DE102021118192A1

DE102021118192A1 - Drehmomenterfassungssensor

Info

Publication number: DE102021118192A1
Application number: DE102021118192.5A
Authority: DE
Inventors: Akihide Furukawa
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2021-07-14
Publication date: 2022-01-20
Also published as: US20220018722A1; JP2022019090A; CN113945313A

Abstract

Ein Drehmomenterfassungssensor (1) enthält erste Zähne (3a) und zweite Zähne (3b), die vorgesehen sind, um in versetzter Anordnung in einem ringförmigen Kern (2) vorzustehen, und mehrere Erregerkreise (6a, 6b), in denen erste Spulen (5a) und zweite Spulen (5b), die um die ersten Zähne (3a) und die zweiten Zähne (3b) gewickelt sind, in Reihe geschaltet sind, in denen mehrere magnetische Pfade mit Neigungen von ±45 Grad in Bezug auf eine axiale Mittenrichtung jeweils durch ein zu erfassendes Objekt (S) zwischen den ersten Zähnen (3a) und den zweiten Zähnen (3b) durch Erregung der mehreren Erregerkreise (6a, 6b) gebildet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Selbsterregungs-Drehmomenterfassungssensor.
Stand der Technik
Bekannt ist eine magnetostriktive Drehmomenterfassungsvorrichtung als eine Methode zum berührungslosen Erfassen von Drehmoment, das auf ein zu erfassendes Objekt wie z.B. eine Rotationswelle wirkt. So wird z.B. eine Oberflächenbehandlung (z.B. Plattieren, Rillen oder dergleichen) zur Erhöhung magnetostriktiver Eigenschaften auf der Oberfläche einer zu erfassenden Welle durchgeführt, deren Deformation erfasst wird, und die magnetostriktive Wirkung wird gemessen, um das Drehmoment zu erfassen. Die Messung der magnetostriktiven Wirkung erfolgt durch Anordnung von Spulen, die koaxial um die Welle gewickelt sind, und Ablesen der Variation in der magnetischen Permeabilität der Welle, die durch den Villari-Effekt erzeugt wird, basierend auf der Größe der Impedanz.
Als die Drehmomenterfassungsvorrichtung haben die Anmelder einen magnetostriktiven Drehmomenterfassungssensor vorgeschlagen, bei dem magnetische Pfade, die zwischen dem zu erfassenden Objekt und mehreren Kernen, die zu zylindrischen Isolierkörpern zusammengesetzt sind, so gebildet werden, dass die magnetischen Pfade, die an dem zu erfassenden Objekt gebildet werden, einen vorgeschriebenen Winkel in Bezug auf seine Achsmitte aufweisen, jeweils in der Anzahl erhöht werden, um dadurch die Drehmomenterfassungsempfindlichkeit zu verbessern. Die mehreren Kerne sind in einem vorgeschriebenen Winkel zu einer axialen Mittenrichtung des zu erfassenden Objekts schräg angeordnet, so dass Stirnflächen beider Seitenschenkelabschnitte dem zu erfassenden Objekt von Innenumfangsoberflächen der zylindrischen Isolierkörper aus zugewandt sind. Da die U-förmig ausgebildeten Kerne in dem vorgeschriebenen Winkel zur axialen Mitte des zu erfassenden Objekts schräg angeordnet sind, wird ein unabhängiger magnetischer Pfad gebildet, der an einem Schenkelabschnitt (Endfläche), dem zu erfassenden Objekt, dem anderen Schenkelabschnitt (Endfläche) und einem Brückenabschnitt vorbeiführt. Wie oben beschrieben, wird das gleiche Magnetfeld um die Spule herum erzeugt, wenn die gleiche Spule durch die mehreren Kerne läuft, die den gleichen Pol bildet. Dementsprechend werden magnetische Flüsse auf die Kerne konzentriert und ein magnetischer Pfad, der benachbarte Kerne miteinander verbindet, wird nicht leicht gebildet; daher kann eine Struktur erhalten werden, in der die Erfassungsempfindlichkeit verbessert wird (Patentdokument 1: JP 6 483 778 ).
