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JPH09243476A - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

Magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number
JPH09243476A
JPH09243476A JP5054396A JP5054396A JPH09243476A JP H09243476 A JPH09243476 A JP H09243476A JP 5054396 A JP5054396 A JP 5054396A JP 5054396 A JP5054396 A JP 5054396A JP H09243476 A JPH09243476 A JP H09243476A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetostrictive
shaft
torque sensor
connection
materials
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.)
Withdrawn
Application number
JP5054396A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Ouchi
幸弘 大内
Takaharu Shirata
敬治 白田
Hirokazu Tanaka
宏和 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP5054396A priority Critical patent/JPH09243476A/en
Publication of JPH09243476A publication Critical patent/JPH09243476A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetostrictive torque sensor which suppresses an undesirable effect based on a fact that one pair of right and left magnetostrictive materials are discontinuous, and by which a torque acting on a shaft can be detected with good accuracy. SOLUTION: A torque sensor is composed of one pair of right and left magnetostrictive materials 2 which are installed on the circumferential face of a shaft 1 so as to be tilted upward and downward with reference to the axial line of the shaft 1 and of one pair of exciting and detecting coils 7, 8 which are installed so as to correspond to the respective magnetostrictive materials 2, 3. In this case, a connection magnetostrictive part 4 which is connected to respective end parts of the right and left magnetostrictive materials 2, 3 so as to make the magnetostrictive materials continuous is installed between the right and left magnetostrictive materials. The connection magnetostrictive part 4 is installed so as to be exposed intermittently while it makes one round of the shaft 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪式トルクセン
サに係り、特に、シャフトの周面に、このシャフトの軸
線に対して上向き及び下向きにそれぞれ傾けて設けられ
る左右一対の磁歪材を用いて、シャフトに作用するトル
クを検出できるようにした磁歪式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 magnetostrictive torque sensor, and in particular, it uses a pair of left and right magnetostrictive members which are provided on a peripheral surface of a shaft inclining upward and downward with respect to the axis of the shaft. The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor capable of detecting torque acting on a shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、機械本体のシャフトに作用するト
ルクを測定し、そのシャフトの作動状態を解析すること
が一般的に行われている。そして、このトルクを検出す
るための磁歪式トルクセンサは、応力が印加されて形状
が変化するとその透磁率が変化する磁歪材料の逆磁歪効
果を利用するものであり、シャフトに対して非接触でト
ルクを検出可能なことからFA分野等に利用されるとと
もに、その高性能化が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been common practice to measure the torque acting on the shaft of a machine body and analyze the operating state of the shaft. And, the magnetostrictive torque sensor for detecting this torque uses the inverse magnetostrictive effect of the magnetostrictive material whose permeability changes when stress is applied and the shape changes, and is non-contact with the shaft. Since it can detect torque, it is used in the FA field and the like, and its performance is desired to be improved.

【0003】図7は、このような磁歪式トルクセンサの
一例を示すものであり、機械本体の駆動力を受けて軸線
0回りに回転駆動するシャフト101にトルクが作用し
た場合、シャフト101の周面に設けられた左右一対の
磁歪材102、103がトルクによって変形し、かかる
変形をそれぞれ励磁・検出コイル108、109で検出
することによりシャフト101に対して非接触でトルク
を検出できるようにしたものである。
FIG. 7 shows an example of such a magnetostrictive torque sensor. When torque is applied to the shaft 101 which is driven to rotate about the axis 0 by the driving force of the machine body, the circumference of the shaft 101 is shown. The pair of left and right magnetostrictive members 102 and 103 provided on the surface are deformed by the torque, and by detecting the deformations by the excitation / detection coils 108 and 109, respectively, the torque can be detected without contacting the shaft 101. It is a thing.

【0004】具体的な構成は次のとおりである。図7に
示すように、機械本体(図示せず)のシャフト101
は、機械本体からの駆動力を受けて回転するものであ
り、その周面には、軸線0方向から斜め下向き45゜の
角度をもって磁歪材102が、また軸線0方向から斜め
上向き45゜の角度をもって磁歪材103がそれぞれ設
けられる。これにより、「ハ」の字型(シェブロン構
造)の左右一対の磁歪材が構成され、形状磁気異方性が
付与される。なお、磁歪材102、103は、シャフト
101に非晶質磁歪材を有機接着剤で張り付ける方法
や、磁歪効果を持つシャフトを使用する方法、磁歪金属
粉をシャフト101に高温で溶着させる方法等によって
設けられる。
The specific structure is as follows. As shown in FIG. 7, the shaft 101 of the machine body (not shown)
Is rotated by receiving the driving force from the machine body, and the magnetostrictive material 102 has an angle of 45 ° obliquely downward from the axis 0 direction and an angle of 45 ° obliquely upward from the axis 0 direction on its peripheral surface. The magnetostrictive material 103 is provided. As a result, a pair of left and right magnetostrictive members having a C-shape (chevron structure) are formed, and shape magnetic anisotropy is imparted. As the magnetostrictive materials 102 and 103, a method of sticking an amorphous magnetostrictive material to the shaft 101 with an organic adhesive, a method of using a shaft having a magnetostrictive effect, a method of welding magnetostrictive metal powder to the shaft 101 at high temperature, etc. Provided by.

