JPS61294322A - トルク検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は１例えば回転軸などの受動軸の軸トルクを非
接触で測定するトルク検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図はこの種トルク検出装置の動作原理１：説明する
ための図である。一般に、磁性材に応力を加えると、そ
の磁気特性が変化することはよく知られており、引張り
応力によって透磁率は増加し。

圧縮応力によって透磁率は減少する。ところで。

第１図に示すように、受動軸（１）にトルクＴを印加す
ると、中心軸偉）に対し土４５″方向に最大応力Ｃが生
じる。りｔり中心軸（２）に対し＋４５＠方向の角度を
もつ線上に最大の引張り応力−が、−４５°方向の角度
をもつ線上に最大の圧縮応力−Ｉが生じる。従って、上
記線上に細長い磁性材を固着すれは、トルクが加わった
時の磁気ひずみ効果を利用したトルクの横比が可能とな
る。磁性材を上記のように中心軸（２）に対して土４５
１′方向に固着すれば。

印加トルクに対する透磁率変化の感度が最大となるが、
必ずしもその角度に限定する必要はない。

一般に、応力による磁性材のひずみ量に対する透磁率の
変化は、あるひずみ量以上になると飽和してしま５．従
って、例えば非常に大きなトルクを検出する場合には、
その傾きを４５°方向からずらせて感度を落とすことに
より、その線形領域を広げるよりな工夫が施されている
。

ｔｇ６図は上記ｙＸ理を具体化した従来装置の一例を示
す図であフ、％に一番感度の高い±４５°方向に細長い
磁性層を固着した場合の図である。図において、（１）
は中心軸（２］を持つ回転軸などの受動軸でゐり、Ｍ受
（３１，（４１により回転自在に支承されている。（５
）、（６）は高磁歪材からなる第１及び第２の磁性層で
あり、中心軸（２］に対して第１の磁性層（５）は＋４
５″′方向をなすよりに、第２の磁性層（６）は−４５
″′方向をなすように、複数条の細長い磁性材が受動軸
＋１＋の外周に固着されている。これらの各磁性層（５
）、　（６１０材質としては軟磁性で高磁気ひずみ特性
をもつものが望ましく１例えば非晶質金属がよい。何故
なら、非晶質金属は高磁気ひずみ特性をもち２機械的強
度にもすぐれているからである。（７）は受動軸（１）
と所定のギャップを隔てて設けらｔ′した受Ｔｏ軸（１
）と同一の中心軸をもつ非磁性材からなる円筒状コイル
ボビン、（８）は上記第１の磁性層（５１’を包囲する
ようにコイルボビン（７）に巻回された第１の検出コイ
ル、（９）は上記第２の磁性層＋６１　を包囲するよう
にコイルボビン（７）に巻回された第２０＠出コイルで
Ｔｏり、これら検出コイル（８１，（９）は。

受動軸＋１）へのトルク印加時に生ずる上記磁性層（５
）。

（６）の透磁率変化をインダクタンス変化としてｔＫ傷
信号変換するためのものである。

いま、軸（１）にトルクが加わっていなめ状態では。

上記第１及び第２の磁性層（５１＃（６）の透磁率が等
しいため、検出フィル（６）、（９）のインダクタンス
も等しく、シたがってそ、の差は零となる。さて、第２
図に示すような方向にトルクＴが印加されると。

各磁性層ｆ５）、　＋６１は十分細長い形状をして６る
ので。

ｔｇｌｃ）磁性層（艶はほとんど引張り応力を受けてそ
の透磁率は大きくな）、第２の磁性層（６）は逆にほと
んど圧縮応力を受けて透磁率は小さくなる。したがって
検出コイル（８）のインダクタンスは大きく。

検出コイル（９）のインダクタンスは小さくなるため。

その差をとれば印加トルクの大きさに比例した正の信号
を得ることができる。逆方向のトルクが印加された場合
は、同様に印加トルクの大きさに比例した負の信号が得
らｎる。

ところで受動軸（１３Ｋは、使用状態によっては時とし
てねじりトルクの他に曲げ応力が加わることがあり、こ
れも磁性層の透磁率の変化をひき起こす原因となり、測
定誤差の要因の１つとなるが。

上記のよりに２つの対称に固着さまた磁性層を設けてお
り１曲げ応力は第１及び第２の磁性層（５）。

（６］で同様に加わるのでその透磁率変化は同一方向と
なり、上記のよりに２つの磁性層の透磁率変化の差をと
ｎば、ｍげ応力による影響は互いに相殺され、ねじｐト
ルクによる出力だけが得られる。

