| 【発明の名称】 |
トルクセンサ |
| 【発明者】 |
【氏名】三輪 守孝
【氏名】倉知 秀哉
【氏名】石橋 誠
|
| 【要約】 |
【課題】トルク伝達軸の製造工程の増加や磁気異方性部表面の寸方誤差を大きくさせることなく、磁気異方性部の磁壁の減少と磁壁の移動を制限することにより不可逆的な磁気現象の原因を低減させ、ヒステリシスを低減させる。
【解決手段】永久磁石１２、１３によってトルク伝達軸１の磁気異方性部２、３に常時直流磁界を印加し、磁気異方性部の磁壁の減少と磁壁の移動を制限する。永久磁石の用いる替わりに励磁コイル４ａ、５ａに直流電流を流すこととしてもよい。また、トルク伝達軸１を磁化することとしてもよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 トルク伝達軸の外周面に第１及び第２の磁気異方性部を、このトルク伝達軸にトルクが負荷されたときに一方が圧縮され且つ他方が引張られるように形成し、これら第１及び第２の磁気異方性部の外周側に、第１及び第２の検出コイルと、正弦波交流電圧が印加されて検出コイルを励磁する互いに直列接続した第１及び第２の励磁コイルとを、磁気異方性部の透磁率の変化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配設し、両検出コイルの一端の電圧の差からトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生成するようにしたトルクセンサにおいて、前記第１及び第２の磁気異方性部に直流磁界を常時印加する直流磁界印加手段を備えたことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】 請求項１に記載のトルクセンサであって、前記直流磁界印加手段が永久磁石であることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】 請求項１に記載のトルクセンサであって、前記直流磁界印加手段が、前記励磁コイルに直流電流を流す直流分用オフセット電源であることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】 トルク伝達軸の外周面に第１及び第２の磁気異方性部を、このトルク伝達軸にトルクが負荷されたときに一方が圧縮され且つ他方が引張られるように形成し、これら第１及び第２の磁気異方性部の外周側に、第１及び第２の検出コイルと、正弦波交流電圧が印加されて検出コイルを励磁する互いに直列接続した第１及び第２の励磁コイルとを、磁気異方性部の透磁率の変化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配設し、両検出コイルの一端の電圧の差からトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生成するようにしたトルクセンサにおいて、前記トルク伝達軸を磁化したことを特徴とするトルクセンサ。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、トルクセンサに関し、特に、磁歪式のトルクセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】公知のトルクセンサの１つとして、トルク伝達軸の外周面に第１及び第２の磁気異方性部を、このトルク伝達軸にトルクが負荷されたときに一方が圧縮され且つ他方が引張られるように形成し、これら第１及び第２の磁気異方性部の外周側に、第１及び第２の検出コイルと、高周波電源により所定周波数（１０〜５０ｋＨｚ程度）の正弦波交流電圧が印加されて検出コイルを励磁する互いに直列接続した第１及び第２の励磁コイルとを、磁気異方性部の透磁率の変化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配設し、両検出コイルの一端の電圧の差からトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生成するようにした磁歪式のトルクセンサがある。
【０００３】特開平２−２２１８３０号公報には、上記トルクセンサについて、トルク伝達軸の磁気異方性部の表面にショットピーニング等を施し、磁壁の減少と磁壁の移動を制限することにより不可逆的な磁歪現象の原因を低減させ、ヒステリシスを低減させることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トルク伝達軸の磁気異方性部の表面にショットピーニング等を施すことからトルク伝達軸の製造工程が多くなり、製造コストが高くなる。また、磁気異方性部表面の寸法誤差がショットピーニングを施すことによって拡大し、検出感度のばらつきの幅が大きくなるという不具合がある。
【０００５】この出願の発明は、上記の如き不具合を発生させることなく、磁気異方性部の磁壁の減少と磁壁の移動を制限することにより不可逆的な磁気現象の原因を低減させ、ヒステリシスを低減させることを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発明は、トルク伝達軸の外周面に第１及び第２の磁気異方性部を、このトルク伝達軸にトルクが負荷されたときに一方が圧縮され且つ他方が引張られるように形成し、これら第１及び第２の磁気異方性部の外周側に、第１及び第２の検出コイルと、正弦波交流電圧が印加されて検出コイルを励磁する互いに直列接続した第１及び第２の励磁コイルとを、磁気異方性部の透磁率の変化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配設し、両検出コイルの一端の電圧の差からトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生成するようにしたトルクセンサにおいて、前記第１及び第２の磁気異方性部に直流磁界を常時印加する直流磁界印加手段を備えたことを特徴とするトルクセンサである。
【０００７】この出願の請求項２の発明は、請求項１に記載のトルクセンサであって、前記直流磁界印加手段が永久磁石であることを特徴とするトルクセンサである。
【０００８】この出願の請求項３の発明は、請求項１に記載のトルクセンサであって、前記直流磁界印加手段が、前記励磁コイルに直流電流を流す直流分用オフセット電源であることを特徴とするトルクセンサである。