【0005】そして、固定部分104は、シャフト10
1を囲んだ状態で機械本体に固定されるとともに、その
両端部分にシャフト101に対するベアリング105、
106が取り付けられている。従って、シャフト101
は、固定部分104に対して相対的に回転する。また、
固定部分104の内周面には、保持部材107が取り付
けられるとともに、この保持部材107に形成されてい
る二カ所の環状溝部分に励磁・検出コイル108、10
9が設置されている。この励磁・検出コイル108、1
09は、磁歪材102、103に対応してそれぞれを取
り巻くような位置関係で設置されている。
The fixed portion 104 is the shaft 10
1 is fixed to the machine body in a state of enclosing it, and bearings 105 for the shaft 101 are provided at both ends thereof.
106 is attached. Therefore, the shaft 101
Rotate relative to the fixed portion 104. Also,
A holding member 107 is attached to the inner peripheral surface of the fixed portion 104, and excitation / detection coils 108, 10 are provided in two annular groove portions formed in the holding member 107.
9 are installed. This excitation / detection coil 108, 1
No. 09 is installed so as to surround the magnetostrictive materials 102 and 103, respectively.

【0006】そして、シャフト101に図示矢印のよう
なトルクが作用すると、磁歪材102には引張応力が作
用するとともに、磁歪材103には圧縮応力が作用し、
各磁歪材がそれぞれの応力によって変形する。この磁歪
材の変形に応じてそれぞれの透磁率が変化することによ
り、この変化の程度に応じて励磁・検出コイル108、
109それぞれからの出力を変化させ、差動増幅器(図
示せず)で励磁・検出コイル108、109からの出力
の差分を用いることにより、シャフト101に作用する
トルクを検出できるようにしている。
When a torque as shown by an arrow in the figure acts on the shaft 101, a tensile stress acts on the magnetostrictive material 102 and a compressive stress acts on the magnetostrictive material 103.
Each magnetostrictive material is deformed by each stress. Since the respective magnetic permeability changes according to the deformation of the magnetostrictive material, the excitation / detection coil 108,
The torque acting on the shaft 101 can be detected by changing the output from each of 109 and using the difference between the outputs from the excitation / detection coils 108 and 109 by a differential amplifier (not shown).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁歪式トルクセンサは、次のような問題を有し
ている。ここで、シェブロン構造の左右一対の磁歪材1
02、103は、両者間が不連続であるため、それぞれ
のインピーダンス分布が図8に示すように上に凸の放物
線状となり、これらを比較すると二つの分布が非対称と
なるとともに、一つの分布においても非対称となってい
る。これは、磁歪材102、103をそれぞれ設けると
きの両者間の温度差等に基づいて発生するものと考えら
れる。
The conventional magnetostrictive torque sensor described above, however, has the following problems. Here, a pair of left and right magnetostrictive members 1 having a chevron structure.
Since 02 and 103 are discontinuous between them, the impedance distribution of each is a parabola with an upward convex shape as shown in FIG. 8. Comparing these, the two distributions are asymmetric and at the same time one distribution Is also asymmetric. This is considered to occur due to the temperature difference between the magnetostrictive materials 102 and 103 when the magnetostrictive materials 102 and 103 are provided.

【0008】従って、このような不連続な二つの磁歪材
102、103が設けられたシャフト101に対してス
ラスト方向の力が作用した場合、磁歪材102、103
と励磁・検出コイル108、109との相対的位置がず
れることにより、励磁・検出コイル108、109にお
いてそれぞれのインピーダンスの変化量が異なってしま
う。これにより、双方からの出力に基づく差分電圧に変
化が生じて零点変動が起こるため、シャフト101に作
用するトルクを正確に検出できなくなるといった問題点
を有している。特に、シャフト101にエンドミルやド
リル等の回転切削工具が取り付けられる場合、切削加工
中においてはシャフト101にスラスト方向の力が作用
するため、この切削加工中にシャフト101に作用する
トルクを精度良く検出できないことになる。
Therefore, when a force in the thrust direction acts on the shaft 101 provided with such two discontinuous magnetostrictive materials 102 and 103, the magnetostrictive materials 102 and 103 are formed.
Since the relative positions of the excitation and detection coils 108 and 109 are displaced, the amounts of change in impedance of the excitation and detection coils 108 and 109 differ. This causes a change in the differential voltage based on the outputs from both sides to cause a zero-point variation, which causes a problem that the torque acting on the shaft 101 cannot be accurately detected. In particular, when a rotary cutting tool such as an end mill or a drill is attached to the shaft 101, a force in the thrust direction acts on the shaft 101 during cutting, so the torque acting on the shaft 101 is accurately detected during this cutting. It will not be possible.

【0009】また、励磁・検出コイル108、109で
は、二つのインピーダンス分布が非対称であるため、こ
のインピーダンスの温度係数が互いに異なるものとなっ
ている。従って、周囲温度が変化してシャフト101が
膨張、収縮した場合、互いのインピーダンスの変化量が
異なってしまうため、双方からの出力に基づく差分電圧
が変化して零点変動を起こすことになり、シャフト10
1に作用するトルクを精度良く検出できなくなるといっ
た問題点をも有している。
In the excitation / detection coils 108 and 109, since the two impedance distributions are asymmetrical, the temperature coefficients of these impedances are different from each other. Therefore, when the ambient temperature changes and the shaft 101 expands and contracts, the amounts of change in the impedances differ from each other, so that the differential voltage based on the outputs from both changes and the zero point fluctuation occurs. 10
There is also a problem that the torque acting on No. 1 cannot be detected accurately.

