CN105473991A - 扭矩传感器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的扭矩传感器单元，构成为利用两个磁性角度传感器(60、70)而能够对表示与扭矩对应的轴体(20)的扭转角度的两处的绝对旋转角进行高精度地检测，并使该轴体(40)的两端部(42a、42b)成为能够用于与其他装置的轴构成部件连接的外部露出部分。

Description

扭矩传感器单元
技术领域
本发明涉及用于测定轴所负载的扭矩所使用的扭矩传感器单元。
背景技术
以往，在车辆的转向装置等中利用非接触方式的扭矩传感器(例如，下述专利文献1)。作为非接触方式的扭矩传感器，有时使用两个能够检测绝对旋转角度的磁性角度传感器。这些磁性角度传感器分别与轴同心地配置。各角度传感器将各自的轴向位置的与上述旋转位移对应的绝对旋转角度转换成输出信号。在负载有扭矩的轴扭转时，在轴上存在产生相互不同的绕轴心的两处旋转位移。若将这两处旋转位移分别作为绝对旋转角度来检测，则它们的输出差表示轴的上述两处之间的扭转角度。在负载于轴的扭矩与该扭转角度之间存在基于轴的构造规格的相关性。因此基于上述输出差与已知的相关性，能够间接地测定负载于轴的扭矩。即，该方式的扭矩传感器能够称为将负载于轴的扭矩转换成上述两处的绝对旋转角度的检测器。
作为磁性角度传感器，存在具有至少一个磁传感器和至少一个磁铁的磁性角度传感器。该磁铁以产生与轴体的扭转角度对应的旋转位移的方式与轴体同心地配置。磁铁的磁场与其旋转位移对应地相对于磁传感器旋转。磁传感器将伴随着该磁场的旋转的磁通密度的变化转换成电信号。磁性角度传感器根据该电信号生成与绝对旋转角度对应的输出信号。
作为这样的磁性角度传感器的一个例子，能够列举出游标(vernier)型。游标型的磁性角度传感器具有：主尺磁铁，其由沿圆周方向排列的多个磁极对构成；副尺磁铁，其由与上述主尺磁铁呈同心圆状且以与上述多个磁极对不同的对数排列的磁极对构成；第一磁传感器，其对上述主尺磁铁的磁通密度进行检测；第二磁传感器，其对上述副尺磁铁的磁通密度进行检测(下述专利文献2、下述非专利文献1)。
另外，作为磁性角度传感器的其他例子，能够列举出上述第一磁性角度传感器以及上述第二磁性角度传感器分别具有：沿直径方向被磁化的圆筒形磁铁、对上述圆筒形磁铁的磁场的切线方向成分进行检测的第一磁传感器、以及对上述磁场的径向成分进行检测的第二磁传感器的例子(下述专利文献3)。
专利文献1：日本特开2006-282172号公报
专利文献2：欧洲专利申请公开公报EP1353151A1
专利文献3：日本专利第5059772号公报
非专利文献1：株式会社NTN、“ニュース”、“新技術情報”、“高度なモータ制御を可能にする『高精度磁気式角度センサ』を開発”、[online]、2010年4月14日、NTN株式会社、[2013年8月21日検索]、インターネット
<URL:http://www.ntn.co.jp/japan/news/news_files/new_products/news201000022.html>
磁性角度传感器基于磁传感器带来的磁通密度的检测结果来求出角度。因此磁铁与磁传感器的安装误差对绝对旋转角度的检测精度影响较大。因此为了高精度的角度检测而对磁铁与磁传感器的安装要求准确性。此外为了高精度地获得与扭矩对应的上述输出差，也要求决定两个磁性角度传感器的位置关系(同心性、轴向间隔)的安装精度。
然而，专利文献1那样的扭矩传感器在组装于其他装置时，需要与对其他装置的轴进行支承的轴承不同地将磁铁、磁传感器分别高精度地安装于其他装置的轴侧、静止侧，从而需要确保用于分别组装的空间。
发明内容
因此，本发明所要解决的课题在于将扭矩传感器容易地组装于其他装置。
为了实现上述课题，本发明的扭矩传感器单元，具备：第一滚动轴承，其具有第一内圈以及第一外圈；第二滚动轴承，其具有第二内圈以及第二外圈；外壳，其具有供所述第一外圈以及所述第二外圈嵌合的内周部；轴体，其具有：将所述第一内圈以及所述第二内圈分别固定为能够一体旋转的外周部、和朝向轴向且向外部露出的两端部；轴承限制机构，其对所述第一滚动轴承以及所述第二滚动轴承的轴向位置进行规定的限制；第一磁性角度传感器，其固定于所述第一滚动轴承，并将通过所述轴体的扭转而在所述第一内圈产生的绝对旋转角度转换成第一输出信号；以及第二磁性角度传感器，其固定于所述第二滚动轴承，并将通过所述扭转而在所述第二内圈产生的绝对旋转角度转换成第二输出信号。在本发明中，“轴向”是指沿着由第一滚动轴承以及第二滚动轴承支承于外壳的轴体的旋转中心轴的方向。
