JP2024124757A - 磁歪式応力センサ及び磁歪式応力センシングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を検出可能な磁歪式応力センサ及び磁歪式応力センシングシステムを提供する。
【解決手段】磁歪特性を有する軸１０の周囲に配置される磁歪式応力センサ１００であって、軸１０の外周面に対向する端面１１１を一端に有すると共に他端に背面１１２を有する第１磁極部１１０と、軸１０の外周面に対向する端面１２１を一端に有すると共に他端に背面１２２を有する第２磁極部１２０と、第１磁極部１１０の背面１１２に近い部位と第２磁極部１２０の背面１２２に近い部位とを接続する巻線コア部１３０と、巻線コア部１３０に巻回される巻線部１４０と、を有するセンサ部を複数備え、複数のセンサ部は、軸１０の外周面に対向する面内において、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向と、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向とに設けられ、巻線部１４０により軸１０の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪式応力センサ及び磁歪式応力センシングシステムに関し、特に、軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を検出可能な磁歪式応力センサ及び磁歪式応力センシングシステムに関する。

軸の表面に磁歪特性を有する磁歪膜を設けておき、磁歪膜の磁歪特性を測定することにより、軸に作用する回転による応力を検出する磁歪式応力センサが知られている。この磁歪式応力センサは、軸心に対して＋４５度または－４５度の方向の巻線を有し、軸の周囲に設けられる。

磁歪膜を設けた軸に回転力を作用させると、軸表面の磁歪膜に歪みが生じ、ビラリ（Ｖｉｌｌａｒｉ）効果により磁歪膜の透磁率が変化する。このような磁歪膜の透磁率の変化に応じて、磁歪式応力センサの巻線のインピーダンスが変化する。この結果、磁歪式応力センサにおいて、軸に作用する回転による応力に応じたインピーダンス変化から検出信号を得ることができる。

この種の磁歪式応力センサは、特許文献１に記載されている。

特開２０２０－２０１１３５号公報

軸に対して回転力が作用しているとき、圧縮または伸張の力が軸に加わると、特許文献１に記載の磁歪式応力センサは、圧縮または伸長の応力を検出できず、回転による応力の測定に誤差を生じる要因になっていた。
よって、磁歪式応力センサにおいて、軸に加わる回転力だけでなく、軸に加わる圧縮及び伸張の力を回転力と区別して検出できることが望ましい。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を検出可能な磁歪式応力センサ及び磁歪式応力センシングシステムを提供することを目的とする。

この発明に係る磁歪式応力センサは、磁歪特性を有する軸の周囲に配置される磁歪式応力センサであって、軸の外周面に対向する端面を一端に有すると共に他端に背面を有する第１磁極部と、軸の外周面に対向する端面を一端に有すると共に他端に背面を有する第２磁極部と、第１磁極部の背面に近い部位と第２磁極部の背面に近い部位とを接続する巻線コア部と、巻線コア部に巻回される巻線部と、を有するセンサ部を複数備え、複数のセンサ部は、軸の外周面に対向する面内において、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向と、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向とに設けられ、巻線部により軸の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。

この発明に係る磁歪式応力センサにおいて、センサ部は、４５度間隔に８個設けられ、第１磁極部を中心として、巻線コア部が放射状に広がるように形成される。

この発明に係る磁歪式応力センサにおいて、８個のセンサ部の第１磁極部は、軸の外周面に対して垂直な方向に延伸する内筒面を有する中空体として、一体に形成される。

この発明に係る磁歪式応力センシングシステムは、上記の磁歪式応力センサと、磁歪式応力センサの少なくとも２個のセンサ部の巻線部に巻回された巻線部からの検出信号を処理する演算部と、を備え、演算部は、磁歪特性を有する軸の透磁率の変化に応じた巻線部のインピーダンス変化から、軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を検出する。

この発明に係る磁歪式応力センシングシステムにおいて、磁歪式応力センサを軸の周方向に複数備え、演算部は、軸に加わる圧縮または伸張の応力から、軸に加わる曲げの応力を検出する。