【0010】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、左右一対の磁歪材が不連続であることに基づ
く上述のような弊害を抑制して、シャフトに作用するト
ルクを精度よく検出できるようにした磁歪式トルクセン
サを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and suppresses the above-mentioned adverse effects due to the discontinuity of a pair of left and right magnetostrictive materials, and accurately controls the torque acting on the shaft. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor capable of detecting.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、か
かる目的を達成するために、請求項1記載の磁歪式トル
クセンサは、シャフトの周面に、このシャフトの軸線に
対して上向き及び下向きにそれぞれ傾けて設けられる左
右一対の磁歪材と、この磁歪材のそれぞれに対応して設
置される一対の励磁・検出コイルとからなるものにおい
て、左右の磁歪材の間に、それぞれの端部と接続して両
者間を連続させるための接続磁歪部が設けられ、この接
続磁歪部は、シャフトを一周する間に断続的にあらわれ
るように設けられることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems and to achieve the above object, a magnetostrictive torque sensor according to a first aspect of the present invention has a circumferential surface of a shaft which faces upward with respect to the axis of the shaft. A pair of left and right magnetostrictive members that are inclined downwards, and a pair of excitation / detection coils that are installed in correspondence with the respective magnetostrictive members. And a connection magnetostrictive portion for connecting the two to make them continuous, and the connection magnetostrictive portion is provided so as to appear intermittently during one round of the shaft.

【0012】また、請求項2記載の磁歪式トルクセンサ
では、接続磁歪部は、左右の磁歪材同士を1対1で接続
するように個別に設けられることを特徴とするものであ
る。さらに、請求項3記載の磁歪式トルクセンサでは、
接続磁歪部が、前記左右の磁歪材それぞれの方向へ向く
ような湾曲する帯状に設けられたことを特徴とするもの
である。
Further, in the magnetostrictive torque sensor according to a second aspect of the invention, the connection magnetostrictive portion is individually provided so as to connect the left and right magnetostrictive materials in a one-to-one relationship. Furthermore, in the magnetostrictive torque sensor according to claim 3,
It is characterized in that the connection magnetostrictive portion is provided in a curved strip shape so as to face the respective left and right magnetostrictive materials.

【0013】このように、請求項1記載の磁歪式トルク
センサは、左右一対の磁歪材の間が接続磁歪部によって
接続され、この接続磁歪部によって両者が連続するよう
にしているため、シャフトの軸線方向におけるインピー
ダンスの変化が極めて小さくなり、しかも両者のインピ
ーダンス分布の対称性が高くなる。従って、シャフトに
スラスト方向の力が作用して磁歪材と励磁・検出コイル
との相対的位置がずれた場合でも、そのずれの前後で励
磁・検出コイルのそれぞれがほぼ同じインピーダンスの
値をとるため両者間の差分電圧に変化がなく(差分電圧
が0のままとなり)、零点変動が微少に抑えられること
になる。
As described above, in the magnetostrictive torque sensor according to the first aspect of the invention, the pair of left and right magnetostrictive members are connected by the connecting magnetostrictive portion, and the connecting magnetostrictive portion allows the two to be continuous. The change in impedance in the axial direction becomes extremely small, and the symmetry of the impedance distribution between the two becomes high. Therefore, even if the relative position between the magnetostrictive material and the excitation / detection coil shifts due to the force in the thrust direction acting on the shaft, the excitation / detection coils have almost the same impedance value before and after the shift. There is no change in the difference voltage between the two (the difference voltage remains 0), and the zero point fluctuation is suppressed to a small extent.

【0014】さらに、上述のようにインピーダンス分布
の対称性が高いため、周囲温度が変化してシャフトが膨
張、収縮した場合に、その温度変化の前後でそれぞれの
インピーダンスの変化量がほぼ同じとなり、両者間の差
分電圧に変化がなく(差分電圧が0のままとなり)、零
点変動が微少に抑えられる。なお、接続磁歪部は、シャ
フトを一周する間に断続的にあらわれるように設けら
れ、この接続磁歪部がシャフトの一周にわたって連続し
て設けられないようにしている。従って、励磁・検出コ
イルに対して接続磁歪部による影響を低減させるように
している。
Further, since the impedance distribution has a high symmetry as described above, when the ambient temperature changes and the shaft expands or contracts, the impedance changes before and after the temperature change become substantially the same. There is no change in the difference voltage between the two (the difference voltage remains 0), and the zero point fluctuation is suppressed to a minimum. The connecting magnetostrictive portion is provided so as to appear intermittently during one round of the shaft, and the connecting magnetostrictive portion is not provided continuously over the entire circumference of the shaft. Therefore, the influence of the connecting magnetostrictive portion on the excitation / detection coil is reduced.

【0015】また、請求項2記載の磁歪式トルクセンサ
は、接続磁歪部が、左右の磁歪材同士を1対1で接続す
るように個別に設けられるため、左右一対の磁歪材の連
続性を維持しつつ、この接続磁歪部によって励磁・検出
コイルに大きな影響を与えないようにしている。この場
合、左右の磁歪材の全てを接続磁歪部でそれぞれ接続さ
せる必要はなく、任意の個数を接続磁歪部で接続させる
ようにしてもよい。
In the magnetostrictive torque sensor according to the second aspect of the invention, since the connecting magnetostrictive portions are individually provided so as to connect the left and right magnetostrictive materials in a one-to-one relationship, the continuity of the pair of left and right magnetostrictive materials is maintained. While maintaining, the connecting magnetostrictive portion does not have a great influence on the excitation / detection coil. In this case, it is not necessary to connect all of the left and right magnetostrictive materials with the connecting magnetostrictive portion, and an arbitrary number of them may be connected with the connecting magnetostrictive portion.