在具有内圈以及外圈的滚动轴承中，将磁性角度传感器的磁铁安装为与内圈一体地旋转，从而能够将磁传感器以相对于磁铁的位置不变化的方式安装于外圈。这样若将磁性角度传感器固定于滚动轴承，则借助赋予滚动轴承本身的内外圈的优异的定位性，能够预先良好地确保磁铁与磁传感器的安装精度。若利用两个滚动轴承将轴体支承于外壳，则能够将获得与轴体的扭转角度对应的输出差所需的两个磁性角度传感器分别固定于滚动轴承。通过两个内圈相对于轴体的外周部的固定以及两个外圈相对于外壳的内周部的嵌合，能够良好地确保两个滚动轴承的同心性，因此也能够预先良好地确保固定于上述滚动轴承的两个磁性角度传感器的同心性。此外，若通过轴承限制机构对两个滚动轴承的轴向位置进行规定的限制，则也能够预先良好地确保固定于上述滚动轴承的两个磁性角度传感器的轴向间隔。在负载有扭矩的轴体产生扭转的情况下，固定于外周部的各内圈与扭转对应地旋转，从而对应的磁铁也相同地旋转，且磁性角度传感器将该旋转的绝对旋转角度转换成输出信号。因此能够通过两个磁性角度传感器对表示与扭矩对应的轴体的扭转角度的两处的绝对旋转角进行检测。这样能够利用两个滚动轴承、轴体、外壳以及轴承限制机构预先以良好的精度确保磁性角度传感器的磁铁与磁传感器的安装以及两个磁性角度传感器的位置关系，并且成为一体地操作的单元，在该单元中，轴体的两端部朝向轴向且向外部露出，因此将这些端部适当地用于与其他装置的轴构成部件的连接，从而能够将轴体组装为其他装置的轴的一部分。即，本发明不存在与对其他装置的轴进行支承的轴承不同地将磁铁、磁传感器分别高精度地安装于其他装置的轴侧、静止侧的情况，因此能够将扭矩传感器容易地组装于其他装置。
附图说明
图1是表示本发明的扭矩传感器单元的第一实施例的半剖视图。
图2是表示本发明的扭矩传感器单元的第二实施例的半剖视图。
图3是表示第二实施例的主尺磁铁与副尺磁铁的磁极配置的主视图。
图4是表示本发明的扭矩传感器单元的第三实施例的半剖视图。
图5是表示第三实施例的圆筒形磁铁与两个磁传感器的位置关系的立体图。
具体实施方式
在本发明中优选的第一实施方式，上述第一磁性角度传感器相对于上述第一滚动轴承而位于上述第二滚动轴承侧，上述第二磁性角度传感器相对于上述第二滚动轴承而位于上述第一滚动轴承侧。根据第一实施方式，能够利用轴体的支承所需的两个滚动轴承的轴承间距而将两个磁性角度传感器配置于外壳的内侧。因此根据第一实施方式，即使确保相同的轴承间距，与将两个磁性角度传感器相对于两个滚动轴承配置于上述轴体的两端部侧的情况相比，也能够使扭矩传感器单元在轴向上小型化。
在本发明中优选的第二实施方式，上述轴承限制机构进行消除上述第一滚动轴承以及上述第二滚动轴承的轴内部间隙的预压。通过消除两个滚动轴承的轴承内部间隙，由此能够将磁传感器与磁铁之间的距离保持为恒定，因此角度检测的精度稳定。是否采用第二实施方式是与是否采用第一实施方式无关而能够决定的事项。
在本发明中，上述磁性角度传感器只要是如下的检测器即可，即：将与轴体的扭转对应的磁铁的旋转带来的磁通密度的变化转换成电信号，并根据该电信号转换成与绝对旋转角度对应的输出信号的检测器。
例如，在本发明中，能够采用上述第一磁性角度传感器以及上述第二磁性角度传感器分别具有：由沿圆周方向排列的多个磁极对构成的主尺磁铁、由与上述主尺磁铁呈同心圆状且以与上述多个磁极对不同的对数排列的磁极对构成的副尺磁铁、对上述主尺磁铁的磁通密度进行检测的第一磁传感器、以及对上述副尺磁铁的磁通密度进行检测的第二磁传感器的例子。
另外，在本发明中，作为上述第一磁性角度传感器以及上述第二磁性角度传感器各磁性角度传感器，能够采用具有沿直径方向被磁化的圆筒形磁铁、对上述圆筒形磁铁的磁场的切线方向成分进行检测的第一磁传感器、以及对上述磁场的径向成分进行检测的第二传感器的磁性角度传感器。
实施例
作为本发明的一个实施例，基于附图对第一实施例的扭矩传感器单元(以下，称为“该扭矩传感器单元支架”)进行说明。如图1所示，该扭矩传感器单元具备：第一滚动轴承10、第二滚动轴承20、外壳30、轴体40、轴承限制机构50、第一磁性角度传感器60以及第二磁性角度传感器70。磁性角度传感器60固定于滚动轴承10。磁性角度传感器70固定于滚动轴承20。
