CN110114649A - 扭矩检测装置 - Google Patents

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佃和道
小笠原宏行
奥村雅
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Aisin AW Co Ltd
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Abstract

一种扭矩检测装置，在具有变速机构的动力传递装置中，检测与齿轮一体旋转的旋转轴的扭矩，其中，所述扭矩检测装置具有：第一编码器，具有第一被检测部，该第一编码器直接固定于旋转轴，以与旋转轴一体旋转；第二编码器，具有第二被检测部，该第二编码器直接固定于齿轮，以与齿轮一体旋转，并使第二被检测部接近第一被检测部；旋转位移检测传感器，检测第一被检测部以及第二被检测部的旋转位移。

Description

扭矩检测装置
技术领域
本发明涉及扭矩检测装置。
背景技术
以往，作为这种扭矩检测装置，提出了如下扭矩检测装置：在动力传递装置的变速机构的扭矩传递轴的内侧配置内轴，并且使扭矩传递轴的一端部和内轴的一端部以相互不能相对旋转的方式连接，将具有第一被检测部的第一编码器安装于扭矩传递轴的另一端部，将具有第二被检测部的第二编码器安装于内轴的另一端部，将第一、第二传感器的第一、第二检测部与第一、第二被检测部接近相对配置(例如，参照专利文献1)。在该扭矩检测装置中，基于与通过扭矩传递轴传递扭矩时的扭矩传递轴的两端部的弹性的扭转变形(第一、第二编码器的相对位移)对应的第一、第二传感器的输出信号的相位差比，来检测扭矩传递轴的扭矩。并且，在该扭矩传递装置中，通过在扭矩传递轴以及内轴的另一端侧分别安装第一、第二编码器，能够使传感器的安装操作性变良好，并且能够实现电线束的布线操作的简单化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-172563号公报
发明内容
然而，在上述的扭矩检测装置中，若想通过一个传感器以及第一、第二编码器检测扭矩传递轴中的相互分离的两点的扭转，则需要在扭矩传递轴的内侧设置内轴等用于检测扭矩的其他构件。
本发明的扭矩检测装置的主要目的在于，提供一种结构，在通过一个传感器以及第一、第二编码器检测旋转轴的扭矩的扭矩检测装置中，无需用于检测扭矩的其他构件。
为了达到上述的目的，本发明的扭矩检测装置采用如下技术方案。
本发明的扭矩检测装置，在具有变速机构的动力传递装置中，检测与齿轮一体旋转的旋转轴的扭矩，其中，
所述扭矩检测装置具有：
第一编码器，具有第一被检测部，该第一编码器直接固定于所述旋转轴，以与所述旋转轴一体旋转；
第二编码器，具有第二被检测部，该第二编码器直接固定于所述齿轮，以与所述齿轮一体旋转，并使所述第二被检测部接近所述第一被检测部；
旋转位移检测传感器，检测所述第一被检测部以及所述第二被检测部的旋转位移。
本发明的扭矩检测装置具有：第一编码器，具有第一被检测部，该第一编码器直接固定于旋转轴，以与旋转轴一体旋转；第二编码器，具有第二被检测部，该第二编码器直接固定于齿轮，以与齿轮一体旋转，并使第二被检测部接近第一被检测部；旋转位移检测传感器，检测第一被检测部以及第二被检测部的旋转位移。由此，在通过一个旋转位移检测传感器以及第一、第二编码器检测旋转轴的扭矩的装置中，无需用于检测扭矩的其他构件，详细地说，在旋转轴与第一编码器之间、在齿轮与第二编码器之间无需其他构件，因此，能够抑制扭矩检测装置甚至动力传递装置的大型化。
附图说明
图1是表示动力传递装置10的结构的概略的结构图。
