磁致伸缩式转矩传感器的检测电路及检测的新方法

  

  1.一种磁致伸缩式转矩传感器的检测电路，其检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材料被

  所述驱动部以表皮效应厚度成为所述喷丸硬化的有效深度以下的频率进行交流励磁。

  3.根据权利要求1或2所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路，其特征在于，

  所述驱动部以表皮效应厚度比所述磁致伸缩材料的表面的算术平均粗糙度Ra大的频

  5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路，其特征

  6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路，其特征

  所述桥接电路将第一检测线圈与第二检测线圈串联连接，将第三检测线圈与第四检测

  线圈串联连接，并将所述第一检测线圈及所述第二检测线圈与所述第三检测线圈及所述第

  所述第一检测线圈及所述第四检测线圈以电流路径相对于所述检测轴部的轴向朝一

  所述第二检测线圈及所述第三检测线圈以电流路径相对于所述检测轴部的轴向朝另

  8.一种磁致伸缩式转矩传感器的检测方法，其检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材料被

  使用设置在所述磁致伸缩材料周围的检测线圈、以及以表皮效应厚度成为所述喷丸硬

  化的有效深度以下的频率对所述检测线圈进行交流励磁的驱动部，基于所述检测线圈的电

  目前已知一种磁致伸缩式转矩传感器，其使用具有在被赋予了转矩(旋转力矩)时

  磁导率发生明显的变化的磁致伸缩特性的磁致伸缩材料，检测被赋予了转矩时的磁致伸缩材料的

  磁导率的变化来作为检测线圈的电感的变化，由此来检测磁致伸缩材料被赋予的转矩。

  果也不会波及到磁致伸缩材料的深部。因此，由于喷丸硬化的效果未波及的磁致伸缩材料

  检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材料被赋予的转矩，所述检测电路具备：检测线圈，其设置

  在所述磁致伸缩材料的周围；以及驱动部，其用于对所述检测线圈进行交流励磁，构成为基

  于所述检测线圈的电感的变化来检测所述磁致伸缩材料被赋予的转矩，所述驱动部以表皮

  法，其检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材料被赋予的转矩，该检测的新方法使用设置在所述磁

  致伸缩材料的周围的检测线圈以及以表皮效应厚度成为所述喷丸硬化的有效深度以下的

  频率对所述检测线圈进行交流励磁的驱动部，基于所述检测线圈的电感的变化来检测所述

  图1B是图1A的A‑A线B的B‑B线A的磁致伸缩式转矩传感器中的检测线圈的卷绕方法，即说明第一检

  测线圈以及第四检测线A的磁致伸缩式转矩传感器中的检测线圈的卷绕方法，即说明第二检

  图1A是本实施方式的磁致伸缩式转矩传感器的侧视图，图1B是图1A的A‑A线B的B‑B线A的磁致伸缩式转矩传感器中的检测线圈

  实施方式的磁致伸缩式转矩传感器1是检测磁致伸缩材料被赋予的转矩(旋转力矩)的传感

  如图1A至图4所示，磁致伸缩式转矩传感器1具备：当被赋予了转矩时磁导率发生

  变化的磁致伸缩材料2、检测磁致伸缩材料2被赋予的转矩的磁致伸缩式转矩传感器的检测

  关于磁致伸缩材料2，例如使用对由铬钢、铬钼钢或镍铬钼钢等含有铬的铬钢构成

  度。另外，通过在渗碳淬火回火处理后实施喷丸硬化，能够在其表面产生马氏体相变(无扩

  散相变)而使非磁性的奥氏体减少，使强磁性的马氏体增大。结果，磁致伸缩材料2的表面的

  非磁性区域减少，磁性区域增大，被赋予了应力时的导磁率的变化变大，并且塑性变形减

  磁致伸缩材料2具有在周向上被赋予转矩的圆柱状的检测轴部21。磁致伸缩式转

  矩传感器1中的磁致伸缩材料2例如是用于车辆的动力传动系统的转矩传递的轴、或者用于

  本实施方式的检测电路10检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材料2被赋予的转矩。

  检测电路10具备：检测线，其设置在磁致伸缩材料2的周围；驱动部12，其用于对检测线进行交流励磁；以及检测部13，其基于检测线的电感的变化来检测磁致伸缩材料2

  在本实施方式中，检测电路10具备将4个检测线个检测线分别称为第一至第四检测线通过将第一检测线串联连接，将第三检测线串联连接，并

  在磁致伸缩式转矩传感器1中，以覆盖检测轴部21周围的方式设置有环状的传感

  器部15。传感器部15具有与磁致伸缩材料2分离且同轴地设置的中空圆筒状的线上卷绕绝缘电线而构成的第一至第四检测线]

