JPH055661A - Torque sensor with multifunction - Google Patents
Torque sensor with multifunctionInfo
- Publication number
- JPH055661A JPH055661A JP3156464A JP15646491A JPH055661A JP H055661 A JPH055661 A JP H055661A JP 3156464 A JP3156464 A JP 3156464A JP 15646491 A JP15646491 A JP 15646491A JP H055661 A JPH055661 A JP H055661A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- transmission shaft
- torque transmission
- magnetic material
- magnetic
- 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
Links
Landscapes
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 応用磁気効果を用いたトルクセンサにおいて
基本構成を変更することなくトルク伝達軸の回転数を非
接触で検出し、トルク、回転数および仕事率をも監視で
きる多機能付きトルクセンサを提供することを目的とし
ている。
【構成】 トルク伝達軸1の表面に磁歪を有する磁性材
料薄帯2を固着し、トルク伝達軸1から磁性材料2に伝
達された応力による磁気特性の変化を軸の同心円状に巻
回したコイル5のインピーダンス変化によってトルクを
検出するトルクセンサにおいて、前記磁性材料薄帯2に
孔3あるいは空隙3aを形成し、基本外周を長方形ある
いは平行四辺形とするとともにトルク伝達軸1の周方向
に固着する場合に対辺を空隙3aを設けて向かい合わせ
て、あるいは密着して固着するとともに、コイル8を巻
回した磁心7を磁性材料薄帯2の外側に空間を介して非
接触に配置し、回転時の空隙検出により軸回転数を検出
することによってトルクと同時にトルク伝達軸の回転数
を検出する構成とし、回転数検出機能を付加し仕事率も
求めることができる。
(57) [Abstract] [Purpose] In a torque sensor using the applied magnetic effect, the rotational speed of the torque transmission shaft can be detected in a non-contact manner without changing the basic configuration, and the torque, rotational speed and power can also be monitored. It is intended to provide a torque sensor with a function. A coil in which a magnetic material ribbon 2 having magnetostriction is fixed to the surface of a torque transmission shaft 1 and a change in magnetic characteristics due to a stress transmitted from the torque transmission shaft 1 to the magnetic material 2 is wound in a concentric circle of the shaft. In the torque sensor for detecting the torque by changing the impedance of 5, the hole 3 or the void 3a is formed in the magnetic material ribbon 2 and the basic outer circumference is rectangular or parallelogrammatic and fixed in the circumferential direction of the torque transmission shaft 1. In this case, the opposite sides are fixed to each other by facing each other with a gap 3a or closely adhered to each other, and the magnetic core 7 around which the coil 8 is wound is arranged outside the magnetic material ribbon 2 in a non-contact manner with a space between them. The rotation speed of the torque transmission shaft can be detected at the same time as the torque by detecting the shaft rotation speed by detecting the air gap, and the rotation speed detection function can be added to obtain the work rate. ..
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁性材料でてきた部材
に応力を外部から印加すると透磁率が変化するいわゆる
応力磁気効果を用いたトルクセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor using a so-called stress magnetic effect in which magnetic permeability changes when stress is applied to a member made of a magnetic material from the outside.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、応力磁気効果を用いた力学量のセ
ンサの開発が注目されている。たとえばこの原理を用い
たトルクセンサが米国特許第4,823,617号明細
書、特開昭61−312250号公報などに記載されて
いる。2. Description of the Related Art Recently, attention has been paid to the development of a mechanical quantity sensor using the stress magnetic effect. For example, a torque sensor using this principle is described in U.S. Pat. No. 4,823,617 and JP-A-61-312250.
【0003】以下この種の従来のトルクセンサの構成に
ついて図12を参照しながら説明する。The structure of a conventional torque sensor of this type will be described below with reference to FIG.
【0004】図に示すように、トルク伝達軸21にアモ
ルファス磁性合金22a,22bをポリイミド系の樹脂
等の接着剤で接着し、両者の線熱膨張率差を利用し使用
温度領域よりより高温で硬化することにより、アモルフ
ァス磁性合金22a,22bに面内内部圧縮応力を印加
してある。またトルク伝達軸21を中心としてコイル2
3a,23bを巻回し、差動出力回路24に接続してあ
る。As shown in the figure, the amorphous magnetic alloys 22a and 22b are adhered to the torque transmission shaft 21 with an adhesive such as a polyimide resin, and the difference in linear thermal expansion between the two is used to make the temperature higher than the operating temperature range. By hardening, the in-plane internal compressive stress is applied to the amorphous magnetic alloys 22a and 22b. Further, the coil 2 is centered around the torque transmission shaft 21.