滚动轴承10、20分别具有内圈11、21、外圈12、22以及夹设于内外圈之间的多个滚动体13、23。对滚动轴承10本身、滚动轴承20本身赋予内外圈11、12、内外圈21、22的定位性。即，外圈12相对于内圈11的允许位移的极限由设定于滚动轴承10的轴向以及径向的轴承内部间隙决定。外圈22相对于内圈21的允许位移的极限也同样由滚动轴承20的轴承内部间隙决定。在该扭矩传感器单元中，滚动轴承10、20被统一为相同规格的球轴承。另外，滚动轴承10、20分别成为非分离型轴承。
外壳30具有内周部31。第一外圈12以及第二外圈22嵌合于内周部31。
轴体40具有与外壳30的内周部对置的外周部41。第一内圈11以及第二内圈21分别以能够一体旋转的方式固定于外周部41。滚动轴承10、20夹设于内周部31以及外周部41之间，将轴体40支承于外壳30。滚动轴承10、20各自的轴承中心轴、外周部41以及内周部31设定为同心。
通过内圈11的嵌合面与外周部41的嵌合面41a之间的过盈量来实现内圈11根据轴体40的扭转而与外周部41的嵌合面41a一体地旋转的固定。通过内圈21的嵌合面与外周部41的嵌合面41b之间的过盈量来实现内圈21根据轴体40的扭转而与外周部41的嵌合面41b一体地旋转的固定。
另外，轴体40在外周部41的两侧具有端部42a、42b。上述两个端部42a、42b中一方的端部42a朝向轴向一方且向外部露出，另一方的端部42b朝向与轴向一方相反的另一方且向外部露出。两个端部42a、42b适当地用于与其他装置的轴构成部件101、102的连接。通过连接，轴体40与轴构成部件101、102同轴地构成其他装置的轴，通过轴构成部件101、102负载有扭矩，从而产生与该扭矩对应的扭转。例如，当在专利文献1的转向装置中采用该扭矩传感器单元的情况下，轴体40相当于“扭杆”，轴构成部件101相当于“转向轴”，轴构成部件102相当于“小齿轮轴”。
轴承限制机构50对滚动轴承10以及滚动轴承20的轴向位置进行规定的限制。该限制能够通过形成于轴体40的环形槽51a、51b、嵌合于环形槽51a、51b的挡圈52a、52b、通过螺纹紧固而固定于外壳30的盖53a、53b、形成于外壳30的肩54a、54b、以及夹设于盖53a、53b的一方与外圈12、22的一方之间的预压力产生源55来实现。
轴承限制机构50进行消除滚动轴承10以及滚动轴承20的轴承内部间隙的预压。预压力产生源55由以压缩状态组装于盖53a、53b的一方与外圈12、22的一方之间的弹性伸缩部构成。预压力产生源55的弹性回弹力作用为将由轴承限制机构50的其他的构成要素沿轴向限制的滚动轴承10、20的外圈12、22向轴向按压的力，从而实现消除滚动轴承10、20的轴承内部间隙的定位预压。弹性伸缩部例如能够由一个或多个波形垫圈或者多个螺旋弹簧构成。
磁性角度传感器60、70分别利用一个以上磁传感器元件62、72，将与轴体40的扭转对应的一个以上的磁铁61、71的旋转带来的磁通密度的变化转换成电信号，并根据该电信号转换成与内圈11、21的绝对旋转角度对应的第一输出信号、第二输出信号。在该扭矩传感器单元中，磁性角度传感器60、70被统一为相同规格的绝对编码器。磁铁61、71固定于与轴承中心轴C同心的环状的磁铁支架63、73。磁铁61、71通过将磁铁支架63、73强制嵌合于内圈11、21，而与内圈11一体地旋转，并且以相对于内圈11不沿轴向移动的方式安装于内圈11。磁传感器元件62、72固定于电路基板64、74。电路基板64、74固定于与轴承中心轴C同心的环状的传感器罩65、75。传感器罩65、75具有：与轴承中心轴C同心的环状的磁屏蔽体、和固定于磁屏蔽体的内侧的绝缘基座。电路基板64、74固定于绝缘基座。磁传感器元件62、72通过将传感器罩65、75强制嵌合于外圈12、22，而以相对于对应的磁铁61、71的位置不变化的方式安装于外圈12、22。通过上述的磁铁61、71相对于内圈11、21的安装和磁传感器元件62、72相对于外圈12、22的安装，能够实现将磁性角度传感器60、70固定于滚动轴承10、20。
滚动轴承10、20分别成为一侧密封型轴承，在未附着密封件14、24的一侧固定有磁性角度传感器60、70。传感器罩65、75与磁铁支架63、73作为迷宫式密封件发挥功能。
磁性角度传感器60相对于滚动轴承10位于滚动轴承20侧。磁性角度传感器70相对于滚动轴承20位于滚动轴承10侧。因此该扭矩传感器单元如图所示，利用轴体40的支承所需的两个滚动轴承10、20的轴承间距而将磁性角度传感器60、70配置于外壳30的内侧，从而能够在轴向上小型化。也能够与图示例不同，将密封件14、24与磁性角度传感器60、70变更为相反侧，但在进行该变更的情况下，会进一步增大磁性角度传感器60、70的轴向间隔，因而外壳30的轴向宽度也增大。