この発明に係る磁歪式応力センサにおいて、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向のセンサ部は、軸に加わる圧縮または伸張の応力に応じた軸の磁歪特性に応じた検出信号を出力し、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向のセンサ部は、軸に加わる回転による応力に応じた軸の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。よって、この発明に係る磁歪式応力センサによれば、軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力に応じた検出信号を出力することができる。
この発明に係る磁歪式応力センシングシステムは、演算部を備え、磁歪式応力センサから出力される検出信号により、軸に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を区別して検出することができる。

実施の形態１に係る磁歪式応力センサの構成を示す構成図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線における断面を示す断面図である。 実施の形態１に係る磁歪式応力センシングシステムを示す構成図である。 実施の形態１に係る磁歪式応力センサの変形例の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る磁歪式応力センサの変形例の構成を示す構成図である。 実施の形態２に係る磁歪式応力センサの構成を示す構成図である。 図６のＶII－ＶII線における断面を示す断面図である。 実施の形態２に係る磁歪式応力センシングシステムを示す構成図である。 実施の形態３に係る磁歪式応力センサの配置を示す配置図である。 実施の形態３に係る磁歪式応力センシングシステムを示す構成図である。

以下、本発明の磁歪式応力センサのステータ構造の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付している。

実施の形態１．
はじめに、実施の形態１における磁歪式応力センサ１００の基本的な構成について、図１と図２とを用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る磁歪式応力センサ１００の構成を示す構成図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面を示す断面図である。

図１において、磁歪式応力センサ１００は、主に、第１センサ部１００Ａと、第２センサ部１００Ｂとを備えている。第１センサ部１００Ａと第２センサ部１００Ｂとは、４５度の角度になるように、接続部１６０により接続されている。なお、本願明細書及び図面において、時計回り方向で角度を示すものとする。

第１センサ部１００Ａには、第１磁極部１１０ａと、第２磁極部１２０ａと、巻線コア部１３０ａと、巻線部１４０ａとが設けられている。第２センサ部１００Ｂには、第１磁極部１１０ｂと、第２磁極部１２０ｂと、巻線コア部１３０ｂと、巻線部１４０ｂとが設けられている。

第１センサ部１００Ａは、後述するように、軸１０の外周面に対向する面内において、軸１０の軸心に沿う方向に配置される。
第２センサ部１００Ｂは、軸１０の外周面に対向する面内において、軸１０の軸心に対して４５度の成分を含む方向に配置される。
ここで、軸心に対して４５度の成分を含む方向とは、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向であり、具体的には、軸心に対して４５度、１３５度、２２５度、３１５度のいずれかの方向である。

ここで、図２を参照して、軸１０と第１センサ部１００Ａとの関係を説明する。
軸１０は、内軸部１１の外周に磁歪部１２を有することにより磁歪特性を有している。具体的には、軸１０は、内軸部１１に磁歪部１２として磁歪膜またはコーティングを付与して形成されたものであってもよいし、磁歪部１２としての磁歪外被または磁歪外殻に内軸部１１を圧入したものであってもよい。
また、軸１０は、ここに示した以外の手法により磁歪特性を有するように構成されたものであってもよい。いずれにしても、磁歪式応力センサ１００の磁束が届く範囲に、軸１０に設けられた磁歪特性を有する部材を含む磁歪部１２が存在する構成であればよい。

第１センサ部１００Ａは以下のように構成されている。
第１磁極部１１０ａは、軸１０の外周面に対向する端面１１１ａを一端に有すると共に、他端に背面１１２ａを有する。第２磁極部１２０ａは、軸１０の外周面に対向する端面１２１ａを一端に有すると共に、他端に背面１２２ａを有する。巻線コア部１３０ａは、第１磁極部１１０ａの背面１１２ａに近い部位と第２磁極部１２０ａの背面１２２ａに近い部位とを接続するように設けられている。巻線部１４０ａは、励磁コイルと検出コイルとが巻線コア部１３０ａに巻回される。