【0016】また、請求項3記載の磁歪式トルクセンサ
は、接続磁歪部が、左右の磁歪材それぞれの方向へ向く
ような湾曲する帯状に設けられるため、励磁・検出コイ
ルに対して接続磁歪部が与える影響をより一層低減させ
ることが可能となる。これは、接続磁歪部が角部分を持
つ形態の場合には、この角部分に多くの磁歪材料が存在
するため、この角部分の磁歪材料によって励磁・検出コ
イルに影響を与えるからである。
Further, in the magnetostrictive torque sensor according to the third aspect of the invention, since the connecting magnetostrictive portion is provided in a curved strip shape so as to face the respective directions of the left and right magnetostrictive materials, the connecting magnetostrictive portion is connected to the exciting / detecting coil. It is possible to further reduce the influence of the. This is because when the connection magnetostrictive portion has a corner portion, a large amount of magnetostrictive material exists in this corner portion, and the magnetostrictive material in this corner portion affects the excitation / detection coil.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
〜図6を参照して説明する。図1に示すように、シャフ
ト1は、マシニングセンタ等の機械本体(図示せず)か
らの駆動力を受けて回転駆動するものであり、その周面
に左右一対の磁歪材2、3並びにこれら磁歪材2、3を
接続する接続磁歪部4が設けられている。磁歪材2は、
軸線0から斜め下向き45゜でシャフト1の一周にわた
って並列に配置されたものであり、一方、磁歪材3は、
軸線0から斜め上向き45゜でシャフト1の一周にわた
って並列に配置されている。これにより、磁歪材2、3
は、一対の「ハ」の字型(シェブロン構造)を構成す
る。なお、接続磁歪部4は、磁歪材2、3の端部とそれ
ぞれ接続して、磁歪材2、3が連続するように設けられ
ている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
~ It demonstrates with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a shaft 1 is rotationally driven by receiving a driving force from a machine body (not shown) such as a machining center, and a pair of left and right magnetostrictive members 2 and 3 and these magnetostrictive members are provided on a peripheral surface thereof. A connection magnetostrictive portion 4 for connecting the materials 2 and 3 is provided. The magnetostrictive material 2 is
The magnetostrictive materials 3 are arranged in parallel over the circumference of the shaft 1 at an angle of 45 ° obliquely downward from the axis 0.
The shafts 1 are arranged in parallel at an angle of 45 ° upward from the axis 0 over the entire circumference of the shaft 1. Thereby, the magnetostrictive materials 2, 3
Form a pair of “C” -shaped (chevron structure). The connecting magnetostrictive portion 4 is provided so as to be connected to the end portions of the magnetostrictive materials 2 and 3 so that the magnetostrictive materials 2 and 3 are continuous.

【0018】これら磁歪材2、3及び接続磁歪部4は、
先ず、転造法によってシャフト1にシェブロン形状を形
成し、次いでこのシェブロン形状部分に磁歪粉末をプラ
ズマ溶射で付着させ、その後真空電気炉で磁歪粉末をシ
ェブロン形状部分に溶着させるといった方法で設けられ
る。従って、磁歪材2、3及び接続磁歪部4は、同一の
磁歪材料(例えばFe−Ni−Mo−Bなど)が用いら
れ、一体として同時に設けられるものである。ただし、
このような磁歪粉末を溶着させる方法に代えて、シェブ
ロン形状の非晶質磁歪材を有機接着剤でシャフト1に張
り付ける方法など他の方法を用いるようにしてもよい。
The magnetostrictive materials 2 and 3 and the connecting magnetostrictive portion 4 are
First, a chevron shape is formed on the shaft 1 by a rolling method, then magnetostrictive powder is attached to the chevron shape portion by plasma spraying, and then the magnetostrictive powder is welded to the chevron shape portion in a vacuum electric furnace. Therefore, the same magnetostrictive material (for example, Fe-Ni-Mo-B) is used for the magnetostrictive materials 2 and 3 and the connection magnetostrictive portion 4, and they are simultaneously provided as one body. However,
Instead of such a method of welding the magnetostrictive powder, another method such as a method of sticking a chevron-shaped amorphous magnetostrictive material to the shaft 1 with an organic adhesive may be used.

【0019】なお、接続磁歪部4が設けられたシャフト
1の断面は、図2に示すようになっている。すなわち、
接続磁歪部4は、シャフト1の一周にわたって設けられ
るものではなく、シャフト1を断続的に一周するもので
ある。ただし、シャフト1の一周に対する接続磁歪部4
の割合は図1に示すものに限定されず、適宜増減するこ
とができる。また、シャフト1を一周する間に接続磁歪
部4が一定間隔であらわれることに限定されず、その間
隔が不均等であってもよい。さらに、各接続磁歪部4
は、左右の磁歪材2、3を1対1で接続するものに代え
て、例えば磁歪材2、3を2個づつ又は3個づつまとめ
て接続させるものであってもよい。
The cross section of the shaft 1 provided with the connection magnetostrictive portion 4 is as shown in FIG. That is,
The connection magnetostrictive portion 4 is not provided over one round of the shaft 1, but intermittently makes one round of the shaft 1. However, the connecting magnetostrictive portion 4 for one round of the shaft 1
The ratio is not limited to that shown in FIG. 1 and can be increased or decreased as appropriate. In addition, the connection magnetostrictive portions 4 are not limited to appear at regular intervals during one round of the shaft 1, and the intervals may be uneven. Furthermore, each connection magnetostrictive portion 4
Instead of connecting the left and right magnetostrictive materials 2 and 3 in a one-to-one relationship, for example, two or three magnetostrictive materials 2 and 3 may be connected together.