图2是动力传递装置10的主要部分的放大图。
图3是扭矩检测装置50周围的放大图。
具体实施方式
接着，一边参照附图，一边说明用于实施本发明的方式。
图1是表示动力传递装置10的结构的概略的结构图。动力传递装置10构成为将来自发动机等动力产生源的动力向与驱动轮连接的驱动轴39传递的装置，具有无级变速机构20、齿轮机构30、差速齿轮(动作机构)37。
无级变速机构20具有作为驱动侧旋转轴的初级轴(第一轴)22、设置于初级轴22的初级带轮23、与初级轴22平行地配置的作为从动侧旋转轴的次级轴(第二轴)24、设置于次级轴24的次级带轮25、搭挂于初级带轮23的槽与次级带轮25的槽的传动带26、用于变更初级带轮23的槽宽的作为油压式促动器的初级缸27、用于变更次级带轮25的槽宽的作为油压式促动器的次级缸28。
初级轴22经由前进后退切换机构(省略图示)连接于与发动机等动力产生源(省略图示)连接的输入轴(省略图示)。初级带轮23具有：固定轮23a，与初级轴22一体形成；可动轮23b，经由滚动花键被初级轴22支撑为能够在轴向上自由滑动。次级带轮25具有：固定轮25a，与次级轴24一体形成；可动轮25b，经由滚动花键被次级轴24支撑为能够在轴向上自由滑动，并且被回位弹簧29沿轴向施力。
初级缸27形成于初级带轮23的可动轮23b的背后，次级缸28形成于次级带轮25的可动轮25b的背后。从油压控制装置向初级缸27和次级缸28供给动作油，以使初级带轮23和次级带轮25的槽宽变化。由此，能够对从动力产生源经由输入轴、前进后退切换机构传递至初级轴22的动力无级地变速并向次级轴24传递。并且，传递至次级轴24的动力经由齿轮机构30、差速齿轮37以及驱动轴39向左右的驱动轮传递。
齿轮机构30具有：中间驱动齿轮31，与次级轴24一体旋转；中间轴(第三轴)32，与次级轴24、驱动轴39平行地延伸，并且经由轴承被变速器箱体12支撑为能够自由旋转；中间从动齿轮33，固定于中间轴32，并且与中间驱动齿轮31啮合；驱动小齿轮(终减速驱动齿轮)34，与中间轴32一体形成或固定于中间轴32；差速器齿圈(终减速从动齿轮)35，与驱动小齿轮34啮合，并且与差速齿轮37连接。
图2是动力传递装置10的主要部分的放大图。如图所示，在次级轴24内形成有用于向变速器箱体12内的各部，例如，中间驱动齿轮31、轴承41、42等供给动作油的油路24o。构成次级缸28的缸构件28a通过形成于次级轴24的阶梯部24s和作为固定构件的螺母40固定于次级轴24。
中间驱动齿轮31形成为中空筒状，包括：大径筒状部311，具有与中间从动齿轮33的对应的齿轮齿啮合的多个外齿310；小径筒状部312、313，从大径筒状部311向轴向的次级带轮25侧以及其相反一侧延伸，并且直径比大径筒状部311的直径小。在大径筒状部311以及小径筒状部313的内周面形成有嵌合花键314。嵌合花键314与花键240嵌合，该花键240形成于次级轴24的与次级带轮25相反一侧的端部的外周面。即，嵌合花键314以及花键240作为嵌合部发挥作用。由此，中间驱动齿轮31与次级轴24一体旋转。此时，中间驱动齿轮31中的在内周面具有嵌合花键314的大径筒状部311以及小径筒状部313参与扭矩的传递，在内周面不具有嵌合花键314的小径筒状部312未参与扭矩的传递。中间驱动齿轮31的小径筒状部312、313经由轴承41、42被变速器箱体12支撑为能够自由旋转。
在这样构成的动力传递装置10中，通过扭矩检测装置50检测次级轴24的扭矩。图3是扭矩检测装置50周围的放大图。如图2、图3所示，扭矩检测装置50具有：第一编码器51，直接固定于次级轴24(不经由其他构件固定)，以与次级轴24一体旋转；第二编码器61，直接固定于中间驱动齿轮31(不经由其他构件固定)，以与中间驱动齿轮31一体旋转；旋转位移检测传感器70，检测第一、第二编码器51、61的旋转位移。