3a and 23b are wound and connected to the differential output circuit 24.
【0005】いま、トルクがトルク伝達軸21に印加さ
れると、アモルファス磁性合金22aおよび22bに歪
が発生する。これによって応力磁気効果により透磁率が
変化し、結果としてコイル23a,23bのインダクタ
ンスが変化する。たとえば、右捩りのトルクに対して
は、コイル23aのインダクタンスは大きくなり、コイ
ル23bのインダクタンスは小さくなる。この変化を差
動検出回路によって検出し、トルクの大きさと方向を同
時に検出できる。When torque is applied to the torque transmission shaft 21, distortion occurs in the amorphous magnetic alloys 22a and 22b. As a result, the magnetic permeability changes due to the stress magnetic effect, and as a result, the inductance of the coils 23a and 23b changes. For example, with respect to the right-handed torque, the inductance of the coil 23a increases and the inductance of the coil 23b decreases. This change can be detected by the differential detection circuit to simultaneously detect the magnitude and direction of the torque.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このような従来のセン
サにおいては、トルク伝達軸21に伝達されるトルク量
やトルクの方向が検出できるが、仕事率(馬力)を求め
る場合には、必要な軸の回転数は他に設けた回転数セン
サによらねばならなかった。このため、トルクセンサ自
体では仕事率を検出できないという課題を有していた。In such a conventional sensor, the amount of torque and the direction of the torque transmitted to the torque transmission shaft 21 can be detected, but it is necessary when the work rate (horsepower) is obtained. The rotation speed of the shaft had to be determined by a rotation speed sensor provided elsewhere. Therefore, the torque sensor itself has a problem that the power cannot be detected.
【0007】本発明は上記課題を解決するもので、従来
のトルクセンサの基本構成を変更することなくトルク伝
達軸の回転数を非接触で検出し、トルク,回転数および
仕事率をも監視できる多機能付きトルクセンサを提供す
ることを目的としている。The present invention solves the above problems, and the rotational speed of the torque transmission shaft can be detected in a non-contact manner without changing the basic structure of the conventional torque sensor, and the torque, the rotational speed and the power can be monitored. It is intended to provide a torque sensor with multiple functions.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、トルク伝達軸表面に磁歪を有する磁性材料
薄帯を固着し、前記トルク伝達軸から前記磁性材料薄帯
に伝達された応力による磁気特性の変化を、軸の同心円
状に巻回したコイルのインピーダンス変化によってトル
クを検出するトルクセンサにおいて、前記磁性材料薄帯
に孔あるいは空隙を形成し、基本外周を長方形或は平行
四辺形とするとともに、前記トルク伝達軸の周方向に固
着する場合に対辺に空隙を設けて向かい合わせて、ある
いは密着して固着するとともに、コイルを巻回した磁心
を磁性材料薄帯の外側に空間を介して非接触に配置し、
回転時の空隙検出により軸回転数を検出することによっ
て、トルクと同時にトルク伝達軸の回転数を検出するよ
うにしたものである。また、この2つの値を乗算処理す
ることによって同時に仕事率をも求めることができるよ
うにしたものである。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention fixes a magnetic material ribbon having magnetostriction on the surface of a torque transmission shaft, and transmits the magnetic material ribbon from the torque transmission shaft to the magnetic material ribbon. In a torque sensor that detects torque by changing the magnetic characteristics due to stress by changing the impedance of a coil wound concentrically around the shaft, a hole or gap is formed in the magnetic material ribbon, and the basic outer circumference is rectangular or parallel four sides. When fixing in the circumferential direction of the torque transmission shaft, a gap is provided on the opposite side so as to face each other or closely adhere to each other, and the magnetic core around which the coil is wound has a space outside the magnetic material ribbon. Placed in non-contact via
The rotation speed of the torque transmission shaft is detected at the same time as the torque by detecting the rotation speed of the shaft by detecting the air gap during rotation. Further, by multiplying these two values, the power can be calculated at the same time.