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
In der Drehmomenterfassungsvorrichtung des obigen Patentdokuments ist es jedoch notwendig, Nuten auf einer Außenumfangsoberfläche der zylindrischen Isolierkörper auszubilden und die mehreren Erfassungsspulen entlang der Nuten zu wickeln, und ferner sind die mehreren Kerne so an den zylindrischen Isolierkörpern montiert, dass die Erfassungsspulen durch einen U-förmigen Raum verlaufen, der von dem die Schenkelabschnitte verbindenden Brückenabschnitt umgeben ist.
Dementsprechend ist es notwendig, die Erfassungsspulen und die Kerne unter Ausnutzung der Dicke der zylindrischen Isolierkörper in radialer Richtung einzubetten; daher neigt der Sensor dazu, in radialer Richtung und in axialer Richtung vergrößert zu werden. Da die Endflächen beider Seitenschenkelabschnitte, die die Kerne bilden, vorgesehen sind, um dem zu erfassenden Objekt zugewandt zu sein, muss die Form der Endflächen nicht eine ebene Fläche, sondern eine bogenförmig gekrümmte Fläche sein, was die Verarbeitungskosten erhöht.
Ferner besteht Bedarf daran, dass das Drehmoment über den gesamten Umfang des zu erfassenden Objekts feinfühlig erfasst wird, ohne die Erfassungsempfindlichkeit zu reduzieren.
Lösung des Problems
Als Antwort auf das obige Problem sind ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung auf einen Selbsterregungs-Drehmomenterfassungssensor gerichtet, der in der Lage ist, die Größe des Sensors zu reduzieren und zu geringen Kosten in Massenproduktion hergestellt zu werden, sowie Druck- und Zugspannungen zu erfassen, die über den gesamten Umfang eines zu erfassenden Objekts erzeugt werden, ohne die Erfassungsempfindlichkeit zu reduzieren.
In Anbetracht der obigen Ausführungen sind nachfolgend die Ausführungsformen beschrieben.
Ein Drehmomenterfassungssensor misst eine Änderung bzw. Variation von magnetischer Permeabilität durch Änderung bzw. Variation von Spulenimpedanz in magnetischen Kreisen, die zwischen einem Kern und einem zu erfassenden Objekt gebildet werden, indem Spulen erregt werden, die um Zähne gewickelt sind, die vorgesehen sind, um von dem ringförmigen Kern, der um das zu erfassende Objekt herum vorgesehen ist, an mehreren Stellen hervorzustehen, einschließlich mehrerer erster Zähne und zweiter Zähne, die vorgesehen sind, um in einer versetzten Anordnung in dem ringförmigen Kern in einer Umfangsrichtung hervorzustehen, und mehrerer Erregerkreise, in denen erste Spulen und zweite Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen, die um die ersten Zähne und die zweiten Zähne gewickelt sind, in Reihe geschaltet sind, wobei mehrere magnetische Pfade mit einer Neigung von +45 Grad und mehrere magnetische Pfade mit einer Neigung von -45 Grad in Bezug auf eine axiale Mittenrichtung jeweils durch das zu erfassende Objekt zwischen den ersten Zähnen und den zweiten Zähnen durch Erregung der mehreren Erregerkreise gebildet werden.
Gemäß der obigen Konfiguration enthält der Sensor die ersten Zähne und die zweiten Zähne, die so vorgesehen sind, dass sie in versetzter Anordnung in dem ringförmigen Kern in Umfangsrichtung vorstehen, und die mehreren Erregerkreise, in denen die ersten Spulen und die zweiten Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen, die um die ersten Zähne und die zweiten Zähne gewickelt sind, in Reihe geschaltet sind; daher können der ringförmige Kern, die ersten Zähne und die zweiten Zähne durch Fertigungsprozesse hergestellt werden, die einem laminierten Kern ähnlich sind, der für einen Statorkern eines Motors verwendet wird, und die ersten Spulen und die zweiten Spulen können unter Verwendung einer Wickelmaschine gewickelt werden, wodurch der Sensor sowohl in der radialen Richtung als auch in der axialen Richtung in der Größe reduziert werden kann und zu niedrigen Kosten in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Darüber hinaus werden die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von +45 Grad und die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung jeweils durch das zu erfassende Objekt zwischen den ersten Zähnen und den zweiten Zähnen durch Erregung der mehreren Erregerkreise gebildet; daher wird die Änderung der magnetischen Permeabilität als Änderung der Spulenimpedanz in den mehreren magnetischen Kreisen gemessen, um dadurch Druckspannung und Zugspannung, die über den gesamten Umfang des zu erfassenden Objekts erzeugt werden, feinfühlig zu erfassen, ohne die Erfassungsempfindlichkeit zu verringern.