周囲温度変化による磁性材の特性の変化も同様の理由で
相殺される。

また、細長い磁性層を固着した１つの磁性層だけによる
検出の場合には、引張り応力と圧縮応力とで透ｆｆｉ率
変化に差がおるためにトルク印加方向によって感に差が
出るという難点があるが、２つの磁性層を設けることに
より、トルク印加方向による出力感度差がなく、！！形
の出力を取り出丁ことができる。

従来のトルク検出装置は、上記のよりに受動軸＋ｌｌＣ
ｌ外周に２つの磁性層（５）、（６）を設け、それぞれ
の＠柱層を多数条の細長い磁性材を固着することによっ
て形成し、しかも受動軸ｆｉ＋の中心軸＋２）　Ｋ対し
である一定の角Ｋをもたせて、かつ２つの磁性ｆｆ１（
５１，（６）が互いに対称になるよりＩＣ構成し、各磁
性層＋５１．　＋６１の透ａ早変化の差を両検出コイル
（８）。

（９）の出力差により検出することにより、加えられた
トルクの大きさと方向を１曲げ応力や周囲温度の影響を
受けることなく、ねじやトルクのみを非接触で検出する
ことができる。即ち、受動軸（１）への曲げ応力による
誤差０周囲温度変化に伴なり材質の特性変化による誤差
等を、２つの検出コイル＋８＋、　＋９１の出力差を検
出することにより補償できるから１ｇ環境下１例えば振
ｊＥＩ７（曲げ応力が加わる）を件な５環境、高温また
は低温の環境のもとでも使用することができる。

〔発明が解決しよりとする問題点〕

従来装置は上記のよりに構成され、動作するが。

受動軸（１）自体が磁性材である場合には、磁力線が固
着された磁性／Ｊ（５１，＋６１０みならず、受動軸（
１１の内Ｓをも通過する。ところで一般には受動軸（１
１は強度にその多くＱ注意が払われ、　ｆｆ１ｆｉ特性
についてはあｔり考慮されていないので、磁気的にはは
なはだ不均一であり、したがって磁力線が受動軸（１）
の内Ｗ６を通過することにより、出力誤差を招くという
問題点があった。

この発明は、とのよ５な問題点を解消するためになさｎ
たちので、受動軸が磁性材であっても磁力線がその内部
を通ることがなく、誤差のないトルク出力を検出できる
トルク検出装置を得ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、各磁性層の両端部にこれと磁気的に連結す
るように磁気導入層を受動軸外周の円周方向に固着し、
さらに検出コイルを包囲し、かつ端面が上記磁気導入層
に対向するヨークを設けたものでおる。

〔作用〕

この発明によれば、磁気導入層とヨークを設けることに
より、高磁性材からなる磁気閉回路が形成されるから、
受動軸内へのもれ磁束を減少させることができ、受動軸
の材質に関係なく高精度のトルク検出が可能となる。

〔発明の実施例〕

第１囚はこの発明の一実施例を示す図でＴｏり。

ｉｆ）〜（９）は上記従来装置と同一または相蟲する部
分である。（１０ａ）、　（１０ｂ）は第１の磁性層（
５１０両端部と磁気的に連結された（図は接した場合を
示す）。

受動軸（１１の外周円周上に固層された高磁性材から７
１ル８１　Ｃ）ｔａｌＪ人Ｎ、　　（１１ａ）、　（１
１ｂ）は第２の磁性層（６）の両端部と磁気的に連結さ
れた（図は接した場合を示す）、受動軸（１）の外周円
周上に固着された高磁性材からなる第２の磁気導入層で
ある。

これら第１．第２の磁気導入層としては磁性層（５）。

（６）と同じく軟磁性の非晶質金属を用いることが考え
られる。！１ｍはコイルボビン（７）に巻回された第１
の検出コイル（８）を包囲するより、受動軸（１）の外
周上に設けられた断面コ字状の第１のヨークであり。

その両端面は上記磁気導入層（１０ａ）、　（１０ｂ）
にそれぞれ対向し、磁気閉回路を形成している。（＋３
はコイルボビン（７）に巻回された第２の検出コイル（
９）を包囲するより、受動軸（１１の外周上に設けられ
た断面コ字状の第２のヨークでＴｏｌ）、その両端面は
上記磁気導入層（１１ｍ）、　（１ｊｂ）にそれぞれ対
向し、磁気閉回路を形成している。０は第１．第２のヨ
ークＱ３．αコ間に設けられたスペーサである。

