TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentdetektor zum Detektieren eines Drehmoments in einer rotierenden Welle eines Motors oder eines Drehzahlminderers.The present invention relates to a torque detector for detecting a torque in a rotating shaft of an engine or a speed reducer.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Um ein Drehmoment in einer rotierenden Welle eines Motors zu detektieren, werden indirekte Detektionsvorrichtungen und direkte Detektionsvorrichtungen verwendet. Die indirekten Detektionsvorrichtungen umfassen eine Vorrichtung zum Schätzen eines Drehmoments aufgrund eines Stromwertes eines Motors und eine Vorrichtung zum Detektieren einer Kraft, die auf einen Stator eines Motors angewendet wird. Beide Vorrichtungen sind nicht ausreichend genau. Die indirekten Detektionsvorrichtungen umfassen ferner eine Vorrichtung, bei der ein Drehmomentwandler zwischen einer rotierenden Welle eines Motors und einer Last über eine Kupplung verbunden ist, um ein Drehmoment zu detektieren. Bei dieser Vorrichtung wird die Achssteifigkeit durch den Einbau der Kupplung verringert und die Position der rotierenden Welle des Motors, des Drehmomentwandlers und der Last müssen so genau eingestellt werden, dass sie in einer Linie miteinander angeordnet sind, was mühsame Arbeit erfordert.In order to detect a torque in a rotating shaft of an engine, indirect detection devices and direct detection devices are used. The indirect detection devices include a device for estimating a torque based on a current value of a motor and a device for detecting a force applied to a stator of an engine. Both devices are not sufficiently accurate. The indirect detection devices further include a device in which a torque converter is connected between a rotating shaft of a motor and a load via a clutch to detect a torque. In this device, the axle rigidity is reduced by the incorporation of the clutch and the position of the rotating shaft of the engine, the torque converter and the load must be set so as to be aligned with each other, which requires tedious work.
4 zeigt eine herkömmliche Konfiguration eines Drehmomentdetektors, eines Drehzahlminderers und eines Motors. Wie in 4 gezeigt, entspricht ein Drehmoment in einer Motorwelle 101, wenn ein Ausgangsdrehmoment eines Motors 104 durch die Verwendung eines Drehzahlminderers 103 vergrößert wird, nach dem Abbremsen nicht genau einem Ausgangsdrehmoment des Motors 104 aufgrund des Einflusses der Hysterese, die durch Reibung im Drehzahlminderer 103 erzeugt wird. Deswegen wirkt sich die Hysterese beim Detektieren eines Drehmoments durch einen Drehmomentdetektor 20, der mit einem distalen Ende der Motorwelle 101 verbunden ist, so stark aus, dass das Drehmoment nicht mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann. Zusätzlich sind der Motor 104, der Drehzahlminderer 103, die Motorwelle 101, eine Kupplung 105 und der Drehmomentdetektor 20 in einer Linie miteinander in einer axialen Richtung ausgerichtet, wodurch eine axiale Länge des Systems verlängert wird. Folglich ist eine solche herkömmliche Anordnung nicht für die Montage in einem Verbindungsabschnitt eines Mehr-Verbindungs-Roboters geeignet und deshalb ist seine Anwendung begrenzt. 4 shows a conventional configuration of a torque detector, a speed reducer and a motor. As in 4 shown corresponds to a torque in a motor shaft 101 when an output torque of a motor 104 through the use of a speed reducer 103 is increased, after braking not exactly an output torque of the engine 104 due to the influence of hysteresis caused by friction in the speed reducer 103 is produced. Therefore, the hysteresis affects a torque detector by detecting a torque 20 , which has a distal end of the motor shaft 101 is so strong that the torque can not be detected with high accuracy. In addition, the engine 104 , the speed reducer 103 , the motor shaft 101 , a clutch 105 and the torque detector 20 aligned in a line with each other in an axial direction, thereby extending an axial length of the system. Consequently, such a conventional arrangement is not suitable for mounting in a connecting portion of a multi-link robot, and therefore its application is limited.
Als eine Verbesserung, die an der herkömmlichen Konfiguration gemacht wurde, wird eine Erfindung offenbart, bei welcher ein Motor, ein Drehzahlminderer und ein Drehmomentdetektor als eine integrale Einheit konfiguriert sind.As an improvement made on the conventional configuration, an invention is disclosed in which a motor, a speed reducer, and a torque detector are configured as an integral unit.