Vorzugsweise sind die ersten Spulen und die zweiten Spulen, die mit demselben Erregerkreis in Reihe geschaltet sind, jeweils um die ersten Zähne und die zweiten Zähne gewickelt und bilden die magnetischen Pfade mit der Neigung von +45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung, sind die ersten Spulen und die zweiten Spulen, die mit demselben Erregerkreis in Reihe geschaltet sind, jeweils um die ersten Zähne und die zweiten Zähne gewickelt, die die magnetischen Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung bilden, und werden die ersten Zähne und die zweiten Zähne, die in dem ringförmigen Kern in der Umfangsrichtung einander benachbart sind, abwechselnd zu N-Polen und S-Polen erregt.
Dementsprechend sind die ersten Spulen und die zweiten Spulen, die mit demselben Erregerkreis in Reihe geschaltet sind, jeweils um die ersten Zähne und die zweiten Zähne gewickelt, die die magnetischen Pfade mit der Neigung von ±45 Grad bilden, und werden die ersten Zähne, die einander benachbart sind, und die zweiten Zähne, die einander in der Umfangsrichtung benachbart sind, abwechselnd zu N-Polen und S-Polen erregt, wodurch jeweils mehrere magnetische Pfade mit der Neigung von +45 Grad und mehrere magnetische Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung gebildet werden, die zum Erfassen des Drehmoments wirksam sind, wodurch die Vielfalt der Verdrahtung in Erregerkreisen mit beliebigen Layouts erhöht wird und die Verdrahtung einfach wird.
Vorzugsweise enthält ein Drehmomenterfassungssensor einen ersten Erregerkreis, der eine Erregung von der ersten Spule, die um den ersten Zahn gewickelt ist, zu der zweiten Spule, die um den zweiten Zahn gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von +45 Grad in der Umfangsrichtung aufweist, durchführt, und eine Erregung von der zweiten Spule, die um einen anderen zweiten Zahn gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule, die um einen anderen ersten Zahn gewickelt ist, der die Phasendifferenz von +45 Grad aufweist, durchführt, und einen zweiten Erregerkreis, der eine Erregung von der ersten Spule, die um den ersten Zahn gewickelt ist, zu der zweiten Spule, die um den zweiten Zahn gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von -45 Grad aufweist, durchführt und eine Erregung von der zweiten Spule, die um einen anderen zweiten Zahn gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule, die um einen anderen ersten Zahn gewickelt ist, der die Phasendifferenz von -45 Grad aufweist, durchführt.
Dementsprechend erfolgt, wenn die Energie an den ersten Erregerkreis geliefert wird, die Erregung von der ersten Spule, die um den ersten Zahn gewickelt ist, zu der zweiten Spule, die um den zweiten Zahn gewickelt ist, der die Phasendifferenz von +45 Grad in der Umfangsrichtung aufweist, woraufhin die Erregung von der zweiten Spule, die um einen anderen zweiten Zahn gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule, die um einen anderen ersten Zahn gewickelt ist, der die Phasendifferenz von +45 Grad aufweist, erfolgt, um dadurch mehrere magnetische Pfade mit der Neigung von +45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zu bilden.
Wenn dem zweiten Erregerkreis Energie zugeführt wird, erfolgt die Erregung von der ersten Spule, die um den ersten Zahn gewickelt ist, zu der zweiten Spule, die um den zweiten Zahn gewickelt ist, die die Phasendifferenz von -45 Grad aufweist, woraufhin die Erregung von der zweiten Spule, die um einen anderen zweiten Zahn gewickelt ist, der in Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule, die um einen anderen ersten Zahn gewickelt ist, der die Phasendifferenz von -45 Grad aufweist, um dadurch mehrere magnetische Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zu bilden.
Dementsprechend können Druck- und Zugspannungen, die über den gesamten Umfang des zu erfassenden Objekts entstehen, erfasst werden.
Der Sensor kann ein Selbsterregungssensor sein, der die Änderung der magnetischen Permeabilität durch Änderung der Spulenimpedanz in den magnetischen Kreisen misst, die zwischen dem Kern und dem zu erfassenden Objekt gebildet werden, indem die ersten Spulen, die um die ersten Zähne gewickelt sind, und die zweiten Spulen, die um die zweiten Zähne gewickelt sind, die vorgesehen sind, um in versetzter Anordnung im Kern vorzustehen, erregt werden.