図２中の矢印は、巻線部１４０ａに含まれる励磁コイルにより生成され、巻線コア部１３０ａ、第２磁極部１２０ａ、磁歪部１２、第１磁極部１１０ａを流れ、巻線部１４０ａに含まれる検出コイルにより検出される磁束を模式的に示している。
巻線部１４０ａのインピーダンスは、ビラリ効果による磁歪部１２の透磁率の変化に応じて変化する。
図２では第１センサ部１００Ａのみを示しているが、第２センサ部１００Ｂも同様の構成である。

ここで、図３を参照して磁歪式応力センシングシステム１について説明する。図３は、実施の形態１に係る磁歪式応力センシングシステム１を示す構成図である。
磁歪式応力センシングシステム１は、磁歪式応力センサ１００と、演算部２００とを備えている。磁歪式応力センサ１００には、第１センサ部１００Ａと、第２センサ部１００Ｂとが設けられている。

第１センサ部１００Ａの巻線コア部１３０ａは、軸１０の軸心に沿う方向に設けられている。このため、第１センサ部１００Ａの巻線部１４０ａは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。
第２センサ部１００Ｂの巻線コア部１３０ｂは、軸１０の軸心に対して４５度の方向に設けられている。このため、第２センサ部１００Ｂの巻線部１４０ｂは、軸１０に加わる回転による応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。

演算部２００は、第１センサ部１００Ａの巻線部１４０ａで得られる検出信号と、第２センサ部１００Ｂの巻線部１４０ｂで得られる検出信号とから、軸１０に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を区別して検出することができる。
磁歪式応力センシングシステム１は、以下の調整または校正を実行することが望ましい。具体的には、軸１０に圧縮のみを加えた状態、軸１０に伸張のみを加えた状態、軸１０に回転力のみを加えた状態、軸１０に圧縮と回転力を加えた状態、軸１０に伸張と回転力を加えた状態、のそれぞれで所望の応力の演算結果が得られるように、演算部２００を調整または校正しておくことが望ましい。これにより、各応力の測定誤差を軽減することが可能になる。
なお、本願明細書において「回転」とは、軸１０が実際に回転しているか、軸１０が静止しているか、軸１０が変形しているかを問わず、軸１０を回転させようとして、回転モーメントあるいはねじりモーメントが作用している状態を意味する。

磁歪式応力センサ１００の変形例について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る磁歪式応力センサ１００の変形例の構成を示す構成図である。図１に示す磁歪式応力センサ１００では、第１センサ部１００Ａと第２センサ部１００Ｂとを、接続部１６０により４５度の角度になるように接続していた。
これに対し、図４の磁歪式応力センサ１００では、第１センサ部１００Ａの第１磁極部１１０ａと第２センサ部１００Ｂの第１磁極部１１０ｂとを台形形状に構成し、台形形状の斜辺同士を接触させることで、第１センサ部１００Ａと第２センサ部１００Ｂとを４５度の角度になるように接続することができる。

磁歪式応力センサ１００の他の変形例について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１に係る磁歪式応力センサ１００の変形例の構成を示す構成図である。
図１に示す磁歪式応力センサ１００では、軸１０の軸心に沿う方向に配置される第１センサ部１００Ａと、軸心に対して４５度の成分を含む方向に配置される第２センサ部１００Ｂとにより構成されていた。
これに対し、図５に示す磁歪式応力センサ１００では、軸心に対して９０度に配置される第３センサ部１００Ｃと、軸心に対して４５度の成分を含む方向に配置される第２センサ部１００Ｂとにより構成されている。
ここで、第３センサ部１００Ｃの巻線部１４０ｃは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第１センサ部１００Ａからの検出信号とはインピーダンス変化が逆相になる検出信号を出力する。
よって、第１センサ部１００Ａを第３センサ部１００Ｃに置き換え、軸１０の軸心に垂直な方向の第３センサ部１００Ｃと、軸心に対して４５度の成分を含む方向の第２センサ部１００Ｂとにより、磁歪式応力センサ１００を構成することができる。

実施の形態２．
実施の形態２における磁歪式応力センサ１００の基本的な構成について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、実施の形態２に係る磁歪式応力センサ１００の構成を示す構成図である。図７は、図６のＶII－ＶII線における断面を示す断面図である。図７では、軸１０の軸心に沿う方向に設けられている第１センサ部１００Ａと第５センサ部１００Ｅとの断面を示している。図６及び図７において、図１及び図２と同一物には同一番号を付すことにより、重複した説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