この発明によれば、検出コイル（８１，（９）を包囲す
るようにヨーク１２．α３を設け、このヨークＱ３．　
Ｑ３の両端面を、各磁性層＋５１．　＋６１の両端部に
設けられた磁気導入層（１０ｍ）、　（１０ｂ）及び（
１１ｍ）、　（１１ｂ）　　にそれぞれ対向させるもの
としているから、それぞれヨーク→磁気導入層→磁柱層
→磁気導入層→目−りに至る磁気閉回路が形成される、
つまり各ヨークａａ、　ａｓに対向する各磁気導入層（
ｔｏｎ）、　（１０ｂ）及び（１１ｍ）、　（１１ｂ）
は、検出コイル（８１，＋９）による磁力！Ｉをそれぞ
れ磁性層＋５）、　（８１に導き、磁力線が受動軸（１
）内に侵入するのを有効に阻止し、これにより正確なト
ルクｆＩＬを検出することが可能となる。

このように磁気閉回路を構成することによｐ所望の動作
を期待できるから、ａ柱層＋５１．　＋６１と磁気導入
層（１０ａ）、　（１０ｂ）、　（１１ｍ）、　（１１
ｂ）とは上記第１図のように別体でなく、第２図のよう
に一体に形成してもよい。また磁性層（５）、　＋８１
と磁気導入層（１０ｇ）−（１０ｂ）、　（１１ｍ）、
　（１１ｂ）とは、磁気的に連結されておれば、上記第
１図のようｔ’ｌ：ｉ！して設ける必要はなく、第３図
に示すよ５ＫＸね合せること。

また第４図のよりに少し分離して設けても同様Ｏ効果を
期待することができる。

〔発明の効果〕

この発明は、ａ柱層両端部と磁気的に連結される磁気導
入層を設け、またこの磁気導入層に両端面が対向する検
出フィルを包囲したヨークを設けるものとしたから、も
れ磁気が受動軸に侵入することがなく、シたがって受動
軸の磁気異方性や不均一性、ｉた磁気外乱の影響１：阻
止できるので。

どのよりな軸にも適用できるといり効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１ｖＡはこの発ｇＡの一実施例を示す図、第２図。 第３図、第４図はこの発明に用いられる磁気導入層Ｏ他
のガを示す図、第５図はトルク検出装置の厘理を説明す
るための図、第６図は従来の装置を示す図である。図に
おいて、（１）は受動軸、　ｔ５Ｊ、　＋６）は第１及
び＠２Ｃ）磁性層、（８１，（９）は第１及び第２の検
出コイル、（１０ｍ）　、　（１ｏｂ）は第１の磁気導
入層。 （１１ｍ）、　（１１ｂ）は第２の磁気導入／ｉ１．ｃ
Ｉ３．Ｑ３は第１及び第２のヨークである。 なお各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。 （シー。 第３図 第４図 第　５　図 ｊＪｓ６図 手続補正書（自発） 昭和　　年　　月　　日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルクを受ける受動軸の外周に、軸方向に対して
   所定の角度をもつて固着された複数条の細長い第１の磁
   性層、この第１の磁性層を包囲するように上記受動軸に
   所定のギャップを隔てて巻回された、受動軸に加わるト
   ルクによる第１の磁性層の透磁率変化を検出する第１の
   検出コイル、上記第１の磁性層と対称となるより上記受
   動軸の外周に、軸方向に対して所定角度をもつて固着さ
   れた複数条の細長い第２の磁性層、この第２の磁性層を
   包囲するように上記受動軸に所定のギャップを隔てて巻
   回された、受動軸に加わるトルクによる第２の磁性層の
   透磁率変化を検出する第２の検出コイルからなり、上記
   両検出コイルの出力差により、受動軸に加わるトルクの
   大きさと方向を検出するよりにしたトルクの検出装置に
   おいて、上記第１の磁性層両端部とそれぞれ磁気的に連
   結されるよりに、上記受動軸の外周円周方向に固着され
   た２つの第１の磁気導入層、上記第１の検出コイルを包
   囲し、端面が上記第１の磁気導入層のそれぞれに対向す
   る第１のヨーク、上記第２の磁性層両端部とそれぞれ磁
   気的に連結されるように、上記受動軸の外周円周方向に
   固着された２つの第２の磁気導入層、上記第２の検出コ
   イルを包囲し、端面が上記第２の磁気導入層のそれぞれ
   に対向する第２のヨークを備えたことを特徴とするトル
   ク検出装置。
2. （２）第１、第２の磁性層及び／または磁気導入層が軟
   磁性の非晶質金属であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のトルク検出装置。
3. （３）第１、第２の磁性層と磁気導入層とを一体に成形
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載のトルク検出装置。
4. （４）第１、第２の磁性層と磁気導入層とを一部重ね合
   せて受動軸外周に固着したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載のトルク検出装置。
5. （５）第１、第２の磁性層と磁気導入層とを分離して受
   動軸外周に固着したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載のトルク検出装置。