In diesem Fall werden die ersten Spulen und die zweiten Spulen zu einem beliebigen Timing erregt, wodurch die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von +45 Grad und die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zwischen dem Kern und dem zu erfassenden Objekt gebildet werden und die auf das zu erfassende Objekt wirkende Druck- und Zugspannung erfasst wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Es ist möglich, die Größe des Sensors zu reduzieren und den Sensor kostengünstig in Serie zu produzieren sowie Druckspannung und Zugspannung zu erfassen, die über den gesamten Umfang des zu erfassenden Objekts erzeugt werden, ohne die Erfassungsempfindlichkeit zu verringern.
Figurenliste

1 zeigt eine Explosionsansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine erklärende Ansicht für die zwischen den Zähnen in 1 gebildeten magnetischen Pfade.
3 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß einer zweiten Ausführungsform.
4 zeigt eine erklärende Ansicht für zwischen Magnetpolen des Kerns in 3 gebildete magnetische Pfade.
5 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß einer dritten Ausführungsform.
6 zeigt eine erklärende Ansicht für die zwischen den Zähnen in 5 gebildeten magnetischen Pfade.
7A bis 7D zeigen eine Vorderansicht, eine Ansicht von der rechten Seite, eine Querschnittsansicht entlang eines Pfeils Y-Y und eine Perspektivansicht eines Drehmomenterfassungssensors.
8A bis 8C zeigen eine Vorderansicht, eine Ansicht von der rechten Seite und eine Perspektivansicht eines Drehmomenterfassungssensors gemäß einem weiteren Beispiel von 7.
9A bis 9C zeigen eine Vorderansicht, eine Ansicht von der rechten Seite und eine Perspektivansicht eines Drehmomenterfassungssensors gemäß einem weiteren Beispiel von 7.
10A bis 10C zeigen erklärende Ansichten zur Veranschaulichung einer Montagekonfiguration eines Jochs und eines Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform.
11A bis 11C zeigen eine Explosionsvorderansicht, eine Draufsicht und eine Explosionsperspektivansicht eines Drehmomenterfassungssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
12A und 12B zeigen erklärende Ansichten zur Veranschaulichung einer Montagekonfiguration eines Jochs und eines Kerns von 11.
13A bis 13C zeigen eine Vorderansicht, eine Ansicht von der rechten Seite und eine Perspektivansicht eines Drehmomenterfassungssensors und eines zu erfassenden Objekts gemäß einer weiteren Ausführungsform.
14 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Magnetpolen des Kerns gebildete magnetische Kreise gemäß einem Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform.
15A und 15B zeigen erklärende Ansichten für Strukturen, bei denen mehrere Spulen um einen Zahn gewickelt sind.
16 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Magnetpolen des Kerns gebildete magnetische Kreise gemäß einem Vergleichsbeispiel der zweiten Ausführungsform.
17 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Magnetpolen des Kerns gebildete magnetische Kreise gemäß einem Vergleichsbeispiel der dritten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend ist ein Drehmomenterfassungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zunächst ist eine schematische Konfiguration eines Drehmomenterfassungssensors 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 13C beschrieben.
Als ein Beispiel für ein zu erfassendes Objekt wird ein Material mit hohem inversen magnetostriktiven Effekt bevorzugt. Zum Beispiel gibt es Permendur, Fe-Al (ALFE), Fe-Nix (Permalloy), Gusseisen mit Kugelgraphit (JIS= FCD70) und dergleichen als Materialien mit hohem inversen magnetostriktiven Effekt. Der inverse magnetostriktive Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich die magnetischen Eigenschaften ändern, wenn von außen Spannung auf einen magnetischen Körper ausgeübt wird. Wenn das zu erfassende Objekt vorher bedarfsgerecht magnetisch geglüht wird, kann das auf das zu erfassende Objekt wirkende Drehmoment in geeigneter Weise erfasst werden, was nachstehend noch beschrieben ist. Selbst bei einem nicht-magnetischen Material kann das Drehmoment erfasst werden, indem das Material durch thermisches Spritzen mit einem metallischen magnetischen Material beschichtet wird oder indem ein magnetischer Zylinder in eine Welle eingepresst wird. Ein zu erfassendes Objekt S weist eine Säulenform auf, die Form ist aber nicht darauf beschränkt. Eine interne Struktur spielt keine Rolle, solange das zu erfassende Objekt die Säulenform aufweist. Beispielsweise kann eine zylindrische Form, bei der ein Innendurchmesser in axialer Richtung fix ist, oder eine zylindrische Form, bei der sich der Innendurchmesser je nach Position in axialer Richtung unterscheidet, angewandt werden. Ferner kann es sich bei dem zu erfassenden Objekt sowohl um ein Objekt handeln, bei dem eine Drehung erwartet wird, als auch um ein Objekt, bei dem keine Drehung erwartet wird. Weiterhin kann das zu erfassende Objekt sowohl ein Vollwellenmaterial als auch eine Hohlwelle oder dergleichen sein.