磁歪式応力センサ１００は、主に、第１センサ部１００Ａ、第２センサ部１００Ｂ、第３センサ部１００Ｃ、第４センサ部１００Ｄ、第５センサ部１００Ｅ、第６センサ部１００Ｆ、第７センサ部１００Ｇ、及び第８センサ部１００Ｈを備えている。
第１センサ部１００Ａ～第８センサ部１００Ｈは、４５度毎の等角度間隔に設けられている。第１センサ部１００Ａ～第８センサ部１００Ｈは、第１磁極部１１０ａ～１１０ｈを中心に、第２磁極部１２０ａ～１２０ｈを外周に配置し、巻線コア部１３０ａ～１３０ｈを放射状に広がるように配置している。
第１磁極部１１０ａ～１１０ｈは、互いに接続されて、軸１０の外周面に対して垂直な方向に延伸する内筒面を有する中空体の輪状磁極部として一体に構成されている。輪状磁極部の内筒面は、外周面と同じ角筒面形状を図示しているが、円筒面形状であってもよい。この輪状磁極部は中空体であるため、渦電流が流れることはなく、渦電流による影響を受けにくくなっている。

ここで、図７を参照して、軸１０と、磁歪式応力センサ１００との関係を説明する。

第１センサ部１００Ａは、以下のように構成されている。第１磁極部１１０ａは、軸１０の外周面に対向する端面１１１ａを一端に有すると共に、他端に背面１１２ａを有する。第２磁極部１２０ａは、軸１０の外周面に対向する端面１２１ａを一端に有すると共に、他端に背面１２２ａを有する。巻線コア部１３０ａは、第１磁極部１１０ａの背面１１２ａに近い部位と第２磁極部１２０ａの背面１２２ａに近い部位とを接続するように設けられている。巻線部１４０ａは、励磁コイルと検出コイルとが 巻線コア部１３０ａに巻回される。

第５センサ部１００Ｅは、第１センサ部１００Ａと対照となる向きで、以下のように構成されている。第１磁極部１１０ｅは、軸１０の外周面に対向する端面１１１ｅを一端に有すると共に、他端に背面１１２ｅを有する。第２磁極部１２０ｅは、軸１０の外周面に対向する端面１２１ｅを一端に有すると共に、他端に背面１２２ｅを有する。巻線コア部１３０ｅは、第１磁極部１１０ｅの背面１１２ｅに近い部位と第２磁極部１２０ｅの背面１２２ｅに近い部位とを接続するように設けられている。巻線部１４０ｅは、励磁コイルと検出コイルとが巻線コア部１３０ｅに巻回される。

第１センサ部１００Ａにおいて、図７中の矢印は、巻線部１４０ａに含まれる励磁コイルにより生成され、巻線コア部１３０ａ、第２磁極部１２０ａ、磁歪部１２、第１磁極部１１０ａを流れ、巻線部１４０ａに含まれる検出コイルにより検出される磁束を模式的に示している。
第５センサ部１００Ｅにおいて、図７中の矢印は、巻線部１４０ｅに含まれる励磁コイルにより生成され、巻線コア部１３０ｅ、第２磁極部１２０ｅ、磁歪部１２、第１磁極部１１０ｅを流れ、巻線部１４０ｅに含まれる検出コイルにより検出される磁束を模式的に示している。
巻線部１４０ａと巻線部１４０ｅとのインピーダンスは、ビラリ効果による磁歪部１２の透磁率の変化に応じて変化する。図７では第１センサ部１００Ａと第５センサ部１００Ｅのみを示しているが、第２センサ部１００Ｂ、第３センサ部１００Ｃ、第４センサ部１００Ｄ、第６センサ部１００Ｆ、第７センサ部１００Ｇ、及び第８センサ部１００Ｈ、も同様の構成である。