第一编码器51具有：环状的第一被检测部52；第一被固定部53，直接固定于次级轴24的外周面；第一延伸部54，从第一被固定部53延伸，并且固定有第一被检测部52。第一被检测部52沿外周面的周向交替地等间距地配置有N极和S极(例如，25个极对)，并且沿周向使磁特性交替地等间距地变化。该第一被检测部52以在从其径向观察与螺母40的至少一部分在轴向上重叠的方式固定于第一延伸部54。第一被固定部53形成为筒状，在次级轴24的轴向上的螺母40与中间驱动齿轮31之间被压入次级轴24。第一延伸部54具有：筒状的小径筒状部55，从第一被固定部53的次级缸28侧的端部(图3的左端部)向次级缸28侧(图3的左侧)延伸；环状的环状部56，从小径筒状部55的自由端部(图3的左端部)向径向外侧延伸；筒状的大径筒状部57，从环状部56的外周向次级缸28侧(图3的左侧)延伸，并且在外周面固定有第一被检测部52。在该第一编码器51中，在第一被固定部53被压入次级轴24时，环状部56与螺母40的端面抵接，由此，进行第一被检测部52的定位。
第二编码器61具有：环状的第二被检测部62；第二被固定部63，直接固定于中间驱动齿轮31的小径筒状部312(不参与扭矩的传递的部分)的外周面；第二延伸部64，从第二被固定部63向次级缸28侧(第一编码器51侧)延伸，并且固定有第二被检测部62。第二被检测部62与第一被检测部52相同构成。该第二被检测部62以在从其径向观察与第一被固定部53的至少一部分在轴向上重叠，并且与第一被检测部52接近(例如，在轴向上为数mm左右的间隔)的方式固定于第二延伸部64。第二被固定部63具有筒状的筒状部63a和从筒状部63a的自由端部(图3的左端部)向径向内侧延伸的环状的环状部63b。在该第二被固定部63中，筒状部63a被压入中间驱动齿轮31的小径筒状部312的次级缸28侧的端部，此时，环状部63b与小径筒状部312的端面抵接。此时，第二被固定部63从其径向观察与轴承41在轴向上重叠。第二延伸部64具有：筒状的小径筒状部65，从第二被固定部63的筒状部63a的环状部63b侧的端部(图3的左端部)向次级缸28侧(图3的左侧)延伸；环状的环状部66，从小径筒状部65的自由端部(图3的左端部)向径向外侧延伸；筒状的大径筒状部67，从环状部66的外周向次级缸28侧(图3的左侧)延伸，并且在外周面固定有第二被检测部62。在小径筒状部65形成有油孔65o。由此，能够将来自次级轴24侧的动作油经由油孔65o向轴承41供给。在该第二编码器61中，在筒状部63a被压入小径筒状部312的端部时，环状部63b与小径筒状部312的端面抵接，由此，进行第二被检测部62相对于中间驱动齿轮31的定位，在中间驱动齿轮31相对于次级轴24被定位时，进行第二被检测部62相对于第一被检测部52的定位。
旋转位移检测传感器70固定于变速器箱体，具有第一、第二检测部71、72。第一、第二检测部71、72具有霍尔元件、霍尔IC、MR元件等磁检测元件，并且与第一、第二编码器51、61的第一、第二被检测部52、62接近相对配置，根据第一、第二被检测部52、62的磁特性变化使输出信号变化。然后，将该输出信号经由电缆69向扭矩运算装置(未图示)发送，扭矩运算装置根据来自第一、第二被检测部52、62的输出信号运算次级轴24的扭矩。在通过次级轴24传递扭矩时，在次级轴24产生扭转。并且，次级轴24的扭转程度随着次级轴24的扭矩变大而变大。因此，若能够把握次级轴24中的固定有第一被固定部53的位置和中间驱动齿轮31中的固定有第二被固定部63的位置(次级轴24与中间驱动齿轮31的嵌合部)的扭转程度，则能够检测(推定)次级轴24的扭矩。在本实施方式中，扭矩运算装置通过将来自第一、第二被检测部52、62的矩形波的输出信号的上升或下降的相位差转换为次级轴24的扭矩，来检测次级轴24的扭矩。此外，这样检测出的次级轴24的扭矩用于使无级变速机构20的初级带轮23以及次级带轮25的槽宽变化时的油压控制等。