【0009】[0009]
【作用】本発明は上記した構成においてトルク伝達軸に
生じたトルクを、磁歪を有する磁性材料薄帯の応力−磁
気効果によって検出するとともに、トルク伝達軸の回転
時、トルク伝達軸が固着した磁性材料薄帯であるか、ま
たは空隙であるかの差を回転するトルク伝達軸との間に
形成された磁気回路における磁気抵抗の変化によって検
出することができるので、トルクと同時に回転数をも検
出することができるものである。また、この2つの値を
乗算処理することによって同時に仕事率をも求めること
ができる。According to the present invention, the torque generated in the torque transmission shaft in the above-described structure is detected by the stress-magnetic effect of the magnetic material ribbon having magnetostriction, and when the torque transmission shaft rotates, the magnetic force of the torque transmission shaft is fixed. The difference between the material ribbon and the air gap can be detected by the change in the magnetic resistance in the magnetic circuit formed between the rotating torque transmission shaft and the rotating torque transmission shaft. Is what you can do. Further, the power can be calculated at the same time by multiplying these two values.
【0010】[0010]
(実施例1)本発明の第1の実施例について図1〜図7
を参照しながら説明する。(Embodiment 1) FIG. 1 to FIG. 7 on the first embodiment of the present invention
Will be described with reference to.
【0011】図1に示すように直径30mmのチタニウム
製トルク伝達軸1に小さな長方形孔3aを等間隔に設け
た長方形状線熱膨張率7.9×10-6(1/℃)で正の
飽和磁歪定数を持つ、50μm厚の45%Ni−Feの
磁性合金薄帯2を付加重合型ポリイミド系接着剤で接着
している。接着はトルクセンサの使用温度150℃より
100℃高い温度250℃に急速昇温しこの温度で2時
間保持して行った。こうすることによってトルクセンサ
の使用温度領域−50℃〜+150℃で45%Ni−F
eの磁性合金薄帯2内に面内圧縮応力が作用するように
設計したものである。接着前、900℃,2時間,10
-6Torrの真空雰囲気中で熱処理し、図2のような円筒形
状とし、トルク伝達軸1に接着時空隙3ができるように
配したものである。長方形状の磁性合金薄帯2に設けた
小さな長方形孔3aの周方向長は前記空隙3の周方向長
と同じくしている。ボビン4にはトルク検出用コイル5
が巻回され、高透磁率のNi−Fe系磁性材料のヨーク
6に取付けられている。高透磁率な馬蹄型フェライト磁
心7は前記空隙3および小さな長方形孔3aの周方向長
と同程度な極間長を持ち、長方形状45%Ni−Feの
磁性合金薄帯2の外側に空間を介して非接触に配置して
いる。さらに、この磁心7に回転数検出用コイル8が巻
回されている。それぞれトルク検出用コイル5および回
転数検出用コイル8は10kHzで駆動され、トルクおよ
び回転数の検出回路を含む電気回路9に導線10a,1
0bで結線されている。As shown in FIG. 1, a rectangular linear thermal expansion coefficient of 7.9 × 10 −6 (1 / ° C.) in a rectangular shape in which small rectangular holes 3a are provided at equal intervals in a torque transmission shaft 1 made of titanium having a diameter of 30 mm is positive. A magnetic alloy thin strip 2 of 45% Ni—Fe having a saturation magnetostriction constant and a thickness of 50 μm is adhered by an addition polymerization type polyimide adhesive. The adhesion was performed by rapidly raising the temperature to 250 ° C., which is 100 ° C. higher than the operating temperature of the torque sensor of 150 ° C., and kept at this temperature for 2 hours. By doing so, 45% Ni-F in the operating temperature range of the torque sensor −50 ° C. to + 150 ° C.
It is designed so that in-plane compressive stress acts on the magnetic alloy ribbon 2 of e. Before bonding, 900 ℃, 2 hours, 10
It is heat-treated in a vacuum atmosphere of -6 Torr to have a cylindrical shape as shown in FIG. 2, and is arranged so that a gap 3 can be formed on the torque transmission shaft 1 at the time of bonding. The circumferential length of the small rectangular hole 3a provided in the rectangular magnetic alloy ribbon 2 is the same as the circumferential length of the void 3. The bobbin 4 has a torque detecting coil 5
Is wound and attached to a yoke 6 made of a Ni—Fe based magnetic material having a high magnetic permeability. The high-permeability horseshoe-shaped ferrite magnetic core 7 has a gap length approximately equal to the circumferential length of the void 3 and the small rectangular hole 3a, and has a space outside the rectangular magnetic alloy ribbon 2 of 45% Ni-Fe. It is arranged in a non-contact manner. Further, a rotation speed detecting coil 8 is wound around the magnetic core 7. The torque detecting coil 5 and the rotational speed detecting coil 8 are driven at 10 kHz, respectively, and lead wires 10a, 1 are connected to an electric circuit 9 including a torque and rotational speed detecting circuit.