Wie in 1 gezeigt, sind mehrere erste Zähne 3a und zweite Zähne 3b vorgesehen, um in einem ringförmigen Kern 2 in einer Umfangsrichtung versetzt angeordnet zu sein. Wie in 7B gezeigt, ist der ringförmige Kern 2 so gebildet, dass ein erster Kern 2a und ein zweiter Kern 2b über einen Zwischenkern 2c gestapelt sind, um durch Verstemmen, Verkleben oder Kombinationen davon integral verbunden zu sein. Im ersten Kern 2a sind insgesamt vier erste Zähne 3a vorgesehen, um in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Phasendifferenz sowie an gegenüberliegenden Positionen zu einer Innenseite in radialer Richtung vorzustehen. Im zweiten Kern 2b sind insgesamt vier zweite Zähne 3b vorgesehen, um in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Phasendifferenz sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Wie in den 7A bis 7D gezeigt, sind der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b über den Zwischenkern 2c so gestapelt, dass sich Phasen der ersten Zähne 3a und der zweiten Zähne 3b um 45 Grad in Umfangsrichtung unterscheiden. Dementsprechend sind die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b vorgesehen, um an einer Innenumfangsoberfläche des Kerns 2 in versetzter Anordnung vorzustehen, wie in einer entfalteten Ansicht des Kerns 2 in 1 gezeigt. Im Zwischenkern 2c befinden sich keine Zähne, die in radialer Richtung zur Innenseite hin vorstehen. Nachstehend ist die Komponente, in der mehrere Kerne 2a bis 2c gestapelt sind, in entfalteten Ansichten lediglich als der Kern 2 beschrieben.
Der erste Kern 2a mit den ersten Zähnen 3a, der zweite Kern 2b mit den zweiten Zähnen 3b und der Zwischenkern 2c können z.B. durch Stapeln von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet werden, die pressgeformt sind, oder sie können integral aus einem magnetischen Material in eine Blockform geformt werden. Vorzugsweise wird ebenso der Kern 2 verwendet, der unter Verwendung eines Sinterkörpers, eines Metallpulverspritzgusses und eines Grünlings hergestellt wird. Eine Konfiguration eines laminierten Typs ist im Folgenden erläutert.
In dem ersten Kern 2a sind mehrere erste Zähne 3a, die insgesamt vier sind, vorgesehen, um in einem ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in der Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in der radialen Richtung vorzustehen. Ein zylindrischer erster Isolator 4a aus isolierendem Harz ist an jedem der ersten Zähne 3a angebracht, und eine erste Spule 5a ist darum gewickelt.
In dem zweiten Kern 2b sind mehrere zweite Zähne 3b, die insgesamt vier sind, vorgesehen, um in einem ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in der Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in der radialen Richtung in der gleichen Weise wie der erste Kern 2a vorzustehen. An jedem der zweiten Zähne 3b ist ein zylindrischer zweiter Isolator 4b aus Isolierharz angebracht, um den eine zweite Spule 5b gewickelt ist.
Die Phasendifferenzen zwischen den jeweiligen Zähnen können sowohl gleich als auch verschieden voneinander sein. Die Anzahl von Zähnen kann sowohl eine gerade als auch eine ungerade Zahl sein.