  向倾斜预定角度的方式(在此倾斜+45度)形成的多个第一倾斜槽73a、以相对于检测轴部21

  的轴向向另一方向倾斜预定角度的方式(在此倾斜‑45度)形成的多个第二倾斜槽73b。第一

  图3A说明第一以及第四检测线的卷绕方法。沿着第一倾斜槽73a在线上卷绕绝缘电线a而形成第一检测线圈以及第四检测线。即，第一及

  向倾斜预定角度的方式(在此以倾斜+45度的方式)而设置。图3A中的附图标记111b、111c分

  别表示第一检测线层的输入端和输出端。另外，图3A中的附图标记114b、114c分别

  图3B说明第二以及第三检测线的卷绕方法。沿着第二倾斜槽73b在线上卷绕绝缘电线a而形成第二以及第三检测线。即，第二及第三检测

  定角度的方式(在此以倾斜‑45度的方式)而设置。图3B中的附图标记112b、112c分别表示第

  二检测线层的输入端和输出端。另外，图3B中的附图标记113b、113c分别表示第三

  行目标匝的绝缘电线a的卷绕，形成第一至第四检测线B所示的卷绕方法是一个例子，也能够正常的使用其他的卷绕方法形成第一至第四检

  如能够使用在单线导体的周围覆盖了由漆料构成的绝缘层的漆包线等磁导线。另外，使第

  磁性环3由磁性体(强磁性体)构成，形成为中空圆筒状。磁性环3以覆盖第一至第

  当驱动部12在接点a、b之间施加了交流电压时，由于该交流电压而在第一至第四

  阻抗(电感)相等，因此检测部13检测出的电压为零。另一方面，当对检测轴部21沿周向赋予

  了转矩时，相对于检测轴部21的轴向而倾斜的方向的磁导率变化，伴随该磁导率的变化在

  检测轴部21产生的感应电流(涡电流)和因该感应电流而产生的磁场发生明显的变化，第一至第四

  轴部21的轴向朝相反方向倾斜，因此当对检测轴部21赋予了转矩时，一方的阻抗(电感)增

  检测部13检测出的电压根据检测轴部21被赋予的转矩的大小而变化，因此，能够

  基于检测部13检测出的电压来检测磁致伸缩材料2被赋予的转矩。由于检测部13检测出的

  电压是交流电压，所以在检测部13中，为了去除同相成分而仅检测差动成分，根据通过差动

  放大电路对接点c、d间的电压进行放大并且进行检波后的信号，来检测磁致伸缩材料2被赋

  在此，对驱动部12的优选交流励磁的频率进行研究。如上所述，通过对磁致伸缩材

  料2的表面实施喷丸硬化，磁致伸缩材料2的表面的非磁性区域减少，磁性区域增大，能够使

  赋予了应力时的磁导率的变化变大以此来实现灵敏度的提高，并且减少塑性变形，减少由应

  力变动引起的滞后以此来实现测定误差的降低，实现测定精度的提高。但是，喷丸硬化的效果

  随着从磁致伸缩材料2的表面往内部去而变小。如图5所示，喷丸硬化的有效深度d(距离磁

  致伸缩材料2表面的深度)有限，在比其深的区域，得不到基于喷丸硬化的特性改善效果。

  即，在磁通进入到比喷丸硬化的有效深度d更深的区域的条件下，无法充分得到喷丸硬化带

  来的特性改善的效果。在图1B及图2中，用附图标记2a表示喷丸硬化的有效区域。在此，关于

  有效深度d，在本发明中，设为由于喷丸硬化导致的马氏体相变诱发而使奥氏体减少至10％

  另一方面，在进行交流励磁时，若频率足够高，则由于表皮效应使得磁通通过的区

  域仅停留在磁致伸缩材料2的表面附近。具体而言，若将磁致伸缩材料2的磁导率设为μ，将

  磁致伸缩材料的电阻率设为ρ(Ω·m)，将频率设为f(Hz)，则该表皮效应厚度D(m)由下式

  由此，在驱动部12中，构成为以式(1)的表皮效应厚度D为喷丸硬化的有效深度d以

  下的频率f进行交流励磁，由此能够抑制磁通进入到比喷丸硬化的有效深度d更深的区域，

  例如，作为喷丸硬化的条件，当使用粒径0 .6mm以上且洛氏硬度60以上的喷丸材

  料，并使喷射压力为0.4MPa以上，使喷射时间为2分钟以上时，喷丸硬化的有效深度d大致为

  100μm～200μm左右。关于喷丸硬化的有效深度d，例如在“圧力技術”(第41卷第五号、P19～

  28)、“日本金属学会”(第70卷第五号、2006年、P415～419)中也有记载，设为200μm左右。

  因此，更优选驱动部12以表皮效应厚度D为200μm以下的频率f进行交流励磁。在使

  用铬钢作为磁致伸缩材料2的情况下，相对磁导率μ约为100，电阻率ρ为0.2～1.0μΩ·m左

  右，因此为了使表皮效应厚度D为喷丸硬化的有效深度d以下(在此为200μm以下)，需要将频

  率f设为50kHz以上，若考虑相对磁导率μ、电阻率ρ的偏差，则优选将频率f设为100kHz以上。

  态，因此当过于提高频率f，表皮效应厚度D变得非常小时，受到粗糙的表面的影响，有可能

  导致测定精度降低。因此，在本实施方式中，以表皮效应厚度D比磁致伸缩材料2(检测轴部

  21)的表面的算术平均粗糙度Ra大的频率进行交流励磁的方式构成了驱动部12。即，如图5

  所示，优选将驱动部12进行交流励磁的频率f设为该表皮效应厚度D满足下式(2)的条件的