Wired at 0b.
【0012】図3はトルクセンサにおける回転数検出原
理を示したもので、トルク伝達軸1が回転している典型
的な状態を図3(a)および(b)に示す。図3(a)の場合、
磁心7と長方形状45%Ni−Feの磁性合金薄帯2と
は空間を介して磁気回路を構成する。また、図3(b)の
場合磁気回路には長方形状45%Ni−Feの磁性合金
薄帯2が含まれなく、磁気回路の空間部分は大きくな
る。このため、図3(a)のインピーダンス値Zaに比べ、
図3(b)のインピーダンス値Zbはより小さくなる。図3
(b)の状態はトルク伝達軸1の1回転毎に小さな長方形
孔3aの数+1回生ずるからこのインピーダンス変化を
計測することにより、回転数が計測できる。この回転数
計測では、回転数検出コイル8のインピーダンス値は、
トルク伝達軸1に印加されるトルク値の大きさや回転に
よるトルク伝達軸1と磁心7間の空隙間隔の変動で変化
する。このため図3(b)のインピーダンス値Zbがこれら
の変化幅を越えて小な値になるように設計する必要があ
るが、磁心7の極間長さが前記空隙3の周方向長と同程
度以下である場合この条件を満足する。FIG. 3 shows the principle of rotation speed detection in the torque sensor, and a typical state in which the torque transmission shaft 1 is rotating is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). In the case of FIG. 3 (a),
The magnetic core 7 and the rectangular alloy thin ribbon 2 of 45% Ni-Fe form a magnetic circuit through a space. Further, in the case of FIG. 3B, the magnetic circuit does not include the rectangular-shaped magnetic alloy thin ribbon 2 of 45% Ni—Fe, and the space portion of the magnetic circuit becomes large. Therefore, compared to the impedance value Za of FIG. 3 (a),
The impedance value Zb in FIG. 3 (b) becomes smaller. Figure 3
In the state of (b), the number of small rectangular holes 3a + 1 times occurs every rotation of the torque transmission shaft 1 + 1 times, so the rotation speed can be measured by measuring this impedance change. In this rotation speed measurement, the impedance value of the rotation speed detection coil 8 is
It changes depending on the magnitude of the torque value applied to the torque transmission shaft 1 and the fluctuation of the air gap between the torque transmission shaft 1 and the magnetic core 7 due to rotation. Therefore, it is necessary to design the impedance value Zb of FIG. 3 (b) to be a small value exceeding these change widths, but the gap length of the magnetic core 7 is the same as the circumferential length of the air gap 3. If it is less than or equal to this level, this condition is satisfied.
【0013】図4はトルクセンサにおけるトルクとイン
ピーダンス値の関係を示すもので、この関係はトルク伝
達軸1が静止および回転時でも±1%F.S.(フルスケー
ル)の精度でえられる。この高精度は前述のように使用
温度領域で常に45%Ni−Feの磁性合金薄帯2に面
内圧縮応力を印加しているため生じたものであり、この
手段なしでは精度が悪くなる。このトルク検出用コイル
5を図5に示すブリッジ回路に組み込み、トルク値をD
C(直流)電圧として出力する。また、図6は回転数検
出コイル8を固定抵抗Rと直列に電源に接続した場合の
回転数検出コイル8の両端電圧の変化を示す。回転によ
りスパイク状の電圧降下が生じている。トルク変動と回
転による回転数検出コイル8の両端電圧変動以下の電圧
値VLを閾値とし、この値以下となる単位時間の回数を
検出するためコンパレータとカウンタを通す。これによ
って回転数が検出できる。また、カウンタからの出力を
DC電圧に変換し、これにサンプリング時間での平均ト
ルク値を変換したDC電圧を乗算回路により、乗算処理
して仕事率を出力できる。この回路のブロック図を図7
に示す。FIG. 4 shows the relationship between the torque and the impedance value in the torque sensor. This relationship can be obtained with an accuracy of ± 1% FS (full scale) even when the torque transmission shaft 1 is stationary or rotating. This high precision occurs because the in-plane compressive stress is constantly applied to the magnetic alloy ribbon 2 of 45% Ni—Fe in the operating temperature region as described above, and the precision is deteriorated without this means. The torque detection coil 5 is incorporated in the bridge circuit shown in FIG.