【0020】なお、このように接続磁歪部4によって連
続する磁歪材2、3を持つシャフト1上において1mm
ごとに測定用コイルを移動させ、LCRメータでインピ
ーダンスを測定すると、図3に示すようなインピーダン
ス分布が得られた。このインピーダンス分布では、磁歪
材2、3に対応する部分において平坦部分が多くなって
おり、シャフト1の軸線0方向においてインピーダンス
の変化量が少なくなっていることが確認される。なお、
インピーダンス分布において中央の凸部分は、接続磁歪
部4によるものと考えられ、軸線0方向の単位長さあた
りの磁歪材料が磁歪材2、3より多くなっていることに
起因して、インピーダンスの値が磁歪材2、3部分より
大きくなっている。
It should be noted that, as described above, 1 mm is provided on the shaft 1 having the magnetostrictive members 2 and 3 continuous by the connecting magnetostrictive portion 4.
By moving the measurement coil for each and measuring the impedance with the LCR meter, the impedance distribution as shown in FIG. 3 was obtained. In this impedance distribution, it is confirmed that there are many flat portions in the portions corresponding to the magnetostrictive materials 2 and 3, and the amount of change in impedance is small in the axis 0 direction of the shaft 1. In addition,
It is considered that the central convex portion in the impedance distribution is due to the connection magnetostrictive portion 4, and the value of impedance is caused by the fact that the magnetostrictive material per unit length in the direction of the axis 0 is larger than the magnetostrictive materials 2 and 3. Is larger than the magnetostrictive materials 2 and 3.

【0021】次に、固定部分5は、シャフト1を貫通さ
せる筒状に形成されるとともに、支持部6によって機械
本体に固定されている。従って、シャフト1は、固定部
分5に対して相対的に回転駆動することになる。また、
固定部分5の内周面には、磁歪材2、3のそれぞれに対
応する位置関係で励磁・検出コイル7、8が設けられて
いる。この励磁・検出コイル7、8は、保持部材9に設
けられた環状の溝部にそれぞれ設けられるとともに、こ
の保持部材9を固定部分5の内周面に取り付けることに
より固定部分5に設置される。また、固定部分5の両端
部分には、シャフト1を回転支持するベアリング10、
11が取り付けられ、これにより、励磁・検出コイル
7、8の中心軸をシャフト1の軸線0に一致させるよう
にしている。
Next, the fixed portion 5 is formed into a cylindrical shape that allows the shaft 1 to penetrate therethrough, and is fixed to the machine body by the support portion 6. Therefore, the shaft 1 is rotationally driven relative to the fixed portion 5. Also,
Excitation / detection coils 7 and 8 are provided on the inner peripheral surface of the fixed portion 5 in a positional relationship corresponding to the magnetostrictive materials 2 and 3, respectively. The excitation / detection coils 7 and 8 are provided in annular groove portions provided in the holding member 9, respectively, and are attached to the fixed portion 5 by attaching the holding member 9 to the inner peripheral surface of the fixed portion 5. Further, bearings 10 for rotatably supporting the shaft 1 are provided at both ends of the fixed portion 5,
11 is attached so that the central axes of the excitation / detection coils 7 and 8 are aligned with the axis 0 of the shaft 1.

【0022】なお、この励磁・検出コイル7、8からの
出力は、差動増幅器12に入力されてから接続ケーブル
Cによって機械本体に取り出される。この差動増幅器1
2は、励磁・検出コイル7、8からの入力値が同一の場
合にはここから出力されないが、励磁・検出コイル7、
8からの入力値が異なる場合にはこれらの入力値の差を
増幅して出力するものである。
The outputs from the excitation / detection coils 7 and 8 are input to the differential amplifier 12 and then taken out to the machine body by the connection cable C. This differential amplifier 1
2 does not output from the excitation / detection coils 7 and 8 when the input values are the same, but the excitation / detection coils 7 and 8
When the input values from 8 are different, the difference between these input values is amplified and output.

【0023】そして、このようなシャフト1を組み込ん
で構成された磁歪式トルクセンサでは、シャフト1にト
ルクが作用していない状態において差動増幅器12から
の出力が0となるように零点が設定される。そして、こ
の磁歪式トルクセンサにおいて、シャフト1をスラスト
方向に200μm移動させた場合の零点変動を測定した
とき、そのときの零点変動は1.5%FSに抑えられる
実験結果を得た。また温度特性に関しては10゜Cあた
り±1%FSに抑えられる実験結果が得られた。これ
は、シャフト1が図3に示すような平坦なインピーダン
ス分布を持つためであり、磁歪材2、3と励磁・検出コ
イル7、8との相対的な位置がずれた場合でもインピー
ダンスの変化量が大きく変化せず、励磁・検出コイル
7、8からの出力の差分に大きな変化が生じないからで
ある。
In the magnetostrictive torque sensor constructed by incorporating the shaft 1 as described above, the zero point is set so that the output from the differential amplifier 12 becomes 0 in the state where the torque is not acting on the shaft 1. It Then, in this magnetostrictive torque sensor, when the zero point variation was measured when the shaft 1 was moved by 200 μm in the thrust direction, an experimental result was obtained in which the zero point variation at that time was suppressed to 1.5% FS. As for the temperature characteristics, experimental results were obtained in which the temperature was suppressed to ± 1% FS per 10 ° C. This is because the shaft 1 has a flat impedance distribution as shown in FIG. 3, and even when the relative positions of the magnetostrictive materials 2 and 3 and the excitation / detection coils 7 and 8 are deviated, the amount of impedance change is large. Is not significantly changed, and the difference between the outputs from the excitation / detection coils 7 and 8 is not significantly changed.