如上所述，通过基于轴承内部间隙赋予滚动轴承10、20本身的内外圈11、21、12、22的优异的定位性，由此能够预先良好地确保磁铁61、71与磁传感器元件62、72的安装精度。另外，通过两个内圈11、21相对于轴体40的外周部41的固定以及两个外圈12、22相对于外壳30的内周部31的嵌合，能够良好地确保两个滚动轴承10、20的同心性，因此也能够预先良好地确保固定于这些滚动轴承10、20的磁性角度传感器60、70的同心性。此外，通过轴承限制机构50对两个滚动轴承10、20的轴向位置进行规定的限制，因此也能够预先良好地确保固定于上述滚动轴承10、20的磁性角度传感器60、70的轴向间隔。在负载有扭矩的轴体40产生扭转的情况下，固定于外周部41的各内圈11、21分别与在嵌合面41a、嵌合面41b出现的扭转对应地旋转。对应的磁铁61、71也相同地旋转，从而磁性角度传感器60、70将该旋转的绝对旋转角度转换成第一输出信号、第二输出信号。因此该扭矩传感器单元能够通过两个磁性角度传感器60、70对表示与扭矩对应的轴体40的扭转角度的两处绝对旋转角进行检测。这样，该扭矩传感器单元通过滚动轴承10、20、轴体40、外壳30以及轴承限制机构50，预先以良好的精度确保磁性角度传感器60、70的磁铁61、71与磁传感器元件62、72的安装以及两个磁性角度传感器60、70的位置关系，并且成为安装为一体的单元，在该单元中，轴体40的两端部42a、42b朝向轴向且向外部露出，因此将上述端部42a、42b适当地用于与其他装置的轴构成部件101、102的连接，从而能够将轴体40组装为其他装置的轴的一部分。因此该扭矩传感器单元不存在与对其他装置的轴进行支承的轴承不同地将磁铁、磁传感器分别高精度地安装于其他装置的轴侧、静止侧的情况，因此能够将扭矩传感器容易地组装于其他装置。
电路基板64、74与运算处理装置200利用电缆66、76连接。电缆66、76用于磁性角度传感器60、70的输入输出。磁性角度传感器60的上述第一输出信号、磁性角度传感器70的上述第二输出信号通过电缆66、76输入运算处理装置200。运算处理装置200根据第一输出信号和第二输出信号而求出磁性角度传感器60、70的输出差。运算处理装置200保持存储表201。存储表201成为以在轴体40无扭矩负载时的磁性角度传感器60、70的输出差为基准，使负载于轴体40的扭矩值与磁性角度传感器60、70的输出差相关联的构造。该扭矩的大小与磁性角度传感器60、70的输出差的相关性能够通过试验而预先确定。运算处理装置200根据上述求出的磁性角度传感器60、70的输出差并参照表201，从而能够求出与该输出差相关联的扭矩值。例如，在运算处理装置200为车辆的ECU那样的其他装置的控制处理部的情况下，能够基于上述求出的扭矩值进行转向装置的马达控制。另外，在运算处理装置200为扭矩仪的信号处理部的情况下，能够进行显示上述求出的扭矩值的输出控制。
另外，轴承限制机构50只要能够在两个磁性角度传感器60、70的轴向间隔不妨碍轴体40的扭转角度检测的范围内，限制滚动轴承10以及滚动轴承20的轴向位置，则能够适当地采用公知的轴承安装构造。另外，只要将轴体40沿径向以及两个方向(图中左右的两个方向)的轴向支承于外壳30而作为扭矩传感器单元来一体地操作，则轴承限制机构50、滚动轴承10、20的规格不限，也不需要将两个轴承统一为相同规格。为了提高轴体40的支承性能，也可以增加其他滚动轴承。
另外，该扭矩传感器单元通过消除滚动轴承10、20的轴承内部间隙的轴承限制机构50的预压，从而能够将磁传感器元件62、72与磁铁61、71之间的距离保持为恒定，因此角度检测的精度稳定。
另外，在使轴承限制机构50具有预压功能的情况下，只要能够消除轴承内部间隙，则能够采用适当的预压构造。只要处于该扭矩传感器单元的允许使用范围内，则即使因温度变化等而产生轴体40、外壳30的伸缩，也优选将轴承内部间隙保持为0或负的状态。只要不妨碍磁性角度传感器60、70的检测，则也能够采用不具有预压功能的轴承限制机构。