ここで、図８を参照して磁歪式応力センシングシステム１について説明する。図８は、実施の形態２に係る磁歪式応力センシングシステム１を示す構成図である。
磁歪式応力センシングシステム１は、磁歪式応力センサ１００と、演算部２００とを備えている。磁歪式応力センサ１００には、第１センサ部１００Ａ、第２センサ部１００Ｂ、第３センサ部１００Ｃ、第４センサ部１００Ｄ、第５センサ部１００Ｅ、第６センサ部１００Ｆ、第７センサ部１００Ｇ、及び第８センサ部１００Ｈが設けられている。

第１センサ部１００Ａの巻線コア部１３０ａは、軸１０の軸心に沿う方向に設けられている。ここで、第１センサ部１００Ａの巻線部１４０ａは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた第１検出信号Ｓ１を出力する。

第２センサ部１００Ｂの巻線コア部１３０ｂは、軸１０の軸心に対して＋４５度の方向に設けられている。ここで、第２センサ部１００Ｂの巻線部１４０ｂは、軸１０に加わる回転による応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた第２検出信号Ｓ２を出力する。

第３センサ部１００Ｃの巻線コア部１３０ｃは、軸１０の軸心に対して＋９０度の方向に設けられている。ここで、第３センサ部１００Ｃの巻線部１４０ｃは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第１検出信号Ｓ１とはインピーダンス変化が逆相になる第３検出信号Ｓ３を出力する。

第４センサ部１００Ｄの巻線コア部１３０ｄは、軸１０の軸心に対して＋１３５度の方向に設けられている。ここで、第４センサ部１００Ｄの巻線部１４０ｄは、軸１０に加わる回転による応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第２検出信号Ｓ２とはインピーダンス変化が逆相になる第４検出信号Ｓ４を出力する。

第５センサ部１００Ｅの巻線コア部１３０ｅは、軸１０の軸心に沿う方向であって、巻線コア部１３０ａに対して＋１８０度の方向に設けられている。ここで、第５センサ部１００Ｅの巻線部１４０ｅは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第１検出信号Ｓ１とインピーダンス変化が同相、第３検出信号Ｓ３とインピーダンス変化が逆相になる第５検出信号Ｓ５を出力する。

第６センサ部１００Ｆの巻線コア部１３０ｆは、軸１０の軸心に対して＋２２５度の方向に設けられている。ここで、第６センサ部１００Ｆの巻線部１４０ｆは、軸１０に加わる回転による応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第２検出信号Ｓ２とインピーダンス変化が同相、第４検出信号Ｓ４とインピーダンス変化が逆相になる第６検出信号Ｓ６を出力する。

第７センサ部１００Ｇの巻線コア部１３０ｇは、軸１０の軸心に対して＋２７０度（－９０度）の方向に設けられている。ここで、第７センサ部１００Ｇの巻線部１４０ｃは、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第１検出信号Ｓ１とはインピーダンス変化が逆相、第３検出信号Ｓ３とはインピーダンス変化が同相、第５検出信号Ｓ５とはインピーダンス変化が逆相になる第７検出信号Ｓ７を出力する。

第８センサ部１００Ｈの巻線コア部１３０ｈは、軸１０の軸心に対して＋３１５度（－４５度）の方向に設けられている。ここで、第８センサ部１００Ｈの巻線部１４０ｈは、軸１０に加わる回転による応力に応じた磁歪部１２の磁歪特性に応じた検出信号として、第２検出信号Ｓ２とインピーダンス変化が逆相、第４検出信号Ｓ４とインピーダンス変化が同相、第６検出信号Ｓ６とインピーダンス変化が逆相になる第８検出信号Ｓ８を出力する。