【0024】続いて、以上のように構成した磁歪式トル
クセンサの作動状態を説明する。先ず、シャフト1を軸
線0回りに回転させると、このシャフト1は、ベアリン
グ10、11に支持された状態で固定部分5に対して相
対的に回転駆動する。なお、このシャフト1には、例え
ば、ドリルやエンドミル等の回転切削工具が取り付けら
れ、この回転切削工具を軸線0回りに回転させることに
より切削加工を行うことが可能である。
Next, the operating state of the magnetostrictive torque sensor configured as described above will be described. First, when the shaft 1 is rotated around the axis 0, the shaft 1 is rotationally driven relative to the fixed portion 5 while being supported by the bearings 10 and 11. A rotary cutting tool such as a drill or an end mill is attached to the shaft 1, and cutting can be performed by rotating the rotary cutting tool around the axis 0.

【0025】そして、切削加工中において、回転切削工
具にトルクが作用し、シャフト1に対して図1矢印に示
す向きのトルクが作用すると、そのトルクはシャフト1
に伝達されるとともに、磁歪材2(図1左側)には引張
応力が働き、これを引き伸ばすかたちで歪が生じ、一
方、磁歪材3(図1右側)には圧縮応力が働き、これを
縮めるたかちで歪が生じる。
When a torque acts on the rotary cutting tool during the cutting process and a torque in the direction shown by the arrow in FIG. 1 acts on the shaft 1, the torque is applied to the shaft 1.
Is transmitted to the magnetostrictive material 2 (left side in FIG. 1), tensile stress acts on the magnetostrictive material 2 and strain occurs in the form of stretching it, while compressive stress acts on the magnetostrictive material 3 (right side in FIG. 1) to shrink it. Distortion occurs in the roof.

【0026】従って、この歪に基づいて磁歪材2、3そ
れぞれの透磁率を変化させることにより、この透磁率の
変化に応じて励磁・検出コイル7、8それぞれからの出
力が変化する。この出力が差動増幅器12に入力される
とともに、この入力値の差が差動増幅器12から増幅さ
れて出力され、この出力を解析することにシャフト1に
作用するトルクを検出できるようにしている。
Therefore, by changing the magnetic permeability of each of the magnetostrictive materials 2 and 3 based on this strain, the output from each of the excitation / detection coils 7 and 8 changes according to the change of the magnetic permeability. This output is input to the differential amplifier 12, and the difference between the input values is amplified and output from the differential amplifier 12, and by analyzing this output, the torque acting on the shaft 1 can be detected. .

【0027】なお、差動増幅器12によって、磁歪材
2、3の歪に対応する出力の差を出力するため、シャフ
ト1に対して軸線0方向(スラスト方向)の力、例え
ば、切削加工において回転切削工具の軸線方向に作用す
る圧縮力などによる影響を除外できるようにしている。
このとき、上述のように、シャフト1にスラスト方向の
力が作用しても零点変動が抑えられることにより、この
シャフト1に作用するトルクを精度よく検出できるよう
にしている。
Since the differential amplifier 12 outputs the difference in output corresponding to the strain of the magnetostrictive materials 2 and 3, a force in the direction of the axis 0 (thrust direction), such as rotation in cutting, is applied to the shaft 1. The influence of the compressive force acting in the axial direction of the cutting tool can be excluded.
At this time, as described above, even if a force in the thrust direction acts on the shaft 1, the zero point variation is suppressed, so that the torque acting on the shaft 1 can be detected with high accuracy.

【0028】図4〜図6は、接続磁歪部4の他の実施の
形態を示すものであり、図4に示す接続磁歪部4は、対
応する磁歪材2、3同士の全てを接続磁歪部4で接続す
るものではなく、一個おきに接続するものであり、シャ
フト1の周面に磁歪材2、3の両者が連続しないものを
残したものである。これにより、接続磁歪部4における
インピーダンスの値を下げることができ、図3のインピ
ーダンス分布において中央の凸部分をなくすようにし
て、より分布が平坦化されるようにしている。ただし、
連続しない磁歪材2、3が存在するため、磁歪材2又は
3部分に対応するインピーダンス分布において多少起伏
があらわれることになる。
FIGS. 4 to 6 show another embodiment of the connection magnetostrictive portion 4. The connection magnetostrictive portion 4 shown in FIG. 4 connects all the corresponding magnetostrictive materials 2 and 3 to each other. The connection is not made with four, but is made with every other connection, and the one on which the magnetostrictive materials 2 and 3 are not continuous is left on the peripheral surface of the shaft 1. As a result, the impedance value in the connection magnetostrictive portion 4 can be reduced, and the central convex portion in the impedance distribution of FIG. 3 can be eliminated to further flatten the distribution. However,
Since the magnetostrictive materials 2 and 3 which are not continuous exist, some undulations appear in the impedance distribution corresponding to the magnetostrictive material 2 or 3.