Bei einem Drehzahlminderer mit integriertem Aktuator, offenbart in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4581543 , kann eine axiale Länge des Drehzahlminderers mit integriertem Aktuator geringfügig verkürzt werden, da ein flexibles Verzahnungselement eines Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderers in einem Spalt, der zwischen einem Stator und einem Rotor eines Motors definiert ist, angeordnet wird. Allerdings ist der Zusammenbau aufgrund der komplexen Konstruktion schwierig. Darüber hinaus fehlt in der japanischen Patentveröffentlichung eine detaillierte Beschreibung der Drehmomentdetektion und es wird angenommen, dass eine Vorrichtung verwendet wird, die eine magnetische Dehnung in einer rotierenden Welle detektiert. In diesem Fall wird der Widerstand gegen Torsionsermüdung und die Korrosion eines magnetischen Dehnungs-Plattierungsfilms ein Problem, das gelöst werden soll. Zusätzlich ist es schwierig, Detektionen mit hoher Genauigkeit weiter auszuführen, wenn eine kontinuierliche Last auf die rotierende Welle wirkt, da eine Kriechverformung in der rotierenden Welle selbst mit der Zeit induziert wird.In a speed reducer with integrated actuator, disclosed in the Japanese Patent Publication No. 4581543 For example, as a flexible gear member of a shaft gear speed reducer is disposed in a gap defined between a stator and a rotor of an engine, an axial length of the actuator-incorporated speed reducer can be slightly shortened. However, the assembly is difficult due to the complex construction. Moreover, a detailed description of torque detection is lacking in the Japanese Patent Publication, and it is considered that a device that detects a magnetic strain in a rotating shaft is used. In this case, the resistance to torsional fatigue and the corrosion of a magnetic strain plating film becomes a problem to be solved. In addition, it is difficult to further carry out detections with high accuracy when a continuous load acts on the rotating shaft, since creep deformation is induced in the rotating shaft itself with time.
Ein in JP-A-2013-215081 offenbartes hohles Antriebsmodul umfasst einen Motor, einen Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderer und einen Drehmomentdetektor, die in einer Linie zueinander ausgerichtet sind, und verwendet eine hohle rotierende Welle. Diese Konfiguration erleichtert die Verdrahtung von dem Drehmomentdetektor, der in eine Drehausgangswelle eingebunden ist. Jedoch wird bei dem Antriebsmodul mit der hohlen Welle, auch wenn die Verdrahtung von den Dehnungsmessstreifen in dem Drehmomentdetektor nach außen leicht herausgezogen werden kann, die hohle rotierende Welle in ihrer Anwendung begrenzt. Zusätzlich wird eine axiale Länge des Motors verlängert.An in JP-A-2013-215081 The disclosed hollow drive module includes a motor, a shaft gear reducer and a torque detector aligned in a line with each other and uses a hollow rotating shaft. This configuration facilitates the wiring of the torque detector, which is incorporated in a rotational output shaft. However, in the hollow shaft drive module, even if the wiring from the strain gauges in the torque detector can be pulled out easily, the hollow rotary shaft is limited in its application. In addition, an axial length of the motor is extended.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Bei dem Versuch, das Problem der Durchführung von hochgenauen Messungen, die mit der Miniaturisierung einer Drehmoment-Detektionssystem kompatibel sind, zu lösen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, insbesondere einen Drehmomentdetektor zu erhalten, dessen äußere Form in einer axialen Richtung eines Motors kurz ist.In an attempt to solve the problem of performing highly accurate measurements compatible with the miniaturization of a torque detection system, it is an object of the invention to provide, in particular, a torque detector whose external shape is short in an axial direction of an engine ,
Gemäß der Erfindung wird ein Drehmomentdetektor bereitgestellt, der eine rotierende Welle, die durch ein Gehäuse drehbar gelagert ist und die mit einem Motor oder einem Drehzahlminderer, der mechanisch mit dem Motor zur Energieabgabe verbunden ist, verbunden ist, ein Drehmomentdetektorelement, das an einem zu der rotierenden Welle gehörigen Dehnungsabschnitt befestigt ist, eine dreh-seitige Leiterplatte mit einer hohlen kreisartigen Scheibenform, die eine Detektionsschaltung zum Übertragen eines Detektionssignals von dem Drehmomentdetektorelement über eine kontaktlose Übertragungsvorrichtung umfasst und die an der rotierenden Welle befestigt ist, eine feststehend-seitige Leiterplatte, die an dem Gehäuse befestigt ist und die eine Ausgangsschaltung zum Empfangen des Detektionssignals von der Detektionsschaltung umfasst, um es nach außen auszugeben und eine Energieversorgungs-Schaltung zum Bereitstellen von von außen zu der Ausgangsschaltung zugeführten Energie, und einen Drehwandler, der von der Energieversorgungs-Schaltung versorgt wird, um die Detektionsschaltung in einer kontaktlosen Art und Weise zu versorgen, umfasst.According to the invention, there is provided a torque detector comprising a rotating shaft rotatably supported by a housing and connected to a motor or a speed reducer mechanically connected to the engine for discharging energy, a torque detecting element mounted on one of the motors rotating shaft belonging to the stretch section is attached, a rotary side circuit board having a hollow circular disc shape comprising a detection circuit for transmitting a detection signal from the torque detecting element via a non-contact transmission device and fixed to the rotary shaft, a fixed-side circuit board fixed to the housing and having an output circuit for receiving of the detection signal from the detection circuit for outputting it to the outside, and a power supply circuit for supplying power externally supplied to the output circuit, and a rotary transformer supplied from the power supply circuit, around the detection circuit in a non-contact manner to supply.