Output as C (DC) voltage. Further, FIG. 6 shows changes in the voltage across the rotation speed detection coil 8 when the rotation speed detection coil 8 is connected to the power source in series with the fixed resistor R. The rotation causes a spike-shaped voltage drop. A voltage value V L that is equal to or less than the voltage variation across the rotation speed detection coil 8 due to torque variation and rotation is set as a threshold value, and a comparator and a counter are passed through to detect the number of times per unit time that is less than or equal to this value. With this, the rotation speed can be detected. Moreover, the output from the counter can be converted into a DC voltage, and the DC voltage obtained by converting the average torque value at the sampling time into the DC voltage can be multiplied by the multiplication circuit to output the power. A block diagram of this circuit is shown in FIG.
Shown in.
【0014】以上のように高精度のトルク検出と同時に
トルク伝達軸1の回転数を検出でき、これによって仕事
率が同時に求まるセンサが構成できる。これらの3つの
出力は個々に取り出せるようにしている。As described above, it is possible to construct a sensor that can detect the rotational speed of the torque transmission shaft 1 at the same time as the highly accurate torque detection, and thereby obtain the work rate at the same time. These three outputs can be taken out individually.
【0015】本実施例では特に空隙3は必要ではなく、
単に小さな長方形孔3aだけでも同様の回転数検出が可
能となるが、長方形状45%Ni−Feの磁性合金薄帯
2を使用する場合は、空隙3を小さくしてもその部分の
磁気抵抗が存在するからこの空隙を回転数検出に利用す
る方が好ましい。In this embodiment, the void 3 is not particularly necessary,
The same rotation speed can be detected by using only the small rectangular hole 3a. However, when the rectangular magnetic alloy ribbon 2 of 45% Ni-Fe is used, the magnetic resistance of that portion is reduced even if the void 3 is made small. Since this exists, it is preferable to utilize this gap for rotation speed detection.
【0016】(実施例2)本発明の第2の実施例につい
て図8〜図12を参照しながら説明する。(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0017】図8に示すように、トルク伝達軸11は直
径10mmの鋼鉄(JIS S35C)でできている。線熱膨張率
11.0×10-6(1/℃)、飽和磁歪定数16×10
-6を有するFe−Ni−Si−B系の長方形状アモルフ
ァス磁性合金薄帯12a,12bは斜め±45゜にそれ
ぞれ対称にスリットを設けてある。これは図9に示した
ように、長方形状アモルファス磁性合金薄帯12bの辺
にコの字形の空隙13cを形成しかつ円筒形状とし、付
加重合型ポリイミド系接着剤でトルク伝達軸11に接着
し、常に使用温度範囲内で面内圧縮応力が作用するよう
にして構成したものである。接着時、実施例1と同様に
接着、空隙13a,13bができるようにする。コイル巻
回用ボビン14a,14bにはコイル15a,15bを
巻回している。また16は高透磁率なフェライトのヨー
クである。トルクの検出原理は実施例1と同様である
が、本実施例は斜め±45゜に形状異方性をもたせてあ
るため、図10に示すように差動回路により、トルクの
大きさと同時にトルクの方向も検出できる。図11にそ
の出力特性を示した。As shown in FIG. 8, the torque transmission shaft 11 is made of steel (JIS S35C) having a diameter of 10 mm. Linear thermal expansion coefficient 11.0 × 10 -6 (1 / ° C), saturation magnetostriction constant 16 × 10
Fe-Ni-Si-B type rectangular amorphous magnetic alloy thin strips 12a and 12b having -6 are symmetrically provided with slits at ± 45 °. As shown in FIG. 9, a rectangular amorphous magnetic alloy thin ribbon 12b has a U-shaped void 13c formed on the side thereof and has a cylindrical shape, and is bonded to the torque transmission shaft 11 with an addition polymerization type polyimide adhesive. The in-plane compressive stress always acts within the operating temperature range. At the time of bonding, the bonding is performed so that the voids 13a and 13b are formed as in the first embodiment. Coils 15a and 15b are wound around the coil winding bobbins 14a and 14b. 16 is a ferrite yoke having a high magnetic permeability. The principle of torque detection is the same as that of the first embodiment, but since this embodiment has shape anisotropy at an angle of ± 45 °, a torque difference is generated simultaneously with the magnitude of the torque by the differential circuit as shown in FIG. The direction of can also be detected. The output characteristics are shown in FIG.