【0029】図5に示す接続磁歪部4aは、磁歪材2、
3の間を湾曲した帯状のもので接続させたものである。
このように接続磁歪部4aを湾曲させることにより、角
部分を持つ接続磁歪部4と比較して磁歪材料の使用量を
減少させることができ、これにより、接続磁歪部4aに
おけるインピーダンスの値を下げるようにしている。従
って、図1及び図4に示すものと比較した場合、図3の
インピーダンス分布において、磁歪材2、3部分の平坦
化を維持しながら中央の凸部分を減少させることが可能
となる。
The connection magnetostrictive portion 4a shown in FIG.
3 is connected by a curved strip.
By curving the connection magnetostrictive portion 4a in this manner, the amount of use of the magnetostrictive material can be reduced as compared with the connection magnetostrictive portion 4 having a corner portion, thereby lowering the impedance value in the connection magnetostrictive portion 4a. I am trying. Therefore, when compared with those shown in FIGS. 1 and 4, in the impedance distribution of FIG. 3, it is possible to reduce the central convex portion while maintaining the flattening of the magnetostrictive materials 2 and 3.

【0030】図6に示す接続磁歪部4bは、図5に示す
接続磁歪部4aの湾曲する帯状部分の幅を狭くした状態
で設けられたものである。これにより、接続磁歪部4b
におけるインピーダンスの値をより一層下げるようにし
ており、図3のインピーダンス分布において、接続磁歪
部4b部分を含めて磁歪材2、3部分を連続して平坦化
させることが可能となる。
The connection magnetostrictive portion 4b shown in FIG. 6 is provided with the width of the curved strip-shaped portion of the connection magnetostrictive portion 4a shown in FIG. 5 narrowed. Thereby, the connection magnetostrictive portion 4b
In the impedance distribution of FIG. 3, it is possible to continuously flatten the magnetostrictive members 2 and 3 including the connecting magnetostrictive portion 4b.

【0031】なお、接続磁歪部の形態として、図1、図
4〜6に示すものに限定されず、磁歪材2、3を接続す
るとともに、この接続磁歪部がシャフト1を断続的に一
周するものであればその形態は任意である。さらに、本
発明の磁歪材トルクセンサは、上述のように、回転切削
工具が取り付けられるシャフト1に作用するトルクの検
出のみに適用されるものではなく、その他各種工作機械
等のシャフトに作用するトルクを検出するものとしても
適用される。
The form of the connecting magnetostrictive portion is not limited to that shown in FIGS. 1 and 4 to 6, but the magnetostrictive members 2 and 3 are connected, and the connecting magnetostrictive portion intermittently makes one revolution around the shaft 1. The form is arbitrary if it is one. Further, as described above, the magnetostrictive material torque sensor of the present invention is not only applied to the detection of the torque acting on the shaft 1 to which the rotary cutting tool is attached, but also the torque acting on the shaft of various machine tools and the like. It is also applied to detect the.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したとおり、請求項1記載の磁
歪式トルクセンサは、左右一対の磁歪材の間を接続磁歪
部で接続し、左右の磁歪材を連続させるようにしている
ため、シャフトの軸線方向におけるインピーダンスの変
化を極めて小さくするとともに、両者のインピーダンス
分布の対称性を高くすることができる。従って、シャフ
トにスラスト方向の力が作用して磁歪材と励磁・検出コ
イルとの相対的位置がずれた場合でも、そのずれの前後
で励磁・検出コイルそれぞれがほぼ同じインピーダンス
の値をとるため両者間の差分電圧に変化が生じないよう
にさせることができ(差分電圧を0のままにでき)、こ
れにより零点変動を微少に抑えて、シャフトに作用する
トルクを精度良く検出することができる。
As described above, in the magnetostrictive torque sensor according to the first aspect, the pair of left and right magnetostrictive members are connected by the connecting magnetostrictive portion so that the left and right magnetostrictive members are connected to each other. It is possible to extremely reduce the change in impedance in the axis direction of and to increase the symmetry of the impedance distribution of both. Therefore, even if the relative position between the magnetostrictive material and the excitation / detection coil shifts due to the force in the thrust direction acting on the shaft, both the excitation / detection coils have almost the same impedance value before and after the shift, so both It is possible to prevent the difference voltage between them from changing (the difference voltage can be kept at 0), and thus the zero point fluctuation can be suppressed to a small extent, and the torque acting on the shaft can be detected with high accuracy.

【0033】さらに、インピーダンス分布の対称性が高
く、周囲温度が変化してシャフトが膨張、収縮した場合
であっても、その温度変化の前後で励磁・検出コイルそ
れぞれのインピーダンス変化量がほぼ同じとなるため、
両者間の差分電圧に変化が生じないようにさせることが
でき(差分電圧を0のままにでき)、これにより上記効
果を併せて零点変動を微少に抑えて、シャフトに作用す
るトルクを精度良く検出することができる。なお、接続
磁歪部は、シャフトを一周する間に断続的にあらわれる
ように設けられるため、励磁・検出コイルに対して接続
磁歪部による影響を低減させることができる。
Further, the impedance distribution has a high symmetry, and even when the shaft expands or contracts due to a change in ambient temperature, the impedance change amounts of the excitation and detection coils are substantially the same before and after the temperature change. Because,
It is possible to prevent the difference voltage between the two from changing (the difference voltage can be kept at 0), and by this effect, the zero point fluctuation can be suppressed to a small degree in combination with the above effect, and the torque acting on the shaft can be accurately measured. Can be detected. Since the connecting magnetostrictive portion is provided so as to appear intermittently during the complete rotation of the shaft, the influence of the connecting magnetostrictive portion on the excitation / detection coil can be reduced.