Zumindest ist der Drehwandler und/oder die dreh-seitige Leiterplatte vorzugsweise so angeordnet, dass dieser/diese den Dehnungsabschnitt in einer axialen Richtung der rotierenden Welle überlappt. Bevorzugterweise ist der Dehnungsabschnitt so positioniert, dass er zumindest von dem Drehwandler und/oder der dreh-seitigen Leiterplatte bedeckt ist.At a minimum, the rotary transducer and / or the rotary-side printed circuit board is preferably arranged to overlap the strain section in an axial direction of the rotary shaft. Preferably, the expansion portion is positioned to be covered by at least the rotary transducer and / or the rotary-side printed circuit board.
Die Detektion eines Drehmoments erfolgt vorzugsweise durch eine elektrische Schaltung, die einen Dehnungsmessstreifen umfasst.The detection of a torque is preferably carried out by an electrical circuit comprising a strain gauge.
Ein Sekundärkern und eine Sekundärspule des Drehwandlers, die auf der rotierenden Welle vorgesehen sind, sind vorzugsweise so konfiguriert, dass sie sich auf einem zylindrischen Element, das auf der rotierenden Welle positioniert ist, befinden.A secondary core and a secondary coil of the rotary transducer provided on the rotary shaft are preferably configured to be on a cylindrical member positioned on the rotary shaft.
VORTEIL DER ERFINDUNGADVANTAGE OF THE INVENTION
Gemäß dem Drehmomentdetektor der Erfindung ist die auf der drehenden Seite vorgesehene Detektionsschaltung mit dem auf der rotierenden Welle vorgesehenen Dehnungsmessstreifen verbunden, so dass ein ganz kleines Signal des Dehnungsmessstreifens direkt von der Detektionsschaltung verarbeitet werden kann, wodurch es möglich gemacht wird, die hochgenaue Detektion des Drehmoments mit der Miniaturisierung des Motors in Einklang zu bringen. Zusätzlich wird das Detektionssignal auf eine kontaktlose Art und Weise zwischen der Detektionsschaltung und der Ausgangsschaltung übertragen und empfangen, und in ähnlicher Weise wird die Detektionsschaltung auf eine kontaktlose Art und Weise versorgt, wodurch die Genauigkeit, mit der das Drehmoment gemessen wird, weiter verbessert wird.According to the torque detector of the invention, the detection circuit provided on the rotating side is connected to the strain gauge provided on the rotating shaft, so that a minute signal of the strain gauge can be directly processed by the detection circuit, thereby enabling the high-accuracy detection of the torque to reconcile with the miniaturization of the engine. In addition, the detection signal is transmitted and received in a non-contact manner between the detection circuit and the output circuit, and similarly, the detection circuit is supplied in a non-contact manner, whereby the accuracy with which the torque is measured is further improved.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 zeigt den Aufbau eines Hauptteils eines Drehmomentdetektors, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. 1 shows the structure of a main part of a torque detector, which represents an embodiment of the invention.
2 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau des Drehmomentdetektors zeigt, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. 2 Fig. 10 is a sectional view showing the structure of the torque detector which is an embodiment of the invention.
3 zeigt den Aufbau eines Hauptteils eines herkömmlichen Drehmomentdetektors. 3 shows the structure of a main part of a conventional torque detector.
4 zeigt eine herkömmliche Konfiguration eines Drehmomentdetektors und eines Drehzahlminderers und eines Motors. 4 shows a conventional configuration of a torque detector and a speed reducer and a motor.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 zeigt den Aufbau eines Hauptteils eines Drehmomentdetektors 1, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. In 1 sind einige Bauteile weggelassen und ein Teil der Bauteile, wie beispielsweise ein Sekundärkern 6 und ein zylindrisches Element 32, sind transparent dargestellt. Bei diesem Drehmomentdetektor 1 sind eine Konfiguration zum Detektieren eines Drehmoments und ein Drehzahlminderer in einer Einheit kombiniert. 1 shows the structure of a main part of a torque detector 1 which is an embodiment of the invention. In 1 Some components are omitted and a part of the components, such as a secondary core 6 and a cylindrical element 32 , are shown transparently. In this torque detector 1 For example, a configuration for detecting a torque and a speed reducer are combined in one unit.
Eine rotierende Welle 2 ist drehbar gelagert, überträgt die durch den Drehzahlminderer geminderte Energie und umfasst einen Dehnungsabschnitt 2a, der ein Drehmoment detektiert. Der Dehnungsabschnitt 2a ist an einem axial mittleren Abschnitt der rotierenden Welle 2 mit einem verringerten äußeren Durchmesser vorgesehen. Ein Dehnungsmessstreifen 30, der in einer elektrischen Schaltung als ein Beispiel für ein Drehmoment-Detektionselement enthalten ist, ist an einer Oberfläche des Dehnungsabschnitts 2a befestigt. Eine Lastseite der sich rotierenden Welle 2 ist mechanisch mit einer, nicht gezeigten, Lastvorrichtung verbunden und die rotierende Welle 2 und die Lastvorrichtung rotieren gemeinsam.A rotating shaft 2 is rotatably mounted, transmits the reduced by the speed reducer energy and includes a stretch section 2a which detects a torque. The stretch section 2a is at an axially middle portion of the rotating shaft 2 provided with a reduced outer diameter. A strain gauge 30 which is included in an electric circuit as an example of a torque detecting element is on a surface of the extension portion 2a attached. A load side of the rotating shaft 2 is mechanically connected to a load device, not shown, and the rotating shaft 2 and the load device rotate together.
