JP2008145165A - Magnetoelastic torque sensor and hysteresis elimination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気弾性トルクセンサー及びかかるセンサーにおけるヒステリシス排除方法、特に、所要の磁束経路から残留磁気を消去する方法に係わる。 The present invention relates to a magnetoelastic torque sensor and a method of eliminating hysteresis in such a sensor, and more particularly to a method of erasing residual magnetism from a required magnetic flux path.
磁気弾性トルクセンサーは基材に支持された1つまたは2つ以上の磁気弾性帯を利用する。磁気弾性帯は材料の磁気結晶異方性に起因する周方向残留磁気を有する。基材にトルクが加わると、磁気弾性材に螺旋方向のせん断応力が発生し、これが磁束経路を周方向から螺旋方向へシフトさせる。磁気測定装置を利用して磁気の軸方向成分を測定し、これを利用してトルクを求める。 A magnetoelastic torque sensor utilizes one or more magnetoelastic bands supported on a substrate. The magnetoelastic band has a circumferential remanence due to the magnetocrystalline anisotropy of the material. When torque is applied to the base material, spiral stress is generated in the magnetoelastic material, which shifts the magnetic flux path from the circumferential direction to the spiral direction. A magnetic measuring device is used to measure the axial component of magnetism, and this is used to determine the torque.
ところが、基材に作用するトルクが解除されても、磁気の一部が残留するという問題がある。磁気弾性帯内の軸方向残留磁気はトルクセンサーのゼロ点シフトの原因となる。このようなゼロ値シフトはヒステリシスと呼称される。帯磁体内の磁気を消去する公知の方法として、磁気弾性材の保磁力を超えるピーク振幅の交番磁界内に構造を配置するという方法がある。しかし、このような方法は稼働中には利用できない別の装置を必要とし、しかも、所要の周方向磁気に含まれる磁気成分をも残らず消去することになる。 However, there is a problem that even if the torque acting on the substrate is released, a part of the magnetism remains. The axial residual magnetism in the magnetoelastic band causes a zero point shift of the torque sensor. Such a zero value shift is called hysteresis. As a known method of erasing the magnetism in the magnetic body, there is a method of arranging a structure in an alternating magnetic field having a peak amplitude exceeding the coercive force of the magnetoelastic material. However, such a method requires another device that cannot be used during operation, and erases all the magnetic components contained in the required circumferential magnetism.
従って、所要の周方向残留磁気はそのままにしながら、ヒステリシスを生む軸方向の残留磁気だけを選択的に消去する方法及び装置の開発が望まれる。 Therefore, it is desired to develop a method and apparatus for selectively erasing only the axial residual magnetism that produces hysteresis while maintaining the required circumferential residual magnetism.
本発明による方法の一実施例はコイルからの交番磁界をトルク・トランスジューサ素子に作用させてトルク・トランスジューサ・シャフトの軸沿いの残留磁気を消去することによってヒステリシスの排除を可能にする。 One embodiment of the method according to the present invention allows the elimination of hysteresis by applying an alternating magnetic field from the coil to the torque transducer element to eliminate residual magnetism along the axis of the torque transducer shaft.
本発明の方法では、トルク・トランスジューサを囲んで軸方向にコイルを支持する。コイルはトルク・トランスジューサを構成する材料の保磁力に匹敵する振幅の交番磁界を発生させるに充分な振幅の交流によって励磁される。トルク・トランスジューサが励磁されることによって、軸方向の残留磁気の消去が可能になる。コイルをトルク・トランスジューサの磁気弾性帯と適正に整合させることによって、トランスジューサの磁気弾性帯内に存在する所要の周方向磁気を混乱させることなく軸方向の残留磁気を消去することができる。 In the method of the present invention, the coil is supported axially around the torque transducer. The coil is excited by an alternating current with sufficient amplitude to generate an alternating magnetic field with an amplitude comparable to the coercivity of the material making up the torque transducer. Excitation of the residual magnetism in the axial direction is possible by exciting the torque transducer. By properly aligning the coil with the magneto-elastic band of the torque transducer, axial residual magnetism can be eliminated without disrupting the required circumferential magnetism present in the transducer's magneto-elastic band.