【0018】高透磁率の馬蹄型フェライト磁心17a,
17bは、空隙の周方向長の約半分の小さい極間長を持
ち、長方形状アモルファス磁性合金薄帯12a,12b
の外側にそれぞれ空間を介して非接触に配置している。
さらに、この磁心17a,17bにそれぞれ回転数検出
用コイル18a,18bが巻回されている。19はトル
ク、回転数および仕事率の検出回路を含む電気回路であ
る。それぞれのコイルは30kHzで駆動されている。2
0a,20bはトルク検出用コイルと電気回路19とを、
また、20c,20dは回転数検出用コイルと電気回路
とをそれぞれ結ぶ導線である。回転数検出原理は実施例
1の場合と同様であるが、本実施例ではトルク変動等に
よるコイルのインピーダンス変化を低減するため、回転
数検出用コイル18a,18bを図5と同様なブリッジ
回路による差動をとり、空隙13cの検出をより正確に
している。A high-permeability horseshoe-shaped ferrite magnetic core 17a,
17b has a small gap length, which is about half the circumferential length of the void, and has rectangular amorphous magnetic alloy ribbons 12a and 12b.
Are arranged in a non-contact manner on the outside of each of them via a space.
Further, rotation speed detection coils 18a and 18b are wound around the magnetic cores 17a and 17b, respectively. Reference numeral 19 is an electric circuit including a torque, rotation speed and power detection circuit. Each coil is driven at 30 kHz. Two
0a and 20b are the torque detection coil and the electric circuit 19,
Further, 20c and 20d are conducting wires respectively connecting the rotation speed detecting coil and the electric circuit. The rotation speed detection principle is the same as that of the first embodiment, but in this embodiment, the rotation speed detection coils 18a and 18b are formed by a bridge circuit similar to that shown in FIG. The differential is taken to make the detection of the air gap 13c more accurate.
【0019】このように本実施例のセンサではトルクの
大きさ、方向及び回転数を計測できる。これによって実
施例1と同様にしてトルクの大きさと回転数の積より仕
事率をも求めることができる。これらの3つの出力は個
々に取り出せるようにしている。As described above, the sensor of this embodiment can measure the magnitude, direction, and rotation speed of torque. With this, similarly to the first embodiment, the power can be obtained from the product of the torque magnitude and the rotation speed. These three outputs can be taken out individually.
【0020】本発明ではトルク伝達軸の線熱膨張率が磁
歪を有する磁性材料薄帯の熱膨張率より大きく、かつセ
ンサ使用温度より高い温度で接着することにより、使用
温度領域で常に磁歪を有する磁性材料薄帯に面内圧縮応
力を印加した例について述べた。これによりヒステリシ
スの極めて小さな、センサの温度特性変化の少ないセン
サが実現できる。この技術を用いない場合、逆にヒステ
リシスが出現し、センサの温度特性変化の大きいセンサ
となり、トルクセンサには適さなくなる。In the present invention, the linear coefficient of thermal expansion of the torque transmission shaft is larger than the coefficient of thermal expansion of the magnetic material ribbon having magnetostriction, and the bonding is performed at a temperature higher than the sensor operating temperature, so that the magnetostriction is always present in the operating temperature range. An example of applying in-plane compressive stress to the magnetic material ribbon has been described. As a result, it is possible to realize a sensor with extremely small hysteresis and little change in temperature characteristics of the sensor. If this technique is not used, hysteresis appears on the contrary, and the sensor has a large change in temperature characteristics, which makes it unsuitable for a torque sensor.