Als nächstes wird die Erfindung unter Bezugnahme auf 2 im Detail beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau des Drehmomentdetektors zeigt, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, und den gesamten Drehmomentdetektor zeigt.Next, the invention will be described with reference to FIG 2 described in detail. 2 Fig. 10 is a sectional view showing the construction of the torque detector which is an embodiment of the invention and shows the entire torque detector.
Eine Motorwelle 101 ist drehbar gelagert durch ein Lager 102, das in einem, nicht gezeigten, Gehäuse eines Motors vorgesehen ist. Die Motorwelle 101 ist mit einem Wellengenerator 14 verbunden, der eine Eingangsseite eines Drehzahlminderungs-Mechanismus bildet, und die Drehkraft der Motorwelle 101 wird an die rotierende Welle 2 über den Wellengenerator 14 übertragen.A motor shaft 101 is rotatably supported by a bearing 102 , which is provided in a housing, not shown, of an engine. The motor shaft 101 is with a wave generator 14 connected, which forms an input side of a speed reduction mechanism, and the rotational force of the motor shaft 101 gets to the rotating shaft 2 over the wave generator 14 transfer.
Ein Lager 3 ist ein Rillenkugellager. Ein äußerer Ring des Lagers 3 ist an einem Verbindungsabschnitt 17 befestigt, der einen Teil des Gehäuses oder eine feststehende Seite bildet. Somit ist das Lager 3 zum drehbaren Lagern der rotierenden Welle 2 vorgesehen.A warehouse 3 is a deep groove ball bearing. An outer ring of the bearing 3 is at one connecting portion 17 attached, which forms part of the housing or a fixed side. Thus, the warehouse 3 for rotatably supporting the rotating shaft 2 intended.
Ein Primärkern 7 und eine Primärspule 8 und der Sekundärkern 6 und eine Sekundärspule 5 bilden einen Drehwandler, der Energie auf kontaktlose Art und Weise bereitstellt. Die rotierende Welle 2 umfasst eine dreh-seitige Leiterplatte 4, die zusammen mit der rotierende Welle 2 dreht, und eine Wheatstone-Brückenschaltung ist auf der dreh-seitigen Leiterplatte 4 angebracht, wobei die Wheatstone-Brückenschaltung durch den Dehnungsmessstreifen 30, der an einer zylindrischen Oberfläche des Dehnungsabschnitts 2a befestigt ist, gebildet wird.A primary nucleus 7 and a primary coil 8th and the secondary core 6 and a secondary coil 5 form a rotary transducer that provides energy in a contactless manner. The rotating shaft 2 includes a rotary-sided printed circuit board 4 that together with the rotating shaft 2 rotates, and a Wheatstone bridge circuit is on the rotary side printed circuit board 4 attached, wherein the Wheatstone bridge circuit through the strain gauge 30 attached to a cylindrical surface of the expansion section 2a is attached, is formed.
Nachfolgend wird der Fluss von Energie und elektrischer Signale in dieser Schaltung beschrieben. Eine Energieversorgungs-Schaltung 10c ist an einer feststehend-seitigen Leiterplatte 10 vorgesehen. Die Energieversorgungs-Schaltung 10c liefert Gleichstromenergie, die von außen zu den auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 angebrachten Schaltungen, wie beispielsweise einer Ausgangsschaltung 10a und Ähnlichem, zugeführt wird. Zusätzlich ist eine Umschalt-Schaltung zum Umwandeln von der Gleichstromenergie in Wechselstromenergie vorgesehen, um eine elektrische Schaltung, die auf der rotierenden Welle 2 vorgesehen ist, um zusammen mit der rotierenden Welle 2 zu drehen, mit der Wechselstromenergie zu versorgen.The following describes the flow of energy and electrical signals in this circuit. A power supply circuit 10c is on a fixed-sided circuit board 10 intended. The power supply circuit 10c delivers DC energy from the outside to the one on the fixed-side PCB 10 attached circuits, such as an output circuit 10a and the like. In addition, a switching circuit for converting from the DC power to AC power is provided to an electric circuit mounted on the rotating shaft 2 is provided to together with the rotating shaft 2 to turn, to provide with the AC power.