第二实施例与第一实施例的不同点在于：代替第一实施例所示的两个磁性角度传感器的每一个而采用其他例子的磁性角度传感器。以下，仅叙述不同点。如图2、图3所示，第二实施例的磁性角度传感器300具有：主尺磁铁301、副尺磁铁302、第一磁传感器303以及第二磁传感器304。主尺磁铁301由沿圆周方向排列的多个磁极对构成。副尺磁铁302由与主尺磁铁301呈同心圆状且以与上述多个磁极对不同的对数排列的磁极对构成。对于主尺磁铁301、副尺磁铁302中的一方，在将由一个N极和一个S极构成的磁极对的个数设为N时，对于另一方，则将磁极对的个数设为N-1或N+1，由此能够实现游标的原理。磁传感器303检测主尺磁铁301的磁通密度。磁传感器304检测副尺磁铁302的磁通密度。磁传感器303、304分别成为阵列元件305的构成要素。阵列元件305在与电路基板306一同插入树脂壳体307内后被树脂模制，从而该树脂壳体307经由金属壳体308固定于外圈12。主尺磁铁301以及副尺磁铁302由一个圆环状成形体构成，并固定于芯铁309。芯铁309固定于内圈11的外径面。磁传感器303、304分别配置于与主尺磁铁301、副尺磁铁302相对的位置。
在主尺磁铁301与内圈11一体地旋转时，主尺磁铁301的磁场对于磁传感器303而言成为磁通密度与内圈11的旋转位移对应地呈正弦波状变化的第一磁信号。此时，同样一体旋转的副尺磁铁302的磁场对于磁传感器304而言成为磁通密度与内圈11的旋转位移对应地以周期比上述第一磁信号短的正弦波状变化的第二磁信号。磁传感器303将第一磁信号转换成电的传感器信号。磁传感器304将第二磁信号转换成电的传感器信号。磁传感器303、304的传感器信号之间的偏移量因内圈11的旋转位置而变化。根据该偏移量并使用专利文献2所公开的游标原理，能够高精度地求出旋转位置(角度)。即，磁性角度传感器300利用磁传感器303、304分别检测上述第一磁信号、第二磁信号，由此成为以两个磁信号的相位差对绝对旋转角度进行计算并将其输出的游标型。
另外，图示例将主尺磁铁301、副尺磁铁302的磁化面沿轴向构成，但将主尺磁铁301、副尺磁铁302形成圆环状，并在其外径面对两列的多极对进行磁化，从而在该相对的位置配置磁传感器303、304，也能够沿径向配置磁化面和磁传感器303、304。
第三实施例与第一实施例、第二实施例的不同点在于，代替第一实施例、第二实施例表示的两个磁性角度传感器的每一个而采用其他例子的磁性角度传感器。以下仅叙述不同点。如图4、图5所示，第三实施例的磁性角度传感器400具有：沿直径方向被磁化的圆筒形磁铁401、对圆筒形磁铁401的磁场的切线方向成分(箭头X方向的成分)进行检测的第一磁传感器401、以及对上述磁场的径向(箭头Y方向的成分)进行检测的第二磁传感器402。
磁传感器402、403分别成为阵列元件404的构成要素。圆筒形磁铁401相对于沿直径方向具有各向异性而成形的圆筒状磁性体，N、S各一个极沿直径方向被磁化。磁传感器402、403配置为在实际上相同的位置与圆筒形磁铁401的外径面相对。
若圆筒形磁铁401与内圈11一体地旋转，则磁传感器402将圆筒形磁铁401的磁场的切线方向成分的变化转换成电的传感器信号。磁传感器403将圆筒形磁铁401的磁场的径向成分的变化转换成电的传感器信号。磁传感器402的传感器信号与磁传感器403的传感器信号成为偏移90°相位的正弦波形。阵列元件404根据上述两个传感器信号计算出切线，并计算其逆函数从而能够输出旋转角度位置。作为这样的磁性角度传感器400，例如能够采用专利文献3所公开的磁性角度传感器。
本发明的技术范围不限定于上述各实施方式，而是包含基于权利要求书记载的技术思想的范围内的全部变更。
附图标记说明：10、20…滚动轴承；11、21…内圈；12、22…外圈；30…外壳；31…内周部；40…轴体；41…外周部；42a、42b…两端部；50…轴承限制机构；51a、51b…环形槽；52a、52b…挡圈；53a、53b…盖；54a、54b…肩；55…预压力产生源；60、70、300、400…磁性角度传感器；61、71…磁铁；62、72…磁传感器元件；301…主尺磁铁；302…副尺磁铁；303、304、401、402…磁传感器；401…圆筒形磁铁。

Claims (5)

1.一种扭矩传感器单元，其特征在于，具备：
第一滚动轴承，其具有第一内圈以及第一外圈；
第二滚动轴承，其具有第二内圈以及第二外圈；
外壳，其具有供所述第一外圈以及所述第二外圈嵌合的内周部；
轴体，其具有：将所述第一内圈以及所述第二内圈分别固定为能够一体旋转的外周部、和朝向轴向且向外部露出的两端部；
轴承限制机构，其对所述第一滚动轴承以及所述第二滚动轴承的轴向位置进行规定的限制；
第一磁性角度传感器，其固定于所述第一滚动轴承，并将通过所述轴体的扭转而在所述第一内圈产生的绝对旋转角度转换成第一输出信号；以及