  当磁致伸缩材料2的表面的算术平均粗糙度Ra过大时，即使使表皮效应厚度D比算

  术平均粗糙度Ra足够大，测定精度也可能降低，因此优选磁致伸缩材料2的表面的算术平均

  粗糙度Ra为10μm以下。即，驱动部12可以以表皮效应厚度D大于10μm的频率进行交流励磁。

  另外，当表皮效应厚度D为与算术平均粗糙度Ra(或最大高度Rz)非常接近的值时，容易受到

  粗糙表面的影响，因此更优选构成驱动部12，以表皮效应厚度D为磁致伸缩材料2的表面的

  另外，作为表示表面粗糙度的参数，已知有最大高度Rz。该最大高度Rz表示从表面

  的最低部分到最高部分的高度差，比算术平均粗糙度Ra的值大。由此，为了更加不易受到粗

  糙表面的影响，可以说更优选驱动部12以表皮效应厚度D大于磁致伸缩材料2的表面的最大

  高度Rz的频率进行交流励磁。在本实施方式中，考虑相对磁导率μ、电阻率ρ的偏差，将频率f

  设为1MHz以下。这样，更优选驱动部12以100kHz以上1MHz以下的频率f进行交流励磁。

  此。例如，也可以如图6A所示的检测电路10a那样，将第一以及第二检测线，仅使用第三以及第四检测线个检测线。同样地，也可以将第

  设置在磁致伸缩材料2的周围。例如，可以在磁致伸缩材料2的周围仅设置第一以及第二检

  伸缩材料2的周围仅设置第二以及第四检测线。即，只要在磁致伸缩材料2的周围

  线例如可以与磁致伸缩材料2分开设置，设置在未被赋予外力(应力)的基准用的磁致

  如以上说明的那样，在第一实施方式的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路10中，

  驱动部12以表皮效应厚度D成为喷丸硬化的有效深度d以下的频率f进行交流励磁。由此，能

  够抑制磁通进入到比喷丸硬化的有效深度更深的区域，可提升磁致伸缩式转矩传感器1

  想。但是，以下的记载中的各附图标记等并不限于将保护范围中的构成要素具体地表示为

  [1]一种磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，其检测实施了喷丸硬化的磁致

  伸缩材料(2)被赋予的转矩，所述检测电路(10)具备：检测线)，其设置在所述磁致伸

  缩材料(2)的周围；以及驱动部(12)，其用于对所述检测线)进行交流励磁，构成为基

  于所述检测线)的电感的变化来检测所述磁致伸缩材料(2)被赋予的转矩，所述驱动

  部(12)以表皮效应厚度成为所述喷丸硬化的有效深度以下的频率进行交流励磁。

  [2]根据[1]所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，其中，所述驱动部

  [3]根据[1]或[2]所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，其中，所述驱动

  部(12)以表皮效应厚度比所述磁致伸缩材料(2)的表面的算术平均粗糙度Ra大的频率进行

  [4]根据[2]所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，其中，所述驱动部

  [5]根据[1]至[3]中的任意一项所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，

  其中，所述驱动部(12)以100kHz以上且1MHz以下的频率进行交流励磁。

  [6]根据[1]至[5]中的任意一项所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，

  具备将4个所述检测线)桥接而成的桥接电路(14)，所述桥接电路(14)将第一及第二

  [7]根据[6]所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测电路(10)，所述磁致伸缩材料

  (2)具有在周向上被赋予转矩的检测轴部(21)，构成为所述第一以及第四检测线)以电流路径相对于所述检测轴部(21)的轴向向一个方向倾斜预定角度的方式设置在

  所述检测轴部(21)的周围，所述第二以及第三检测线)以电流路径相对于所述

  检测轴部的轴向向另一个方向倾斜所述预定角度的方式设置在所述检测轴部(21)的周围，

  [8]一种磁致伸缩式转矩传感器的检测的新方法，检测实施了喷丸硬化的磁致伸缩材

  料(2)被赋予的转矩，使用设置在所述磁致伸缩材料(2)周围的检测线)和以表皮效应

  厚度为所述喷丸硬化的有效深度以下的频率对所述检测线)进行交流励磁的驱动部

  (12)，基于所述检测线)的电感的变化来检测对所述磁致伸缩材料(2)赋予的转矩。

  [9]根据[8]所述的磁致伸缩式转矩传感器的检测的新方法，其中，所述磁致伸缩材料

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