Der Primärkern 7 ist aus Ferrit gebildet und weist eine U-förmige Querschnittsform mit vorspringenden Abschnitten an ihren beiden Enden auf. Der Primärkern 7 ist auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 über einen Kernhalter 9 befestigt. Eine Primärspule 8, um die ein Kupferdraht gewickelt ist, ist zwischen den vorspringenden Abschnitten des Primärkerns 7 vorgesehen. Diese Primärspule 8 ist elektrisch mit der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 verbunden und Energie wird ihr von der Umschalt-Schaltung auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 zugeführt.The primary nucleus 7 is formed of ferrite and has a U-shaped cross-sectional shape with protruding portions at both ends thereof. The primary nucleus 7 is on the fixed-sided circuit board 10 about a core holder 9 attached. A primary coil 8th To which a copper wire is wound is between the projecting portions of the primary core 7 intended. This primary coil 8th is electrical with the fixed-sided circuit board 10 Connected and power will be from the switching circuit on the fixed-side circuit board 10 fed.
Andererseits ist eine empfangende Seite oder eine sekundäre Seite des Wandlers auf der Seite der rotierenden Welle 2 vorgesehen, um so dem Primärkern 7 und der Primärspule 8 mit einem dazwischen definierten vorgegebenen Luftspalt gegenüber zu liegen. Das zylindrische Element 32 ist auf der rotierenden Welle 2 an einem Kragenabschnitt 2b auf einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche davon angeordnet. Der Sekundärkern 6 ist an einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 32 vorgesehen und die Sekundärspule 5, um die ein Kupferdraht gewickelt ist, ist an einem äußeren Umfang des Sekundärkerns vorgesehen. Der Sekundärkern 6 ist aus einem Streifen einer Ferrit-Platte gebildet und ist um das zylindrische Element 32 mit einem doppelt beschichteten Klebeband oder einem Klebemittel gewickelt. Elektrische Drähte, die aus der Sekundärspule 5 herausgezogen sind, sind elektrisch mit der dreh-seitigen Leiterplatte 4 verbunden.On the other hand, a receiving side or a secondary side of the transducer is on the rotating shaft side 2 provided so as to the primary core 7 and the primary coil 8th to lie opposite with a defined predetermined air gap therebetween. The cylindrical element 32 is on the rotating shaft 2 on a collar section 2 B disposed on a cylindrical outer peripheral surface thereof. The secondary core 6 is on an outer peripheral surface of the cylindrical member 32 provided and the secondary coil 5 around which a copper wire is wound is provided on an outer circumference of the secondary core. The secondary core 6 is formed of a strip of ferrite plate and is around the cylindrical element 32 wrapped with a double-coated adhesive tape or adhesive. Electric wires coming out of the secondary coil 5 are pulled out, are electrically with the rotary-side circuit board 4 connected.
Folglich wird der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 Energie von außen Gleichstrom-Energieversorgungseinrichtung zugeführt, wo ein Gleichstrom in einen Wechselstrom durch die Umschalt-Schaltung auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 umgewandelt wird. Dann wird, wenn der so umgewandelte Wechselstrom zu der Primärspule 8 geführt wird, um diese mit Energie zu versorgen, ein Wechselstrom-Magnetfeld erzeugt. Durch Übertragen dieses Wechselstrom-Magnetfelds an den Sekundärkern 6 auf der Seite der rotierenden Welle 2 wird ein elektrischer Strom in der Sekundärspule 5 induziert. Der so induzierte Strom wird dem Dehnungsmessstreifen 30 zugeführt, der die Wheatstone-Brückenschaltung mittels einer Gleichrichterschaltung und einer Stabilisierungsschaltung, die auf der dreh-seitigen Leiterplatte 4 befestigt sind, bildet. Der Dehnungsmessstreifen 30 ist elektrisch mit der dreh-seitigen Leiterplatte 4 durch Leitungsdrähte 31 verbunden.As a result, the fixed-side circuit board becomes 10 Power supplied from the outside DC power supply, where a direct current into an alternating current through the switching circuit on the fixed-side circuit board 10 is converted. Then, when the thus converted alternating current to the primary coil 8th is led to provide them with energy, generates an AC magnetic field. By transmitting this alternating magnetic field to the secondary core 6 on the side of the rotating shaft 2 becomes an electric current in the secondary coil 5 induced. The current thus induced is the strain gauge 30 supplied to the Wheatstone bridge circuit by means of a rectifier circuit and a stabilization circuit on the rotary side printed circuit board 4 are fixed forms. The strain gauge 30 is electrically connected to the rotary PCB 4 through lead wires 31 connected.