第二磁性角度传感器，其固定于所述第二滚动轴承，并将通过所述扭转而在所述第二内圈产生的绝对旋转角度转换成第二输出信号。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器单元，其特征在于，
所述第一磁性角度传感器相对于所述第一滚动轴承而位于所述第二滚动轴承侧，
所述第二磁性角度传感器相对于所述第二滚动轴承而位于所述第一滚动轴承侧。
3.根据权利要求1或2所述的扭矩传感器单元，其特征在于，
所述轴承限制机构进行消除所述第一滚动轴承以及所述第二滚动轴承的轴承内部间隙的预压。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的扭矩传感器单元，其特征在于，
所述第一磁性角度传感器以及所述第二磁性角度传感器分别具有：
主尺磁铁，其由沿圆周方向排列的多个磁极对构成；
副尺磁铁，其由与所述主尺磁铁呈同心圆状且以与所述多个磁极对不同的对数排列的磁极对构成；
第一磁传感器，其对所述主尺磁铁的磁通密度进行检测；以及
第二磁传感器，其对所述副尺磁铁的磁通密度进行检测。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的扭矩传感器单元，其特征在于，
所述第一磁性角度传感器以及所述第二磁性角度传感器分别具有：
圆筒形磁铁，其沿直径方向被磁化；
第一磁传感器，其对所述圆筒形磁铁的磁场的切线方向成分进行检测；以及
第二磁传感器，其对所述磁场的径向成分进行检测。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109313092A (zh) * 2016-06-15 2019-02-05 Ntn株式会社 转矩检测装置
CN116568995A (zh) * 2020-12-11 2023-08-08 马渊马达株式会社 旋转变压器

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6554938B2 (ja) * 2015-06-29 2019-08-07 日本精工株式会社 トルク測定装置付回転伝達装置
JP6550965B2 (ja) * 2015-06-29 2019-07-31 日本精工株式会社 トルク測定装置付回転伝達装置
JP6682931B2 (ja) * 2016-03-16 2020-04-15 日本精工株式会社 トルク測定装置付回転伝達装置
DE102016223910A1 (de) * 2016-12-01 2017-03-02 Audi Ag Radlageranordnung für ein Kraftfahrzeug
JP6477933B2 (ja) * 2017-04-25 2019-03-06 日本精工株式会社 回転角度検出装置及び回転角度検出方法
JP6899290B2 (ja) * 2017-09-08 2021-07-07 小倉クラッチ株式会社 トルク検出器
US11099243B2 (en) * 2017-11-10 2021-08-24 Massachusetts Institute Of Technology Differential magnetic load cells for compact low-hysteresis force and torque measurements
JP2020071063A (ja) * 2018-10-29 2020-05-07 大銀微系統股▲分▼有限公司Ｈｉｗｉｎ Ｍｉｋｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｒｐ． 回転軸部材のねじれ検出機構
JP7286090B2 (ja) * 2019-08-21 2023-06-05 多摩川精機株式会社 トルクセンサ用ホールｉｃ基板の固定構造
DE102019125801A1 (de) * 2019-09-25 2021-03-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Wälzlager mit Sensor und Antriebseinheit
DE102020117262A1 (de) * 2020-07-01 2022-01-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs
US11637482B2 (en) 2020-10-08 2023-04-25 Analog Devices International Unlimited Company Magnetic sensor system for motor control
DE102020133576A1 (de) * 2020-12-15 2022-06-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Lenkanordnung und Fahrzeug sowie Verfahren zum Bestimmen eines Lenkmomentes einer Lenkung
JP2023004407A (ja) * 2021-06-25 2023-01-17 株式会社小松製作所 作業機械の変速システム
SI26261A (sl) * 2021-10-26 2023-04-28 Rls Merilna Tehnika D.O.O. Magnetni dajalnik z dvema sledema

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5255567A (en) * 1990-06-30 1993-10-26 Nippon Densan Corporation Torque transducer
US20030145663A1 (en) * 1999-12-06 2003-08-07 David Heisenberg Device for measuring the angle and/or the angular velocity of a rotatable body and/or the torque acting upon said body
JP2010509604A (ja) * 2006-11-15 2010-03-25 アクチボラゲット エス ケイ エフ ステアリングコラムの軸におけるトルク検出装置
WO2012010507A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Tyco Electronics Amp Gmbh Device for measuring torque and angle of rotation with improved accuracy
CN103261842A (zh) * 2010-12-10 2013-08-21 株式会社捷太格特 旋转角度检测装置、扭矩检测装置和电动助力转向装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61111124A (ja) 1984-11-05 1986-05-29 Nobuyasu Hasebe Ｃｏ↓２とｓｏ↓２を含有するガスの脱硫方法
FR2612633B1 (fr) * 1987-03-17 1989-05-05 Alsthom Cgee Couplemetre a effet vernier
JPH0462444A (ja) * 1990-06-30 1992-02-27 Nippon Densan Corp トルクトランスデューサ
DE10041095B4 (de) * 1999-12-06 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Messung eines Winkels und/oder eines Drehmomentes eines drehbaren Körpers
EP1353151A1 (fr) * 2002-04-09 2003-10-15 Snr Roulements Capteur de position absolue à barrette d'éléments à effet hall
DE102004009839A1 (de) * 2004-02-28 2005-09-15 Zf Lenksysteme Gmbh Drehwinkelsensor
FR2893410B1 (fr) * 2005-11-15 2008-12-05 Moving Magnet Tech Mmt Capteur de position angulaire magnetique pour une course allant jusqu'a 360
JP4487988B2 (ja) * 2006-07-28 2010-06-23 株式会社ジェイテクト 電気式動力舵取装置