【０００９】この出願の請求項４の発明は、トルク伝達軸の外周面に第１及び第２の磁気異方性部を、このトルク伝達軸にトルクが負荷されたときに一方が圧縮され且つ他方が引張られるように形成し、これら第１及び第２の磁気異方性部の外周側に、第１及び第２の検出コイルと、正弦波交流電圧が印加されて検出コイルを励磁する互いに直列接続した第１及び第２の励磁コイルとを、磁気異方性部の透磁率の変化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配設し、両検出コイルの一端の電圧の差からトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生成するようにしたトルクセンサにおいて、前記トルク伝達軸を磁化したことを特徴とするトルクセンサである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はこの出願の発明に係るトルクセンサの検出部を示し、図２はその検出回路を示す。図１において、磁性材製のトルク伝達軸１の外周面には、軸線の方向と所定の角度（例えば４５度）をなして互いに反対方向に傾斜する多数の短い磁性材製の帯からなる第１磁気異方性部２及び第２磁気異方性部３が転造等の機械加工により形成されている。第１磁気異方性部２の帯と第２磁気異方性部３の帯が互いに反対方向に傾斜されていることにより、トルク伝達軸１にトルクが負荷されたときには第１磁気異方性部２、３の何れか一方の帯に圧縮歪が発生すると共にその他方の帯に引張り歪が発生する。
【００１１】磁気異方性部２の外周側には、励磁コイル４ａ及び該励磁コイル４ａの外周側の検出コイル４ｂが配設されている。同様に、磁気異方性部３の外周側にも、励磁コイル５ａ及び該励磁コイル５ａの外周側の検出コイル５ｂが配設されている。これらコイルの外周側には軟磁性材製のヨーク６が配設されている。
【００１２】図２に示すように、励磁コイル４ａ、５ａは高周波電源８に対して互いに直列に接続され、高周波電源８により所定周波数の正弦波交流電圧が励磁コイル４ａ、５ａに印加される。トルク伝達軸１にトルクが負荷されると、磁気異方性部２の透磁率と磁気異方性部３の透磁率が互いに反対側に変化（増加又は減少）し、これにより磁気結合関係にあるコイル４ａ、４ｂのインダクタンスと磁気結合関係にあるコイル５ａ、５ｂのインダクタンスが互いに反対側へ変化（増加又は減少）し、検出コイル４ｂの一端の電圧Ｖ１及び検出コイル５ｂの一端の電圧Ｖ２が変化する。これらの電圧Ｖ１、Ｖ２は差動増幅回路８に入力し、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１を差し引いた電圧に比例した電圧が差動増幅回路８から出力される。この電圧は、同期検波回路９、フィルタ回路１０、直流増幅回路１１を経て、トルク伝達軸１に負荷されたトルクに比例する信号電圧Ｖｒとして出力される。
【００１３】ここで、この出願の発明に従い、ヨーク６の軸方向両端部には径方向の両端に着磁した永久磁石１２、１３が配設され、永久磁石１２、１３により磁気異方性部２、３に直流磁界が印加されている。磁気異方性部２、３に直流磁界が常時印加されることによって、磁気異方性部２、３における磁壁の減少と磁壁の移動が拘束され、不可逆的な磁歪現象が減少され、トルクセンサのヒステリシスが低減する。
【００１４】磁気異方性部２、３に直流磁界が印加されることによる効果を図３のＢ（残留磁束密度）−Ｈ（保持力）のカーブのグラフにより説明する。図３において、直流磁界を印加しない状態ではＢ−Ｈカーブのヒステリシスの大きい領域ａを用いるので、トルクの印加により、トルク伝達軸の磁気異方性部では不可逆的な領域の磁壁移動による磁歪現象と可逆的な領域の回転磁場による磁歪現象が存在している。そのため、トルクをゼロに戻しても不可逆的な領域の磁壁の移動が元の状態には戻らず、センサ出力のヒステリシスとして現れてくる。直流磁界を印加した状態では、ヒステリシスの小さい領域ｂを用いるので、トルクの印加により、トルク伝達軸の磁気異方性部では不可逆的な領域の磁壁移動による磁歪現象と可逆的な領域の回転磁場による磁歪現象の割合が変化してセンサ出力にヒステリシスを発生させる不可逆的な領域の磁壁移動による磁歪現象の割合が小さくなり、ヒステリシスも小さくなる。実験によれば、直流磁界を印加しないときのヒステリシスが３．８５％ＦＳであったものが、直流磁界を印加したときには１％ＦＳに低減した。
【００１５】永久磁石は、図４に示すように、トルク伝達軸１に配設することとしてもよい。図４において、トルク伝達軸１は、磁気異方性部２、３を有する中央部１ａと、非磁性材製の端部１ｂ、１ｃとで構成され、軸方向に着磁された永久磁石１５、１６が中央部１ａと端部１ｂ、１ｃのそれぞれとの接合部に設置されている。
【００１６】また、トルク伝達軸の磁気異方性部に直流磁界を常時印加する手段として、励磁コイルに直流電流を流すようにしてもよく、その例を図５に示す。図５においては、図２の構成に、高周波電源８と直列の直流分オフセット電源１７が追加されている。
【００１７】更に、トルク伝達軸の磁気異方性部に直流磁界を常時印加する替わりに、トルク伝達軸に飽和磁気を印加することによって磁気異方性部を含むトルク伝達軸を磁化させることとしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、この出願の発明に係るトルクセンサは、トルク伝達軸の製造工程の増加や磁気異方性部表面の寸方誤差を大きくさせることなく、磁気異方性部の磁壁の減少と磁壁の移動を制限することにより不可逆的な磁気現象の原因を低減させ、ヒステリシスを低減させることができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００１１
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年６月２４日（１９９８．６．２４） |
| 【代理人】 |
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−９５５７（Ｐ２０００−９５５７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月１４日（２０００．１．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１７７６９９ |
|