演算部２００は、第１検出信号Ｓ１、第５検出信号Ｓ５、第３検出信号Ｓ３、及び第７検出信号Ｓ７について、インピーダンス変化が同相のものを平均し、インピーダンス変化が逆相のものの差分をとることで、各種の外乱やノイズの影響を受けにくい状態で、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力をより正確に検出できる。すなわち、演算部２００は、（Ｓ１＋Ｓ５）－（Ｓ３＋Ｓ７）の演算により、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力をより正確に検出できる。
そして、演算部２００は、第２検出信号Ｓ２、第４検出信号Ｓ４、第６検出信号Ｓ６、及び第８検出信号Ｓ８について、インピーダンス変化が同相のものを平均し、インピーダンス変化が逆相のものの差分をとることで、各種の外乱やノイズの影響を受けにくい状態で、軸１０に加わる回転による応力をより正確に検出できる。すなわち、演算部２００は、（Ｓ２＋Ｓ６）－（Ｓ４＋Ｓ８）の演算により、軸１０に加わる回転による応力をより正確に検出できる。
なお、事前に、軸１０に圧縮のみを加えた状態、軸１０に伸張のみを加えた状態、軸１０に回転力のみを加えた状態、軸１０に圧縮と回転力を加えた状態、軸１０に伸張と回転力を加えた状態、のそれぞれで所望の応力の演算結果が得られるように、演算部２００を調整または校正しておくことが望ましい。これにより、各応力の測定誤差を軽減することが可能になる。

実施の形態３．
実施の形態３における磁歪式応力センサ１００の基本的な配置について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態３に係る磁歪式応力センサ１００の配置を示す配置図である。図９において、図１と同一物には同一番号を付すことにより、重複した説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図９は、内軸部１１と磁歪部１２を有することにより磁歪特性を有する軸１０の断面と、軸１０の周囲に設けられた複数の磁歪式応力センサ１００の配置を示している。複数の磁歪式応力センサ１００として、磁歪式応力センサ１００＿１、磁歪式応力センサ１００＿２、磁歪式応力センサ１００＿３、及び磁歪式応力センサ１００＿４が軸の周囲に配置されている。

以下、図１０を参照して実施形態３の磁歪式応力センシングシステム１について説明する。図１０は、実施の形態３に係る磁歪式応力センシングシステム１を示す構成図である。
演算部２００は、磁歪式応力センサ１００＿１で得られる第１センサ信号、磁歪式応力センサ１００＿２で得られる第２センサ信号、磁歪式応力センサ１００＿３で得られる第３センサ信号、及び磁歪式応力センサ１００＿４で得られる第４センサ信号を処理する。ここで、第１センサ信号～第４センサ信号のそれぞれには、既に説明した複数の検出信号が含まれている。

演算部２００は、第１センサ信号、第２センサ信号、第３センサ信号、及び第４センサ信号を処理し、軸１０の圧縮または伸張の応力が一様であるか、差が存在しているかを判別する。
演算部２００は、軸１０の圧縮または伸張の応力に差が生じていれば、圧縮の応力が大きい方向に軸１０が曲がっていると判断し、または伸長の応力が大きい方向から曲げの力が加えられていると判断し、圧縮または伸張の応力から軸１０に加わる曲げの応力を検出する。

図９及び図１０では、４個の磁歪式応力センサ１００を軸１０の周囲に配置しているが、３個の磁歪式応力センサ１００を軸１０の周囲に配置することで、演算部２００は曲げの方向と曲げの応力を判定することができる。また、曲げの方向を予測できる場合は、２個の磁歪式応力センサ１００を軸の周囲に配置することで曲げの応力を区別して検出することができる。

［実施の形態により得られる効果］
以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センサ１００は、磁歪特性を有する軸１０の周囲に配置され、複数のセンサ部は、軸１０の外周面に対向する面内において、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向と、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向とに設けられ、巻線部１４０により軸１０の磁歪特性に応じた検出信号を出力する。これにより、磁歪式応力センサ１００は、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた検出信号と、軸１０に加わる回転による応力に応じた検出信号とを得ることができる。
よって、以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センシングシステム１は、磁歪式応力センサ１００と演算部２００とを備えており、演算部２００は、第１センサ部１００Ａで得られる検出信号から、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力を検出することができ、第２センサ部１００Ｂで得られる検出信号から、軸１０に加わる回転による応力を区別して検出することができる。