【0021】また本発明では磁性材料薄帯として45%
Ni−Fe磁性材料薄帯とアモルファス合金薄帯につい
て述べた。この薄帯は磁歪を有する高透磁率の磁性材料
であればよいが、特にアモルファス磁性合金では、材料
組成の変化を自由に行なうことができ、トルク伝達軸と
の熱膨張係数等の材料常数の調整が容易であり、かつ優
れた磁気特性を有しているため、トルク検出材料として
最適である。In the present invention, the magnetic material ribbon is 45%.
The Ni—Fe magnetic material ribbon and the amorphous alloy ribbon have been described. This ribbon may be a magnetic material having a high magnetic permeability having magnetostriction, but especially in an amorphous magnetic alloy, the material composition can be freely changed, and the material constants such as the coefficient of thermal expansion with the torque transmission shaft can be changed. Since it is easy to adjust and has excellent magnetic properties, it is optimal as a torque detection material.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、簡単な構造で精度良くトルクの大き
さ,方向,回転数を同時に計測することができるので、
これによって仕事率も求めることができる安価で、多機
能なセンサを提供することができる。そして、これらの
センサは今後、自動車、ロボットなどの制御に大きく貢
献することが期待できる。As is apparent from the above description of the embodiments, according to the present invention, the magnitude, direction and rotational speed of torque can be simultaneously measured with a simple structure,
As a result, it is possible to provide an inexpensive and multifunctional sensor that can also obtain the work rate. It is expected that these sensors will make a great contribution to the control of automobiles, robots, etc. in the future.
【図1】(a)は本発明の第1の実施例におけるトルク
センサの部分断面正面図 (b)は同、A−A断面図FIG. 1A is a partial sectional front view of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図2】第1の実施例の接着前、熱処理後の円筒状、長
方形状45%Ni−Fe磁性合金薄帯の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a cylindrical and rectangular 45% Ni—Fe magnetic alloy ribbon before and after heat treatment in the first embodiment.
【図3】(a)は第1の実施例のトルクセンサにおける
回転数検出原理を示す図 (b)は第1の実施例のトルクセンサにおける回転数検
出原理を示す図FIG. 3A is a diagram showing the principle of rotation speed detection in the torque sensor of the first embodiment. FIG. 3B is a diagram showing the principle of rotation speed detection in the torque sensor of the first embodiment.
【図4】同、トルク出力特性図FIG. 4 is a torque output characteristic diagram of the same.
【図5】同、トルク検出用ブリッジ回路図FIG. 5 is a torque detection bridge circuit diagram of the same.
【図6】同、回転数検出コイル両端電圧の変化を示す図FIG. 6 is a diagram showing a change in voltage across the rotation speed detection coil.
【図7】同、仕事率を出力のためのブロック回路図FIG. 7 is a block circuit diagram for outputting the work rate.
【図8】(a)は本発明の第2の実施例におけるトルク
センサの部分断面正面図 (b)は同、B−B断面図FIG. 8A is a partial sectional front view of a torque sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図9】第2の実施例の接着前、熱処理後の円筒状、長
方形状アモルファス磁性合金薄帯の斜視図FIG. 9 is a perspective view of cylindrical and rectangular amorphous magnetic alloy ribbons before and after heat treatment in the second embodiment.
【図10】第2の実施例のトルク検出用ブリッジ回路図FIG. 10 is a torque detection bridge circuit diagram of the second embodiment.
【図11】同、トルク出力特性図FIG. 11 is the same torque output characteristic diagram.
【図12】従来例のトルクセンサの部分正面図FIG. 12 is a partial front view of a conventional torque sensor.