Der ringförmige Zwischenkern 2c ist zwischen dem ersten Kern 2a und dem zweiten Kern 2b vorgesehen. Der Zwischenkern 2c dient auch als Abstandshalter zur Sicherung eines Raumes, in dem die ersten Spulen 5a um die ersten Zähne 3a bzw. die zweiten Spulen 5b um die zweiten Zähne 3b gewickelt sind, zwischen dem ersten Kern 2a und dem zweiten Kern 2b sowie von magnetischen Pfaden zwischen dem ersten Kern 2a und dem zweiten Kern 2b.
1 zeigt eine Explosionsansicht des Kerns 2, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen den Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß der ersten Ausführungsform. In 1 sind eine Wickelrichtung der ersten Spulen 5a, die um die ersten Zähne 3a gewickelt sind, und eine Wickelrichtung der zweiten Spulen 5b, die um die zweiten Zähne 3b gewickelt sind, entgegengesetzt. Es sind mehrere Erregerkreise vorgesehen, mit denen die ersten Spulen 5a und die zweiten Spulen 5b in Reihe geschaltet sind. Insbesondere führt ein erster Erregerkreis 6a (gestrichelte Linie in einer oberen Stufe von 1) eine Erregung von der ersten Spule 5a, die um den ersten Zahn 3a gewickelt ist, zu der zweiten Spule 5b aus, die um den zweiten Zahn 3b gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von +45 Grad in Umfangsrichtung aufweist, und eine Erregung von der zweiten Spule 5b, die um einen anderen zweiten Zahn 3b gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule 5a aus, die um einen anderen ersten Zahn 3a gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von +45 Grad aufweist. Genauer gesagt sind Spitzenabschnitte der ersten Zähne 3a, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind, und Spitzenabschnitte der zweiten Zähne 3b, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind, über den Zwischenkern 2c so gestapelt, dass sich die Phase in Umfangsrichtung um +45 Grad unterscheidet. Gemäß der Erregung bzw. Bestromung des ersten Erregerkreises 6a (gestrichelte Linie in der oberen Stufe von 1) werden mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 1) mit einer Neigung von +45 Grad in Bezug auf eine axiale Mittenrichtung zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt gebildet.
Ein zweiter Erregerkreis 6b (gestrichelte Linie in oberer Stufe von 1) führt eine Erregung von der ersten Spule 5a, die um den ersten Zahn 3a gewickelt ist, zu der zweiten Spule 5b aus, die um den zweiten Zahn 3b gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von -45 Grad aufweist, und eine Erregung von der zweiten Spule 5b, die um einen anderen zweiten Zahn 3b gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule 5a aus, die um einen anderen ersten Zahn 3a gewickelt ist, der eine Phasendifferenz von -45 Grad aufweist. Genauer gesagt sind Spitzenabschnitte der ersten Zähne 3a, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind, und Spitzenabschnitte der zweiten Zähne 3b, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind, über den Zwischenkern 2c so gestapelt, dass sich die Phase in Umfangsrichtung um -45 Grad unterscheidet. Gemäß der Erregung des zweiten Erregerkreises 6b (durchgezogene Linie in oberer Stufe von 1) werden jeweils mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 1) mit einer Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt gebildet. Wenn die Spulen, die den ersten Erregerkreis 6a bilden, Spulen A sind und die Spulen, die den zweiten Erregerkreis 6b bilden, Spulen B sind, bezeichnet NA in den Zeichnungen Zähne, die von den Spulen A zum N-Pol erregt werden, und bezeichnet SA Zähne, die von den Spulen A zum S-Pol erregt werden. In gleicher Weise bezeichnet NB in den Zeichnungen Zähne, die von den Spulen B zum N-Pol erregt werden, und bezeichnet SB Zähne, die von den Spulen B zum S-Pol erregt werden. Genauer gesagt, Spitzenabschnitte von Zähnen, die dem zu erfassenden Objekt zugewandt sind, werden zum N-Pol oder S-Pol erregt. Ob eine Erregung zum N-Pol oder eine Erregung zum S-Pol vorliegt, kann durch Umkehrung der Wickelrichtung der Spulen A und der Spulen B (der ersten Spulen 5a und der zweiten Spulen 5b) bestimmt werden.
