとの関係を示すグラフ、第６図（ａ）、Φ）
は、それぞれ第２図の実施例とは異なる取付けをした筒
状体の鋸歯状端縁部の無負荷状態およびトルクを加えた
ときの状態を示す説明図、 第７図は、＄６図に示す筒状体を有する実施例の回転軸
に加わるトルクとコイル手段のインダクタンスとの関係
を示すグラフである。 １・・・回転軸、２・・・磁歪材（磁心手段）、２ａ・
・・磁心支持体、２ｂ・・・高透磁率桐料の筒状体、２
Ｇ・鋸歯状端縁、２ｄ・環状体、３・・・コイル手段、
４・・・検出手段、５・・・反磁性体部材、６・・・軸
受、？・・・低透磁率材料の筒状体、８・・・筒状コイ
ル支持体、９・励磁用コイル、］０・・・検出用コイル
。 符Ｖ＋−出願人 日産自動車株式会社 第２図 第６図 （ａ） （ｂ ） 第７図
Claims (1)
- １ 応力を測定すべき被検体に関連する磁心手段と、と
の磁心手段の周囲に設けたコイル手段と、応力により生
ずる磁心手段の変形とコイル手段のインダクタンスとの
相関に基づいて応力を検出する検出手段とを具える電磁
ストレスセンサにおいて、前記磁心手段を、被検体に取
付けた磁心支持体と、との磁心支持体を包囲し、鋸歯状
端縁を有する高透磁率材料の１対の筒状体とにより構成
し、これら筒状体を各鋸歯状端縁が互いに対向するよう
環状体を介して磁心支持体に取付け、また前記コイル手
段を、前記筒状体に接触し彦いよう前記筒状体を包囲す
る筒状コイル支持手段の内面に配設したことを％個とす
る電磁ストレスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579182A JPS5946526A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 電磁ストレスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579182A JPS5946526A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 電磁ストレスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946526A true JPS5946526A (ja) | 1984-03-15 |
Family
ID=15613506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15579182A Pending JPS5946526A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 電磁ストレスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946526A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH01244322A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Koyo Seiko Co Ltd | トルクセンサ |
| JPH01180737U (ja) * | 1988-06-02 | 1989-12-26 | ||
| JPH02179431A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-07-12 | Texas Instr Inc <Ti> | トルク・センサ |
| US4996890A (en) * | 1988-10-07 | 1991-03-05 | Koyo Seiko Co. Ltd. | Torque sensor |
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| WO1999030960A3 (de) * | 1997-12-12 | 1999-08-19 | Bktech Ag | Antriebsvorrichtung und drehmomentsensor sowie verfahren zu dessen herstellung |
| FR3112524A1 (fr) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | Moving Magnet Technologies | Organe d’entrainement de cycle presentant un capteur de couple |
| DE102023206981B3 (de) | 2023-07-21 | 2024-07-04 | Zf Friedrichshafen Ag | Drehmomentübertragungsanordnung für eine Antriebseinrichtung, muskelbetriebenes Fahrzeug sowie Verfahren zur Herstellung |
-
1982
- 1982-09-09 JP JP15579182A patent/JPS5946526A/ja active Pending
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