WO2009148014A1 (ja) * 2008-06-04 2009-12-10 Ntn株式会社 回転伝達装置
EP2457076A1 (en) * 2009-07-22 2012-05-30 Johnson Controls Technology Company Apparatus and method for determining clearance of mechanical back-up bearings of turbomachinery utilizing electromagnetic bearings
BE1019398A3 (nl) * 2010-07-02 2012-06-05 Atlas Copco Airpower Nv Compressorelement van een schroefcompressor.
FR2965347B1 (fr) * 2010-09-29 2015-04-03 Moving Magnet Tech Capteur de position ameliore
DE102012215085A1 (de) * 2012-08-24 2014-05-28 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Lagerring für ein Lager, insbesondere für ein Wälz- oder Gleitlager
US9004770B2 (en) * 2012-12-13 2015-04-14 Aktiebolaget Skf Sensor bearing assembly for a pulley

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5255567A (en) * 1990-06-30 1993-10-26 Nippon Densan Corporation Torque transducer
US20030145663A1 (en) * 1999-12-06 2003-08-07 David Heisenberg Device for measuring the angle and/or the angular velocity of a rotatable body and/or the torque acting upon said body
JP2010509604A (ja) * 2006-11-15 2010-03-25 アクチボラゲット エス ケイ エフ ステアリングコラムの軸におけるトルク検出装置
WO2012010507A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Tyco Electronics Amp Gmbh Device for measuring torque and angle of rotation with improved accuracy
CN103261842A (zh) * 2010-12-10 2013-08-21 株式会社捷太格特 旋转角度检测装置、扭矩检测装置和电动助力转向装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109313092A (zh) * 2016-06-15 2019-02-05 Ntn株式会社 转矩检测装置
CN109313092B (zh) * 2016-06-15 2021-05-11 Ntn株式会社 转矩检测装置
CN116568995A (zh) * 2020-12-11 2023-08-08 马渊马达株式会社 旋转变压器

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Publication number Publication date
JP2015055560A (ja) 2015-03-23
EP3045885A4 (en) 2016-09-21
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JP6059620B2 (ja) 2017-01-11
US9739672B2 (en) 2017-08-22

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