Ein langer Rahmen E1, der NA und SA umgibt, und ein langer Rahmen E2, der NB und SB umgibt, die in der unteren Stufe von 1 gezeigt sind, beschreiben Neigungen der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (vertikale Richtung in den Zeichnungen) in den magnetischen Pfaden, die zwischen dem zu erfassenden Objekt und den ersten Zähnen 3a / den zweiten Zähnen 3b gebildet werden. Es ist zu beachten, dass bei den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b, die versetzt angeordnet sind, Zähne vorhanden sein können, um die keine Spulen gewickelt sind.
Als der oben beschriebene Drehmomenterfassungssensor 1 wird ein Selbsterregungs-Drehmomenterfassungssensor verwendet, der die Änderung der magnetischen Permeabilität durch Änderung der Spulenimpedanz in den magnetischen Kreisen misst, die zwischen den Zähnen 3 und dem zu erfassenden Objekt S gebildet werden, durch Erregung der Spulen 5, die um die Zähne 3 gewickelt sind, die dem zu erfassenden Objekt S zugewandt sind, und zwar an mehreren Positionen um dieses herum.
2 zeigt eine erklärende Ansicht für magnetische Pfade, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden. Es sind mehrere magnetische Pfade gezeigt, bei denen die ersten Zähne 3a zu N-Polen und die zweiten Zähne 3b zu S-Polen erregt werden. Der lange Rahmen E1, der NA und SA umgibt, beschreibt eine Neigung (+45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (vertikale Richtung in 2) zur Zeit einer Erregung des ersten Erregerkreises 6a. Der lange Rahmen E2, der NB und SB umgibt, beschreibt eine Neigung (-45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (vertikale Richtung in 2) zur Zeit einer Erregung des zweiten Erregerkreises 6b. Die um +45 Grad geneigten magnetischen Pfade und die um -45 Grad geneigten magnetischen Pfade werden abwechselnd in Umfangsrichtung des Kerns gebildet (siehe langen Rahmen E1, E2).
In diesem Fall weisen Magnetpole der ersten Zähne 3a, die in Umfangsrichtung benachbart sind, die gleiche Polarität (N-Pol) auf, und weisen Magnetpole der zweiten Zähne 3b, die in Umfangsrichtung benachbart sind, die gleiche Polarität (S-Pol) auf; daher werden nur zur Drehmomenterfassung notwendigen Magnetpfadkomponenten (±45 Grad) gebildet, wodurch die Drehmomenterfassung effizient realisiert werden kann.
3 zeigt eine entfaltete Ansicht des Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einer oberen Stufe von 3 werden mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 3) mit der Neigung von +45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt hindurch gebildet, indem der erste Erregerkreis 6a erregt wird (gestrichelte Linie in oberer Stufe von 3). Mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 3) mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung werden jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt gebildet, indem der zweite Erregerkreis 6b (durchgezogene Linie in der oberen Stufe von 3) erregt wird. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform (1) in dem Punkt, dass die Wickelrichtung der um die ersten Zähne 3a gewickelten ersten Spulen 5a und die Wickelrichtung der um die zweiten Zähne 3b gewickelten zweiten Spulen 5b entgegengesetzt sind. Dementsprechend werden die ersten Zähne 3a zum S-Pol und die zweiten Zähne 3b zum N-Pol erregt. Der lange Rahmen E1, der SA und NA umgibt, und der lange Rahmen E2, der SB und NB umgibt, die in der unteren Stufe von 3 gezeigt sind, stellen Neigungen von magnetischen Pfaden in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (die vertikale Richtung in den Zeichnungen) in den magnetischen Pfaden dar, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden. In 3 sind beispielhaft zwei lange Rahmen E2 gezeigt, und in beiden Rahmen wird eine Kombination gebildet, bei der der erste Zahn 3a NB und der zweite Zahn 3b SB ist. Als weitere Beispiele kann ein langer Rahmen E2 durch eine Kombination gebildet werden, bei der der erste Zahn 3a SB und der zweite Zahn 3b NB ist, und ein anderer langer Rahmen E2 kann durch eine Kombination gebildet werden, bei der der erste Zahn 3a NB und der zweite Zahn 3b SB ist. Außerdem kann ein langer Rahmen E1 durch eine Kombination gebildet werden, bei der der erste Zahn 3a SA und der zweite Zahn 3b NA ist, und ein anderer langer Rahmen E2 kann durch eine Kombination gebildet werden, bei der der erste Zahn 3a NA und der zweite Zahn 3b SA ist. Wie oben beschrieben, ist nicht spezifiziert, ob die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b im langen Rahmen E1 und im langen Rahmen E2 zum N-Pol oder zum S-Pol erregt werden.