1 トルク伝達軸 2 磁性合金薄帯 3 空隙 3a 孔 5 トルク検出用コイル 7 馬蹄型フェライト磁心 8 回転数検出用コイル 9 電気回路 1 Torque Transmission Shaft 2 Magnetic Alloy Thin Band 3 Void 3a Hole 5 Torque Detection Coil 7 Horseshoe Ferrite Core 8 Rotation Speed Detection Coil 9 Electric Circuit
Claims (1)
軸と、前記トルク伝達軸の同心円状に設けたコイルと、
前記コイルのインピーダンス変化を検出する検出回路を
備え、前記磁性材料薄帯に孔あるいは空隙を形成し、基
本外周を長方形あるいは平行四辺形とするとともに、前
記トルク伝達軸の周方向に固着する場合に対辺に空隙を
設けて向かい合わせて、あるいは密着して固着するとと
もに、コイルを巻回した磁心を磁性材料薄帯の外側に空
間を介して非接触に配置し、回転時の空隙検出により軸
回転数を検出することによってトルクと同時にトルク伝
達軸の回転数を検出するようにしてなる多機能付きトル
クセンサ。 【請求項2】トルク伝達軸は線熱膨張率が磁歪を有する
磁性材料薄帯より大きな熱膨張率を有し、センサ使用温
度より高い温度で接着され、使用温度領域で常に磁歪を
有する磁性材料薄帯に面内圧縮応力を印加するようにし
てなる請求項1記載の多機能付きトルクセンサ。 【請求項3】トルク伝達軸表面に固着する磁性材料が磁
歪を有するアモルファス磁性合金よりなる請求項1記載
の多機能付きトルクセンサ。 【請求項4】トルク検出と同時に回転数を検出し、これ
を乗算処理して仕事率を出力する乗算回路を有する請求
項1〜3記載の多機能付きトルクセンサ。Claims: 1. A torque transmission shaft having a magnetic material ribbon fixed to the surface thereof, and a coil provided concentrically with the torque transmission shaft.
In the case where a detection circuit for detecting impedance change of the coil is provided, holes or voids are formed in the magnetic material ribbon, and the basic outer circumference is rectangular or parallelogram, and fixed in the circumferential direction of the torque transmission shaft. Air gaps are provided on opposite sides to face each other or adhere closely to each other, and the magnetic core around which the coil is wound is placed outside the thin ribbon of magnetic material in a non-contact manner via a space, and axis rotation is performed by detecting air gap during rotation. A multi-function torque sensor that detects the number of revolutions of the torque transmission shaft at the same time as the torque by detecting the number of revolutions. 2. A magnetic material having a linear thermal expansion coefficient larger than that of a magnetic material ribbon having a magnetostriction, the torque transmission shaft being bonded at a temperature higher than a sensor operating temperature, and having a magnetostrictive coefficient in the operating temperature range. The multifunctional torque sensor according to claim 1, wherein an in-plane compressive stress is applied to the ribbon. 3. The multifunctional torque sensor according to claim 1, wherein the magnetic material fixed to the surface of the torque transmission shaft is an amorphous magnetic alloy having magnetostriction. 4. The multi-function torque sensor according to claim 1, further comprising a multiplication circuit that detects the rotational speed at the same time as the torque detection, multiplies the rotational speed by the torque, and outputs the power.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156464A JPH055661A (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Torque sensor with multifunction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156464A JPH055661A (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Torque sensor with multifunction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055661A true JPH055661A (en) | 1993-01-14 |
Family
ID=15628325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3156464A Pending JPH055661A (en) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | Torque sensor with multifunction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH055661A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065537A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Ntn Corp | Drive shaft |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP3156464A patent/JPH055661A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065537A (en) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Ntn Corp | Drive shaft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2818522B2 (en) | How to measure torque or axial stress acting on an object | |
| US4697460A (en) | Device for measuring torque of a rotary mechanism | |
| US5323659A (en) | Multifunctional torque sensor | |
| JPS6228413B2 (en) | ||
| JPS61245033A (en) | Torque detecting device | |
| JPH055661A (en) | Torque sensor with multifunction | |
| US4784003A (en) | Mechanical quantity sensor element | |
| JPS60173434A (en) | Torque detection device | |
| JP2516489B2 (en) | Force sensor and force measuring device | |
| JPS6044839A (en) | Torque detecting device | |
| JPH07119657B2 (en) | Torque detector | |
| JP2540865B2 (en) | Torque detector | |
| JPS62108120A (en) | Torque transducer | |
| JPS59166828A (en) | Torque detector | |
| JPS60173433A (en) | Torque detector | |
| JPS6161026A (en) | shaft torque meter | |
| JP3078111B2 (en) | Speed sensor | |
| JPS59180338A (en) | Torque sensor | |
| JPS6044840A (en) | Torque detecting device | |
| JPS60236041A (en) | Torque detection device | |
| JPH05149804A (en) | Manufacture of magnetostriction type torque sensor | |
| JP3166938B2 (en) | Magnetostrictive strain sensor | |
| JPS6050429A (en) | Torque sensor | |
| JPS6044841A (en) | Torque detecting device | |
| JPS60192233A (en) | Torque sensor |