在本发明的扭矩检测装置50中，在次级轴24的轴向上的螺母40与中间驱动齿轮31之间将第一编码器51直接固定于次级轴24，并且将第二编码器61直接固定于中间驱动齿轮31的小径筒状部312(不参与扭矩的传递的部分)的次级轴24侧的端部。由此，在具有第一编码器51、第二编码器61以及旋转位移检测传感器70的扭矩检测装置50中，能够使第一编码器51和第二编码器61在扭矩的传递路径中分离，因此，能够检测次级轴24的扭转来检测次级轴24的扭矩。因此，由于无需设置用于检测次级轴24的扭矩的其他构件，从而能够抑制扭矩检测装置50甚至动力传递装置10的大型化。另外，通过这样构成扭矩检测装置50，能够在次级轴24的内侧设置油路24o。
而且，第一编码器51的第一被检测部52在从其径向观察与螺母40的至少一部分在轴向上重叠，第二编码器61的第二被检测部62从其径向观察与第一编码器51的第一被固定部53在轴向上重叠。由此，能够抑制扭矩检测装置50的配置所引起的次级轴24的轴长的增加。而且，第二被固定部63从其径向观察与轴承41在轴向上重叠。由此，能够进一步抑制次级轴24的轴长的增加。
而且，将这样检测出的次级轴24的扭矩用于使无级变速机构20的初级带轮23以及次级带轮25的槽宽变化时的油压控制等，因此，与不检测次级轴24的扭矩的结构相比，能够使传动带26的夹持压在传动带26不打滑的程度下进一步变低。即，无需如以往那样考虑比较大的余量来设定传动带26的夹持压，以便即使输出扭矩急剧变化，传动带26也不会打滑，因此，与以往相比，能够使夹持压变低。
在上述的扭矩检测装置50中，第一被检测部52从第一编码器51的第一被检测部52的径向观察与螺母40的至少一部分在轴向上重叠，并且第二被检测部62从第二编码器61的第二被检测部62的径向观察与第一编码器51的第一被固定部53在轴向上重叠。但是，并不限定于此，第一被检测部52也可以从第一被检测部52的径向观察与螺母40在轴向上不重叠。另外，第二被检测部62也可以从第二被检测部62的径向观察与第一编码器51的第一被固定部53在轴向上不重叠。
在上述的扭矩检测装置50中，第一编码器51在螺母40与中间驱动齿轮31之间固定于次级轴24，并且第二编码器61固定于中间驱动齿轮31的小径筒状部312。但是，并不限定于此，第一编码器51也可以在中间驱动齿轮31的与次级带轮25相反一侧固定于次级轴24，并且第二编码器61也可以固定于中间驱动齿轮31的小径筒状部313。
上述的扭矩检测装置50构成为具有第一编码器51、第二编码器61、旋转位移检测传感器70的磁式的装置。但是，若是能够检测转速差、旋转相位差的装置，也可以构成为例如光学式的装置。
上述的扭矩检测装置50检测无级变速机构20的次级轴(第二轴)24的扭矩。但是，并不限定于此，也可以检测中间轴(第三轴)52的扭矩或检测初级轴(第一轴)22的扭矩。
上述的动力传递装置10具有作为变速机构的无级变速机构20。但是，并不限定于此，也可以具有有级变速机构。