従って、本発明のトルクセンサーはトルク・トランスジューサ内の所要の磁気成分を混乱させることなく、交流によって励磁されて、望ましくない残留磁気を軽減または排除する磁気を発生させるコイル組立体を含む。 Accordingly, the torque sensor of the present invention includes a coil assembly that is magnetized by alternating current to generate magnetism that reduces or eliminates undesirable residual magnetism without disturbing the required magnetic components in the torque transducer.
本発明の上記及びその他の特徴を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。 These and other features of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
図1には、トルク・トランスジューサ・センサー組立体10の一部を略示した。トルクセンサー10は磁気弾性リング16を支持する基材またはシャフト12から成るトルク・トランスジューサ素子15を含む。磁気弾性リング16は、シャフト12にトルク26が作用すると、これを磁気弾性リング16に伝達する。
FIG. 1 schematically illustrates a portion of the torque
磁気弾性リング材16中に周方向磁気18が存在する。磁気18の周方向はトルク・トランスジューサ素子15がニュートラル、即ち、トルクが作用していない状態である。トルク26が作用している間、磁気18の一部が軸方向成分の様相を呈し、周方向からずれる。磁気18の軸方向成分を矢印20で示した。磁気18のこの軸方向成分20を磁力計22によって測定する。磁力計22は磁気18の軸方向成分20を検出するようにトランスジューサ素子15に対して配置されている。但し、シャフト12に作用していたトルクが解除されても、磁気18の軸方向成分20の一部が残留する。磁気18の残留軸方向成分20がトルク・トランスジューサ素子15のゼロ位置を歪め、その結果、望ましくないヒステリシスが発生する。
そこで、本発明のトルク・トランスジューサ組立体10はトルク・トランスジューサ素子15と同軸関係に巻着された複数のマグネット・ワイヤー24から成る磁力計コイル22を含む。コイル22は交流25を給電する電源28と接続している。交流25はコイル22を励磁し、交番磁界を発生させる。交流25の振幅及び周波数は、周方向成分18をそのままの状態に保ちながらヒステリシス誘発磁気成分20を除去するように選択する。
Thus, the
交番磁界25はトルク・トランスジューサ素子15に利用される特定の材料に基づく振幅及び周波数を有するように選択される。9310鋼合金から成るトルク・トランスジューサ素子15の実施例では、50エルステッドのピーク磁界を有する60ヘルツの周波数が利用される。このような大きい交流はトランスジューサ素子15を励磁することによって磁気18の軸方向成分20を消去する。ヒステリシスを誘発する磁気18の軸方向成分20を消去することによって、ゼロ点シフトを大幅に軽減することができる。
The alternating magnetic field 25 is selected to have an amplitude and frequency based on the particular material utilized for the
トルクが解除され、ヒステリシスを誘発する磁気20の軸方向成分が消去されると、トルクセンサーはヒステリシスが殆どまたは全く存在しない状態で動作し、より高い精度を可能にする。
When the torque is released and the axial component of the
大きい交流によるコイル22の励磁が磁気検出装置または磁力計による磁気18の検出を妨げる恐れがあることは周知の通りである。但し、本発明の方法では、交流の振幅及び周波数を交代させることによって磁気検出機能を提供すると共にヒステリシスを誘発する磁気を排除する機能をも提供する。
As is well known, the excitation of the
図3に示すトルク・トランスジューサの他の実施例60は磁気68のヒステリシス誘発軸方向成分を選択的に消去する消磁機能だけのために動作するコイル組立体65を含む。コイル組立体65には公知のマグネット・ベクトル検出装置62が埋め込まれている。これらのマグネット・ベクトル検出装置は磁気の測定値を公知の制御装置64に伝達する。コイル組立体65は磁気の軸方向成分66を選択的に消去するように動作する。このトルクセンサー実施例60のコイル組立体65は交流70を給電されてコイル65を励磁し、トルク26の影響下に生ずる磁気の望ましくないヒステリシス成分を消去するように設定された振幅及び周波数の周期的励磁を発生させる。
Another