以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センサ１００において、第１センサ部１００Ａ～第８センサ部１００Ｈは、４５度の等角度間隔に８個設けられ、第１磁極部１１０ａ～１１０ｈを中心として、巻線コア部１３０が放射状に広がるように形成される。ここで、第１センサ部１００Ａ～第８センサ部１００Ｈは、軸１０の外周面に対向する面内において、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向と、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向とに設けられている。
これにより、磁歪式応力センサ１００は、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向の第１センサ部１００Ａ、第３センサ部１００Ｃ、第５センサ部１００Ｅ、及び第７センサ部１００Ｇにより、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力に応じた検出信号を得ることができる。そして、磁歪式応力センサ１００は、軸心に対して４５度の成分を含む方向の第２センサ部１００Ｂ、第４センサ部１００Ｄ、第６センサ部１００Ｆ、及び第８センサ部１００Ｈにより、軸１０に加わる回転による応力に応じた検出信号を得ることができる。
よって、以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センシングシステム１において、演算部２００は、軸心に沿う方向または軸心に垂直な方向の第１センサ部１００Ａ、第３センサ部１００Ｃ、第５センサ部１００Ｅ、第７センサ部１００Ｇからの検出信号について、インピーダンス変化が同相のものを平均し、インピーダンス変化が逆相のものの差分をとることで、各種の外乱やノイズの影響を受けにくい状態で、軸１０に加わる圧縮または伸張の応力をより正確に検出できる。
そして、以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センシングシステム１において、演算部２００は、軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向の第２センサ部１００Ｂ、第４センサ部１００Ｄ、第６センサ部１００Ｆ、及び第８センサ部１００Ｈからの検出信号について、インピーダンス変化が同相のものを平均し、インピーダンス変化が逆相のものの差分をとることで、各種の外乱やノイズの影響を受けにくい状態で、軸１０に加わる回転による応力をより正確に検出できる。

以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センサ１００において、第１センサ部１００Ａ～第８センサ部１００Ｈの第１磁極部１１０ａ～１１０ｈは、軸１０の外周面に対して垂直な方向に延伸する内筒面を有する中空体として一体に形成されている。ここで、第１磁極部１１０ａ～１１０ｈは、筒面を有する中空体であるため、中実体と比較して渦電流の影響を受けにくくなっている。

以上の実施の形態で説明した磁歪式応力センシングシステム１において、複数の磁歪式応力センサ１００を軸１０の周方向に備え、演算部２００は、複数の磁歪式応力センサ１００において検出される軸１０の圧縮または伸張の応力が不揃いである場合、圧縮の応力が大きい方向に軸１０が曲がっていると判断し、圧縮または伸張の応力から軸１０に加わる曲げの応力を区別して検出することができる。

その他の実施の形態１．
実施の形態１における磁歪式応力センサ１００の各種の変形例を以下に説明する。
実施の形態１に示した第１センサ部１００Ａと第２センサ部１００Ｂとを有する磁歪式応力センサ１００に、第３センサ部１００Ｃ～第８センサ部１００Ｈのうちのいずれか１個～５個を追加し、３個～７個のセンサ部を有する磁歪式応力センサ１００を構成することが可能である。
第２センサ部１００Ｂと第３センサ部１００Ｃとを有する磁歪式応力センサ１００に対しては、第１センサ部１００Ａ、第４センサ部１００Ｄ～第８センサ部１００Ｈのうちのいずれか１個～５個を追加し、３個～７個のセンサ部を有する磁歪式応力センサ１００を構成することが可能である。
演算部２００は、磁歪式応力センサ１００に含まれるセンサ部の個数及び位置に応じて、第１検出信号及び第２検出信号に対して、第３検出信号～第８検出信号のいずれかの差分または平均をとるように処理することで、各種の外乱やノイズの影響を受けにくい状態で、軸１０に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力をより正確に検出できる。

その他の実施の形態２．
実施の形態１における磁歪式応力センサ１００の変形例を以下に説明する。
実施の形態１において、第１センサ部１００Ａと第２センサ部１００Ｂとを、軸心に対して同じ角度を有する第３センサ部１００Ｃ～第８センサ部１００Ｈのいずれかに置き換えることが可能である。
具体的には、第１センサ部１００Ａを、第５センサ部１００Ｅに置き換えることができる。そして、第２センサ部１００Ｂを、第４センサ部１００Ｄ、第６センサ部１００Ｆ、第８センサ部１００Ｈのいずれかに置き換えることができる。
第２センサ部１００Ｂと第３センサ部１００Ｃとの組み合わせの場合も、第３センサ部１００Ｃを、第７センサ部１００Ｇに置き換えることができる。
この構成により、磁歪式応力センサ１００を軸１０の周囲に配置する際の周囲の構造物との接触を避けるようにして、任意のセンサ部を選択することが可能である。