如上所述，本发明的扭矩检测装置(50)，在具有变速机构(20)的动力传递装置(10)中，检测与齿轮(31)一体旋转的旋转轴(24)的扭矩，其中，所述扭矩检测装置(50)具有：第一编码器(51)，具有第一被检测部(52)，该第一编码器(51)直接固定于所述旋转轴(24)，以与所述旋转轴(24)一体旋转；第二编码器(61)，具有第二被检测部(62)，该第二编码器(61)直接固定于所述齿轮(31)，以与所述齿轮(31)一体旋转，并使所述第二被检测部接近所述第一被检测部；旋转位移检测传感器(70)，检测所述第一被检测部(52)以及所述第二被检测部(62)的旋转位移。
本发明的扭矩检测装置具有：第一编码器，具有第一被检测部，该第一编码器直接固定于旋转轴，以与旋转轴一体旋转；第二编码器，具有第二被检测部，该第二编码器直接固定于齿轮，以与齿轮一体旋转，并使第二被检测部接近第一被检测部；旋转位移检测传感器，检测第一被检测部以及第二被检测部的旋转位移。由此，在通过一个旋转位移检测传感器以及第一、第二编码器检测旋转轴的扭矩的装置中，无需用于检测扭矩的其他构件，详细地说，在旋转轴与第一编码器之间、在齿轮与第二编码器之间无需其他构件，因此，能够抑制扭矩检测装置甚至动力传递装置的大型化。
在这样的本发明的扭矩检测装置中，在所述旋转轴(24)的外周面以及所述齿轮(31)的内周面上，在与所述第一编码器(51)在所述动力传递装置(10)的轴向上分离的位置形成有花键(240、314)，所述旋转轴(24)的所述花键(240)和所述齿轮(31)的所述花键(314)嵌合，所述齿轮(31)在所述轴向上的所述花键(314)与所述第一编码器(51)之间具有不参与扭矩的传递的非参与部(312)，所述第二编码器(61)直接固定于所述齿轮(31)的所述非参与部(312)。这样一来，能够使直接固定于旋转轴的第一编码器、直接固定于齿轮的第二编码器在扭矩传递路径上分离，因此，能够通过一个旋转位移检测传感器以及第一、第二编码器检测旋转轴的扭转来检测旋转轴的扭矩。因此，不需要其他构件，能够抑制扭矩检测装置甚至动力传递装置的大型化。在该情况下，所述非参与部(312)也可以经由轴承(41)被箱体(12)支撑为能够自由旋转。
在本发明的扭矩检测装置中，所述变速机构(20)为无级变速机构，该无级变速机构包括：初级轴(22)，具有初级带轮(23)；次级轴(24)，具有次级带轮(25)；传动带(26)，卷绕于所述初级带轮(23)和所述次级带轮(25)，所述齿轮(31)与所述次级轴(24)的与所述次级带轮(25)相反一侧的端部连接，所述旋转轴为所述次级轴(24)，所述第一编码器(51)在所述次级轴(24)的轴向上的所述次级带轮(25)与所述齿轮(31)之间直接固定于所述次级轴(24)，所述第二编码器(61)在所述轴向上的所述齿轮(31)的所述次级带轮(25)侧直接固定于所述齿轮(31)。这样一来，能够根据由扭矩检测装置检测出的实际扭矩来最合适地设定传动带的夹持压，因此，能够使传动带的夹持压在传动带不打滑的程度下进一步变低。即，无需如以往那样考虑比较大的余量来设定传动带的夹持压，以便即使输出扭矩急剧变化，传动带也不会打滑，因此，与以往相比，能够使夹持压变低。
在该情况下，所述无级变速机构(20)还具有：次级缸(28)，用于变更所述次级带轮(25)的槽宽；固定构件(40)，用于将构成所述次级缸(28)的缸构件(28a)固定于所述次级轴(24)，所述第一编码器(51)具有：第一被固定部(53)，在所述轴向上的所述固定构件(40)与所述齿轮(31)之间直接固定于所述次级轴(24)；第一延伸部(54)，从所述第一被固定部(53)向所述固定构件(40)侧延伸，并且将所述第一被检测部(52)以在从所述第一被检测部(52)的径向观察与所述固定构件(40)的至少一部分在所述轴向上重叠的方式固定于该第一延伸部，所述第二编码器(61)具有：第二被固定部(63)，直接固定于所述齿轮(31)；第二延伸部(64)，从所述第二被固定部(63)向所述第一编码器(51)侧延伸，并且将所述第二被检测部(62)以从所述第二被检测部(62)的径向观察与所述第一被固定部(53)的至少一部分在所述轴向上重叠的方式固定于该第二延伸部。这样一来，能够抑制扭矩检测装置的配置所引起的次级轴的轴长的增加。