Eine tatsächlicher Drehmomentdetektion wird wie folgt durchgeführt. Erstens, wenn ein Drehmoment auf die rotierende Welle 2 ausgeübt wird, wird eine Dehnung, die dem Betrag des ausgeübten Drehmoments entspricht, in dem Dehnungsabschnitt 2a der rotierenden Welle 2 erzeugt. Dann wird der Betrag der erzeugten Dehnung als ein Betrag der Ausgangsspannung der Wheatstone-Brückenschaltung, die aus dem an dem Dehnungsabschnitt 2a befestigten Dehnungsmessstreifen 30, detektiert. Hierbei wird die Detektion der Ausgangsspannung durch eine auf der dreh-seitigen Leiterplatte 4 vorgesehene Detektionsschaltung 4a ausgeführt und die so detektierte Ausgangsspannung wird von einem analogen Signal in ein digitales Signal durch einen A/D-Wandler umgewandelt, wonach das digitale Signal digital moduliert wird, um durch eine Infrarot-LED 4b übertragen zu werden. Diese Infrarot-LED 4b ist eine kontaktlose Übertragungsvorrichtung in dem Drehmomentdetektor gemäß der Erfindung.Actual torque detection is performed as follows. First, if a torque on the rotating shaft 2 is applied, an elongation corresponding to the amount of the applied torque in the expansion section 2a the rotating shaft 2 generated. Then, the amount of generated strain is calculated as an amount of the output voltage of the Wheatstone bridge circuit made from that at the stretched portion 2a attached strain gauges 30 , detected. Here, the detection of the output voltage by one on the rotary-side circuit board 4 provided detection circuit 4a and the thus detected output voltage is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter, after which the digital signal is digitally modulated to be transmitted by an infrared LED 4b to be transferred. This infrared LED 4b is a non-contact transmission device in the torque detector according to the invention.
Eine Photodiode, die auf eine Wellenlänge der Infrarot-LED reagiert, ist auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 als ein Photodetektor 10b zum Empfangen eines digitalen Signals vorgesehen. Ferner ist eine Ausgangsschaltung 10a auf der feststehend-seitigen Leiterplatte 10 vorgesehen. Diese Ausgangsschaltung 10a demoduliert das digitale Signal, welches sie empfängt, und gibt das demodulierte digitale Signal nach außen aus. Somit wird das dem detektierten Drehmomentwert entsprechende digitale Signal an eine, nicht gezeigte, Motorsteuereinheit ausgegeben.A photodiode that responds to a wavelength of the infrared LED is on the fixed-side circuit board 10 as a photodetector 10b for receiving a digital signal. Further, an output circuit 10a on the fixed-sided circuit board 10 intended. This output circuit 10a demodulates the digital signal it receives and outputs the demodulated digital signal to the outside. Thus, the digital signal corresponding to the detected torque value is output to a motor control unit, not shown.
Die dreh-seitige Leiterplatte 4 ist an einem Leiterplatten-Befestigungselement 33 befestigt, das auf der rotierenden Welle 2 durch eine Leiterplatten-Befestigungsstrebe 19 angebracht ist. Die dreh-seitige Leiterplatte 4 weist eine hohle kreisartige Scheibenform auf und der Bereich, der durch die Detektionsschaltung 4a eingenommen wird, ist effizient geschaffen, um die Größe des Detektors zu reduzieren. Zusätzlich sind die Positionen, an denen die einzelnen elektronischen Bauteile angebracht werden sollen, gut überlegt, um eine gute Balance bei der Rotation zu behalten. The turn-side printed circuit board 4 is on a circuit board fastener 33 attached, that on the rotating shaft 2 through a circuit board mounting strut 19 is appropriate. The turn-side printed circuit board 4 has a hollow circular disk shape and the area covered by the detection circuit 4a is efficiently created to reduce the size of the detector. In addition, the positions where the individual electronic components are to be mounted are well considered to maintain a good balance in rotation.
Andererseits ist ein Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderer mit einer Antriebsseite der rotierenden Welle 2 verbunden. Der Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderer umfasst ein flexibles Verzahnungselement 13 mit einer dünnen becherartigen Form und auf einem äußeren Umfang eines Öffnungsabschnitts ausgebildeten Getriebezähnen, ein Kreisverzahnungselement 12 mit Getriebezähnen an seiner inneren Umfangsfläche, die den Getriebezähnen auf dem äußeren Umfang des flexiblen Verzahnungselementes 13 entsprechen, und den Wellengenerator 14, der in einem offenen inneren Umfangsabschnitt des flexiblen Verzahnungselementes 13 platziert ist, um mit der Motorwelle 101 verbunden zu sein.On the other hand, a shaft gear reducer having a driving side of the rotating shaft 2 connected. The wave gear speed reducer comprises a flexible toothed element 13 with a thin cup-like shape and gear teeth formed on an outer circumference of an opening portion, a circular gear member 12 with gear teeth on its inner circumferential surface, the gear teeth on the outer periphery of the flexible toothing element 13 correspond, and the wave generator 14 in an open inner peripheral portion of the flexible toothing element 13 is placed to with the motor shaft 101 to be connected.