なお、以上の各実施の形態における各構成要素について、上述した角度毎の枝番ａ～ｈの特定しない場合、第１磁極部を総称して第１磁極部１１０、第１磁極部１１０の端面を総称して端面１１１、第１磁極部１１０の背面を総称して背面１１２、第２磁極部を総称して第２磁極部１２０、第２磁極部１２０の端面を総称して端面１２１、第２磁極部１２０の背面を総称して背面１２２、巻線コア部を総称して巻線コア部１３０、巻線部を総称して巻線部１４０、と称する。

１ 磁歪式応力センシングシステム、１０ 軸、１１ 内軸部、１２ 磁歪部、１００，１００＿１，１００＿２，１００＿３，１００＿４ 磁歪式応力センサ、１００Ａ 第１センサ部、１００Ｂ 第２センサ部、１００Ｃ 第３センサ部、１００Ｄ 第４センサ部、１００Ｅ 第５センサ部、１００Ｆ 第６センサ部、１００Ｇ 第７センサ部、１００Ｈ 第８センサ部、１１０，１１０ａ～１１０ｈ 第１磁極部、１１１，１１１ａ，１１１ｅ 端面、１１２，１１２ａ，１１２ｅ 背面、１２０，１２０ａ～１２０ｈ 第２磁極部、１２１，１２１ａ，１２１ｅ 端面、１２２，１２２ａ，１２２ｅ 背面、１３０，１３０ａ～１３０ｈ 巻線コア部、１４０，１４０ａ～１４０ｈ 巻線部、１６０ 接続部、２００ 演算部。

Claims (5)

1. 磁歪特性を有する軸（10）の周囲に配置される磁歪式応力センサ（100）であって、
   前記軸（10）の外周面に対向する端面（111）を一端に有すると共に他端に背面（112）を有する第１磁極部（110）と、
   前記軸（10）の外周面に対向する端面（121）を一端に有すると共に他端に背面（122）を有する第２磁極部（120）と、
   前記第１磁極部（110）の前記背面（112）に近い部位と前記第２磁極部（120）の前記背面（122）に近い部位とを接続する巻線コア部（130）と、
   前記巻線コア部（130）に巻回される巻線部（140）と、
   を有するセンサ部を複数備え、
   複数の前記センサ部は、前記軸（10）の外周面に対向する面内において、軸心に沿う方向または前記軸心に垂直な方向と、前記軸心に対して＋４５度または－４５度の成分を含む方向とに設けられ、
   前記巻線部（140）により前記軸（10）の磁歪特性に応じた検出信号を出力する、
   磁歪式応力センサ。
2. 前記センサ部は、４５度間隔に８個設けられ、
   前記第１磁極部（110）を中心として、前記巻線コア部（130）が放射状に広がるように形成される、
   請求項１に記載の磁歪式応力センサ。
3. ８個の前記センサ部の前記第１磁極部（110）は、前記軸（10）の外周面に対して垂直な方向に延伸する内筒面を有する中空体として、一体に形成される、
   請求項２に記載の磁歪式応力センサ。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の磁歪式応力センサ（100）と、
   前記磁歪式応力センサ（100）の少なくとも２個の前記センサ部の前記巻線部（140）に巻回された前記巻線部（140）からの検出信号を処理する演算部（200）と、を備え、
   前記演算部（200）は、磁歪特性を有する前記軸（10）の透磁率の変化に応じた前記巻線部（140）のインピーダンス変化から、前記軸（10）に加わる圧縮、伸張、及び回転による応力を検出する、
   磁歪式応力センシングシステム。
5. 前記磁歪式応力センサ（100）を前記軸（10）の周方向に複数備え、
   前記演算部（200）は、
   前記軸（10）に加わる圧縮または伸張の応力から、前記軸（10）に加わる曲げの応力を検出する、
   請求項４に記載の磁歪式応力センシングシステム。