【0034】また、請求項2記載の磁歪式トルクセンサ
は、接続磁歪部が、左右の磁歪材同士を1対1で接続す
るように個別に設けられるため、左右一対の磁歪材の連
続性を維持しつつ、この接続磁歪部によって励磁・検出
コイルに与える影響を低減させることができる。従っ
て、インピーダンス分布において接続磁歪部による凸部
分の減少を図ることができ、零点変動を微少に抑えて、
トルクの検出精度を高めることができる。
In the magnetostrictive torque sensor according to the second aspect of the present invention, since the connecting magnetostrictive portions are individually provided so as to connect the left and right magnetostrictive materials in a one-to-one relationship, the continuity of the pair of left and right magnetostrictive materials is maintained. While maintaining, it is possible to reduce the influence exerted on the excitation / detection coil by the connection magnetostrictive portion. Therefore, it is possible to reduce the convex portion due to the connection magnetostrictive portion in the impedance distribution, and to suppress the zero point variation to a minimum,
The torque detection accuracy can be improved.

【0035】また、請求項3記載の磁歪式トルクセンサ
は、接続磁歪部が、左右の磁歪材それぞれの方向へ向く
ような湾曲する帯状に設けられるため、励磁・検出コイ
ルに対して接続磁歪部が与える影響をより一層低減させ
ることができる。従って、インピーダンス分布において
接続磁歪部による凸部分をより一層減少させることがで
き、零点変動がさらに微少に抑えられ、トルクの検出精
度を一層高めることができる。
Further, in the magnetostrictive torque sensor according to the third aspect, since the connecting magnetostrictive portion is provided in a curved strip shape so as to face each of the left and right magnetostrictive materials, the connecting magnetostrictive portion is connected to the exciting / detecting coil. It is possible to further reduce the influence of. Therefore, it is possible to further reduce the convex portion due to the connecting magnetostrictive portion in the impedance distribution, further suppress the zero point variation to a minimum, and further improve the torque detection accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る磁歪式トルクセンサの、実施の形
態を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a magnetostrictive torque sensor according to the present invention.

【図2】図1の線Aに沿ったシャフトの断面図である。2 is a cross-sectional view of the shaft taken along the line A of FIG.

【図3】シャフトにおけるインピーダンス分布を示すグ
ラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing an impedance distribution in a shaft.

【図4】接続磁歪部の、他の実施の形態を示す正面図で
ある。
FIG. 4 is a front view showing another embodiment of the connection magnetostrictive portion.

【図5】接続磁歪部の、他の実施の形態を示す正面図で
ある。
FIG. 5 is a front view showing another embodiment of the connection magnetostrictive portion.

【図6】接続磁歪部の、他の実施の形態を示す正面図で
ある。
FIG. 6 is a front view showing another embodiment of the connection magnetostrictive portion.

【図7】従来の、磁歪式トルクセンサの一形態を示す断
面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing one form of a conventional magnetostrictive torque sensor.

【図8】従来の、シャフトにおけるインピーダンス分布
を示すグラフ図である。
FIG. 8 is a graph showing a conventional impedance distribution in a shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シャフト 2、3 磁歪材 4、4a、4b 接続磁歪部 5 固定部分 7、8 励磁・検出コイル 10、11 ベアリング 12 差動増幅器 1 Shaft 2, 3 Magnetostrictive Material 4, 4a, 4b Connection Magnetostrictive Section 5 Fixed Section 7, 8 Excitation / Detection Coil 10, 11 Bearing 12 Differential Amplifier

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シャフトの周面に、このシャフトの軸線
に対して上向き及び下向きにそれぞれ傾けて設けられる
左右一対の磁歪材と、この磁歪材のそれぞれに対応して
設置される一対の励磁・検出コイルとからなる磁歪式ト
ルクセンサにおいて、 前記左右の磁歪材の間に、それぞれの端部と接続して両
者間を連続させるための接続磁歪部が設けられ、 この接続磁歪部は、前記シャフトを一周する間に断続的
にあらわれるように設けられることを特徴とする磁歪式
トルクセンサ。
1. A pair of left and right magnetostrictive members provided on the circumferential surface of the shaft inclining upward and downward with respect to the axis of the shaft, and a pair of exciting / exciting members installed corresponding to the respective magnetostrictive members. In the magnetostrictive torque sensor including a detection coil, a connecting magnetostrictive portion is provided between the left and right magnetostrictive members to connect the respective end portions to make the both continuous, and the connecting magnetostrictive portion is the shaft. A magnetostrictive torque sensor, wherein the magnetostrictive torque sensor is provided so as to appear intermittently during one round of the.
【請求項2】 前記接続磁歪部は、前記左右の磁歪材同
士を1対1で接続するように個別に設けられることを特
徴とする請求項1記載の磁歪式トルクセンサ。
2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the connection magnetostrictive portion is individually provided so as to connect the left and right magnetostrictive materials in a one-to-one relationship.
【請求項3】 前記接続磁歪部が、前記左右の磁歪材そ
れぞれの方向へ向くような湾曲する帯状に設けられたこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の磁歪式トルクセン
サ。
3. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1 or 2, wherein the connection magnetostrictive portion is provided in a curved strip shape so as to face each of the left and right magnetostrictive members.
JP5054396A 1996-03-07 1996-03-07 Magnetostrictive torque sensor Withdrawn JPH09243476A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10038767C1 (en) * 2000-08-09 2002-04-11 Daimler Chrysler Ag Magnetostrictive torque sensor for measuring torsion in loaded shafts has flux guide for dividing measurement field into compressive, strain components detected by separate coils
US7295001B2 (en) * 2004-12-31 2007-11-13 Seoul National University Industry Foundation Magnetostrictive transducer using tailed patches and apparatus for measuring elastic wave using the magnetostrictive transducer
JP2008070379A (en) * 2007-10-22 2008-03-27 Honda Motor Co Ltd Torque detecting mechanism and electric power steering apparatus

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