在该情况下，所述齿轮(31)经由轴承(41)被箱体(12)支撑为能够自由旋转，从所述第二被固定部(63)的径向观察，所述第二被固定部(63)与所述轴承(41)的至少一部分在所述轴向上重叠。这样一来，能够进一步抑制次级轴的轴长的增加。
上面，说明了用于实施本发明的方式，但本发明并不限定于这样的实施方式，当然，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够以各种方式实施。
工业上的可利用性
本发明能够利用于扭矩检测装置的制造产业等。

Claims (6)

1.一种扭矩检测装置，在具有变速机构的动力传递装置中，检测与齿轮一体旋转的旋转轴的扭矩，其中，
所述扭矩检测装置具有：
第一编码器，具有第一被检测部，该第一编码器直接固定于所述旋转轴，以与所述旋转轴一体旋转；
第二编码器，具有第二被检测部，该第二编码器直接固定于所述齿轮，以与所述齿轮一体旋转，并使所述第二被检测部接近所述第一被检测部；
旋转位移检测传感器，检测所述第一被检测部以及所述第二被检测部的旋转位移。
2.如权利要求1所述的扭矩检测装置，其中，
在所述旋转轴的外周面以及所述齿轮的内周面上，在与所述第一编码器在所述动力传递装置的轴向上分离的位置形成有花键，所述旋转轴的所述花键和所述齿轮的所述花键嵌合，
所述齿轮在所述轴向上的所述花键与所述第一编码器之间具有不参与扭矩的传递的非参与部，
所述第二编码器直接固定于所述齿轮的所述非参与部。
3.如权利要求2所述的扭矩检测装置，其中，
所述非参与部经由轴承被箱体支撑为能够自由旋转。
4.如权利要求1～3中任一项所述的扭矩检测装置，其中，
所述变速机构为无级变速机构，该无级变速机构包括：初级轴，具有初级带轮；次级轴，具有次级带轮；传动带，卷绕于所述初级带轮和所述次级带轮，
所述齿轮与所述次级轴的与所述次级带轮相反一侧的端部连接，
所述旋转轴为所述次级轴，
所述第一编码器在所述次级轴的轴向上的所述次级带轮与所述齿轮之间直接固定于所述次级轴，
所述第二编码器在所述轴向上的所述齿轮的所述次级带轮侧直接固定于所述齿轮。
5.如权利要求4所述的扭矩检测装置，其中，
所述无级变速机构还具有：次级缸，用于变更所述次级带轮的槽宽；固定构件，用于将构成所述次级缸的缸构件固定于所述次级轴，
所述第一编码器具有：第一被固定部，在所述轴向上的所述固定构件与所述齿轮之间直接固定于所述次级轴；第一延伸部，从所述第一被固定部向所述固定构件侧延伸，并且将所述第一被检测部以在从所述第一被检测部的径向观察与所述固定构件的至少一部分在所述轴向上重叠的方式固定于该第一延伸部，
所述第二编码器具有：第二被固定部，直接固定于所述齿轮；第二延伸部，从所述第二被固定部向所述第一编码器侧延伸，并且将所述第二被检测部以从所述第二被检测部的径向观察与所述第一被固定部的至少一部分在所述轴向上重叠的方式固定于该第二延伸部。
6.如权利要求5述的扭矩检测装置，其中，
所述齿轮经由轴承被箱体支撑为能够自由旋转，
从所述第二被固定部的径向观察，所述第二被固定部与所述轴承的至少一部分在所述轴向上重叠。
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