Der Wellengenerator 14 ist ein Bauteil, bei dem ein dünnes Kugellager mit einem äußeren Umfang eines elliptischen Nocken kombiniert ist. Ein innerer Ring des Lagers ist an dem Nocken befestigt ist und ein äußerer Ring wird elastisch über Kugeln verformt. Das flexible Verzahnungselement 13 ist ein metallisches elastisches Element mit einer dünnen becherartigen Form und ein dünner schnittartiger Boden des flexiblen Verzahnungselements 13 wird Membran genannt und dient als Drehzahlminderer-Ausgabeabschnitt. Das Kreisverzahnungselement 12 ist ein starres ringartiges Bauteil und hat eine innere Verzahnungskonstruktion mit einer Anzahl an Zähnen, die um zwei größer ist als die des flexiblen Verzahnungselementes 13.The wave generator 14 is a component in which a thin ball bearing is combined with an outer circumference of an elliptical cam. An inner ring of the bearing is attached to the cam and an outer ring is elastically deformed by balls. The flexible toothing element 13 is a metallic elastic member having a thin cup-like shape and a thin-sectional bottom of the flexible gear member 13 is called a diaphragm and serves as a speed reducer output section. The circular tooth element 12 is a rigid ring-like member and has an internal gear construction with a number of teeth that is larger by two than that of the flexible gear member 13 ,
Das flexible Verzahnungselement 13 wird durch den Wellengenerator 14 in eine elliptische Form ausgelenkt, die Zähne des flexiblen Verzahnungselementes 13 stehen an Hauptachsen-Positionen der elliptischen Form in Eingriff mit denjenigen des Kreisverzahnungselements 12, aber das flexible Verzahnungselement 13 steht an Nebenachsen-Positionen nicht in Eingriff mit dem Kreisverzahnungselement 13. Wenn der Wellengenerator 14 sich mit dem fixierten Kreisverzahnungselement 12 im Uhrzeigersinn dreht, wird das flexible Verzahnungselement 13 elastisch verformt, wobei sich die Position, an der die Zähne des flexiblen Verzahnungselements 13 in Eingriff mit denjenigen des Kreisverzahnungselements 12 stehen, sequenziell bewegt. Wenn der Wellengenerator 14 eine volle Umdrehung dreht, bewegt sich das flexible Verzahnungselement 13 gegen den Uhrzeigersinn um eine Distanz, die der Differenz der Anzahl der Zähne entspricht, das heißt, um eine Distanz von zwei Zähnen. Folglich fungiert die Membran des flexiblen Verzahnungselements 13 des Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderers als der Ausgabeabschnitt, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Motorwelle 101 durch eine Getriebeübersetzung des Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderers verlangsamt wird.The flexible toothing element 13 is through the wave generator 14 deflected into an elliptical shape, the teeth of the flexible toothing element 13 At major axis positions of the elliptical shape, they are engaged with those of the circular gear element 12 but the flexible toothing element 13 is not engaged with the circular gear at minor axis positions 13 , When the wave generator 14 with the fixed circular tooth element 12 Turns clockwise to become the flexible toothing element 13 elastically deformed, wherein the position at which the teeth of the flexible toothing element 13 in engagement with those of the circular gear element 12 standing, moving sequentially. When the wave generator 14 turns a full turn, the flexible toothing moves 13 counterclockwise by a distance equal to the difference in the number of teeth, that is, by a distance of two teeth. Consequently, the membrane of the flexible tooth element functions 13 of the wave gear speed reducer as the output portion, wherein the rotational speed of the motor shaft 101 is slowed down by a gear ratio of the shaft speed reducer.
Dann wird die rotierende Welle 2 an den Membranabschnitt des flexiblen Verzahnungselements 13, d.h. der Drehzahlminderer-Ausgangsabschnitt durch Gewinde, befestigt. Zusätzlich ist die rotierende Welle 2 durch das Lager 3 und ein Lager 18 drehbar vorgesehen. Das Lager 3 ist an dem Verbindungsabschnitt 17 befestigt, der einen Teil des Gehäuses an einer äußeren Ringseite davon bildet, und das Lager 18 ist an einer Abdeckung 16 befestigt, der einen Teil des Gehäuses an einer äußeren Ringseite davon bildet.Then the rotating shaft 2 to the membrane portion of the flexible toothing element 13 , that is, the speed reducer output section by threads attached. In addition, the rotating shaft 2 through the camp 3 and a warehouse 18 rotatably provided. The warehouse 3 is at the connection section 17 fixed, which forms part of the housing on an outer ring side thereof, and the bearing 18 is on a cover 16 fixed, which forms a part of the housing on an outer ring side thereof.
Daher ist bei der Erfindung, wie bereits oben beschrieben, die empfangende Seite oder die sekundäre Seite des Drehwandler, der die kontaktlose Bereitstellung durchführt, auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 32 vorgesehen und ist auf der rotierenden Welle 2 angebracht, so dass sie den Dehnungsabschnitt 2a, an dem der Dehnungsmessstreifen 30 befestigt ist, in einer solchen Weise überlappt so dass sie ihn bedeckt. Zur gleichen Zeit ist die dreh-seitige Leiterplatte 4 an der Stelle angebracht, an der sie den Dehnungsabschnitt 2a, an dem der Dehnungsmessstreifen 30 befestigt ist, abdeckt, wodurch es möglich ist, den Drehmomentdetektor, der insbesondere in der axialen Richtung kurz ist, zu realisieren.Therefore, in the present invention, as already described above, the receiving side or the secondary side of the rotary transducer which performs the non-contact provision is on the outer peripheral surface of the cylindrical member 32 provided and is on the rotating shaft 2 attached so that they the stretch section 2a at which the strain gauge 30 is attached, in such a way overlaps so that it covers him. At the same time is the turn-side circuit board 4 attached to the place where they the stretch section 2a at which the strain gauge 30 is fastened, whereby it is possible to realize the torque detector, which is short in particular in the axial direction.