図4には、磁気を部分的に消去する方法80をステップ順にフローチャートで示した。方法は基材シャフト12に初めてトルクが作用することで始まる(82)。シャフト12に作用する捻れまたはトルクはシャフト12だけでなく磁気弾性帯16にもねじれを発生させる。磁気弾性帯16の捻れは磁気検出装置によって検出される(84)。トルクが解除されると(86)、トルクが発生させた磁気の一部が残留する。磁気ヒステリシスの軸方向成分はトルク・トランスジューサ素子15が読む磁気にシフトを発生させる原因となる。ヒステリシスを誘発する磁気の軸方向成分によって生ずるこのシフトを排除することによって、トルク・トランスジューサ組立体の精度を高めることができる。トルク・トランスジューサ素子15を囲むコイルは交流で励磁される(88)。材料の保磁力の実質的な部分を超えるピーク振幅の交番磁界を発生させるのに必要な振幅及び周波数を提供するように設定される。コイルが発生させる磁気の振幅はフラックスゲート装置62のコア材を飽和させるのに充分な振幅である。フラックスゲート装置の飽和は公知の製法でこれらのフラックスゲート装置を直接囲んでいるコイルによって判断することができる。フラックスゲートコイルにおける電圧波形の非対称性はトランスジューサ素子に磁気が存在することを示唆する。
FIG. 4 is a flowchart showing a
従って、本発明の方法及び装置はトルク測定におけるゼロ点シフトの原因となる磁気の軸方向成分を消去することによってトルクセンサーの精度を高める。 Thus, the method and apparatus of the present invention increases the accuracy of the torque sensor by eliminating the magnetic axial component that causes the zero shift in torque measurement.
本発明の好ましい実施例を以上に説明したが、当業者ならば、本発明の範囲内で種々の変更を案出できるであろう。従って、本発明の真の範囲及び内容を判断するには後記する特許請求の範囲を検討すべきである。 While the preferred embodiment of the present invention has been described above, various modifications will occur to those skilled in the art within the scope of the present invention. Accordingly, the following claims should be studied to determine the true scope and content of this invention.
Claims (17)
a)トルク・トランスジューサの磁気弾性部分と同心関係にコイルを支持し;
b)所要の周波数及び振幅の交流でコイルを励磁することによってヒステリシスを誘発する残留磁気を選択的に消去するステップを含むことを特徴とする前記方法。 In a method of removing magnetism that induces hysteresis from a magnetoelastic torque transducer,
a) supporting the coil concentrically with the magnetoelastic portion of the torque transducer;
b) selectively erasing residual magnetism that induces hysteresis by exciting the coil with alternating current of desired frequency and amplitude.
トルク荷重を受ける基材と;
前記基材に支持され、基材にトルク荷重が作用するとこれに応答してトルク荷重を反映する磁気を発生させる帯状磁気弾性材と;
磁気を測定する磁気センサーと;
帯状磁気弾性材の周りに配置され、帯状磁気弾性材内に残留する磁気の少なくとも一部を消去する交番磁界を発生させるコイルを含むことを特徴とする前記トルクセンサー。 In the torque sensor,
A substrate subjected to a torque load;
A belt-like magnetoelastic material that is supported by the substrate and generates magnetism that reflects the torque load in response to the torque load acting on the substrate;
A magnetic sensor for measuring magnetism;
The torque sensor comprising a coil that is arranged around the band-shaped magnetoelastic material and generates an alternating magnetic field that erases at least a part of the magnetism remaining in the band-shaped magnetoelastic material.
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