Das Vorsehen der empfangenden Seite oder der sekundären Seite des Drehwandlers auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Elements 32 ermöglicht es, den Prozess des Aufwickelns des Sekundärkerns 6 und der Sekundärspule 5 separat durchzuführen, wodurch der Zusammenbau verbessert wird. Bei dem herkömmlichen Prozess wird nämlich eine rotierende Welle 2 bereitgestellt und ein Dehnungsmessstreifen 30 mit einem Dehnungsabschnitt 2a verbunden. Dann werden Leitungsdrähte 31 gelötet, woraufhin ein Sekundärkern 6 um die rotierende Welle 2 gewickelt und mit der rotierenden Welle 2 verbunden wird und eine Sekundärspule 5 um den Sekundärkern 6 gewickelt wird. Sollte ein Fehler in dem Dehnungsmessstreifen 30 in einem Nach-Zusammenbauschritt gefunden werden, muss der Klebstoff, mit dem der Dehnungsmessestreifen 30 verbunden ist, entfernt werden und der Dehnungsmessstreifen 30 muss gewaschen werden, wobei dies eine erneute Montage des Dehnungsmessstreifens 30 und der sekundären Seite des Drehwandlers erfordert. In dem Fall, dass die Sekundärspule 5 mit dem Sekundärkern 6 mit einem elastischen Klebstoff, wie beispielsweise einem Epoxyklebstoff, verbunden ist, ist es nicht leicht, den Epoxyklebstoff zu entfernen, und es ist auch schwierig, den Sekundärkern 6 und die Sekundärspule 5, die so entfernt werden, wieder zu verwenden.The provision of the receiving side or the secondary side of the rotary transducer on the outer peripheral surface of the cylindrical member 32 allows the process of winding the secondary core 6 and the secondary coil 5 perform separately, whereby the assembly is improved. Namely, in the conventional process, a rotating shaft becomes 2 provided and a strain gauge 30 with a stretch section 2a connected. Then become wires 31 soldered, whereupon a secondary core 6 around the rotating shaft 2 wrapped and with the rotating shaft 2 is connected and a secondary coil 5 around the secondary core 6 is wound. Should be an error in the strain gauge 30 In a post-assembly step, the glue with which the strain gauge strip needs to be found 30 is connected, removed and the strain gauge 30 must be washed, this being a reassembly of the Strain gage 30 and the secondary side of the rotary transducer requires. In the case that the secondary coil 5 with the secondary core 6 With an elastic adhesive, such as an epoxy adhesive, it is not easy to remove the epoxy adhesive, and it is also difficult to remove the secondary core 6 and the secondary coil 5 that are removed to use again.
Im Gegensatz zu diesem herkömmlichen Zusammenbauprozess gemäß der Ausführungsform ist es möglich, den Zusammenbau einzelner Bauteile zu verbessern, da die sekundäre Seite des Drehwandlers basierend auf dem zylindrischen Element 32 montiert werden kann. Da es natürlich einfach ist, das zylindrische Element 32 in der Form einfacher zu machen als die rotierende Welle 2, ist beim Aufwickeln des Sekundärkerns 6 und der Sekundärspule 5 kein besonderes Montagegestell oder dergleichen erforderlich und eine Verringerung der Montagekosten kann auch realisiert werden.In contrast to this conventional assembling process according to the embodiment, since the secondary side of the rotary transducer is based on the cylindrical member, it is possible to improve the assembly of individual components 32 can be mounted. As it is of course simple, the cylindrical element 32 to make it easier to shape than the rotating shaft 2 , is when winding up the secondary core 6 and the secondary coil 5 No special mounting frame or the like required and a reduction in installation costs can also be realized.
Während die Ausführungsform so beschrieben ist, dass sie so konfiguriert ist, dass der Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderer mit der Motorwelle 101 verbunden ist, kann eine Konfiguration angewendet werden, bei der die Motorwelle 101 direkt mit der rotierenden Welle 2 über eine Kupplung oder dergleichen verbunden ist, ohne den Wellenbewegungsgetriebe-Drehzahlminderer einzubeziehen.While the embodiment is described as being configured such that the shaft gear speed reducer is connected to the motor shaft 101 A configuration can be applied where the motor shaft 101 directly with the rotating shaft 2 is connected via a clutch or the like without involving the shaft gear reducer.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 4581543 [0005] JP 4581543 [0005]
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JP 2013-215081 A [0006] JP 2013-215081 A [0006]