4 zeigt eine erklärende Ansicht für magnetische Pfade, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden. Es sind mehrere magnetische Pfade gezeigt, in denen die ersten Zähne 3a zu S-Polen oder N-Polen und die zweiten Zähne 3b zu N-Polen oder S-Polen erregt werden. Der lange Rahmen E, der SA und NA umgibt, stellt die Neigung (+45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (die vertikale Richtung von 4) zur Zeit der Erregung des ersten Erregerkreises 6a dar. Der lange Rahmen E2, der SB und NB umgibt, stellt die Neigung (-45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (die vertikale Richtung von 4) zur Zeit der Erregung des zweiten Erregerkreises 6b dar. Die um +45 Grad geneigten magnetischen Pfade und die um -45 Grad geneigten magnetischen Pfade werden abwechselnd in Umfangsrichtung des Kerns 2 gebildet.
In diesem Fall weisen die Magnetpole der ersten Zähne 3a, die in Umfangsrichtung benachbart sind, unterschiedliche Polaritäten auf, und die Magnetpole der zweiten Zähne 3b, die in Umfangsrichtung benachbart sind, weisen ebenfalls unterschiedliche Polaritäten auf; daher werden magnetische Pfade (NB-SA) in einer Pfeilrichtung vom N-Pol zum S-Pol jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a gebildet, die in Umfangsrichtung von 4 benachbart sind, was sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet. Diese magnetischen Pfade weisen jedoch Magnetpfadkomponenten auf, die wenig zur Drehmomenterfassung beitragen. Dementsprechend weisen diese magnetischen Pfade wenig Einfluss auf die Erfassungsempfindlichkeit auf.
5 zeigt eine entfaltete Ansicht eines Kerns, eine erklärende Ansicht für Erregerkreise und eine erklärende Ansicht für zwischen Zähnen gebildete magnetische Pfade gemäß einer dritten Ausführungsform. In 5 werden mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 5) mit der Neigung von +45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt hindurch gebildet, indem der erste Erregerkreis 6a erregt wird (gestrichelte Linie in oberer Stufe von 5). Mehrere magnetische Pfade (untere Stufe von 5) mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung werden jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt gebildet, indem der zweite Erregerkreis 6b erregt wird (durchgezogene Linie in der oberen Stufe von 5). Der lange Rahmen E1, der SA und NA umgibt, stellt die Neigung (+45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (die vertikale Richtung von 5) zur Zeit der Erregung des ersten Erregerkreises 6a dar. Der lange Rahmen E2, der SB und NB umgibt, stellt die Neigung (-45 Grad) der magnetischen Pfade in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (die vertikale Richtung von 5) zur Zeit der Erregung des zweiten Erregerkreises 6b dar. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform in einem Punkt, dass die um +45 Grad geneigten magnetischen Pfade und die um -45 Grad geneigten magnetischen Pfade nicht abwechselnd in Umfangsrichtung des Kerns gebildet werden (siehe die langen Rahmen E1, E2).
6 zeigt eine erklärende Ansicht für die magnetischen Pfade, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden. Die ersten Zähne 3a werden in Umfangsrichtung des Kerns abwechselnd zu N-Polen und S-Polen erregt, und die zweiten Zähne 3b werden in Umfangsrichtung des Kerns abwechselnd an S-Polen und N-Polen erregt.
In diesem Fall weisen die Magnetpole der ersten Zähne 3a, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, unterschiedliche Polaritäten auf, und die Magnetpole der zweiten Zähne 3b, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, weisen ebenso unterschiedliche Polaritäten auf; daher werden magnetische Pfade (NA-SA), (NB-SA) in einer Pfeilrichtung vom N-Pol zum S-Pol jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a, die in der Umfangsrichtung von 6 benachbart sind, zusätzlich zu den magnetischen Pfaden, die um ±45 Grad geneigt zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden, gebildet. Außerdem werden magnetische Pfade (NA-SA), (NB-SB) in Pfeilrichtung vom N-Pol zum S-Pol jeweils zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten zweiten Zähnen 3b gebildet. Da diese magnetischen Pfade Komponenten aufweisen, die wenig zur Drehmomenterfassung beitragen, weisen diese magnetischen Pfade einen geringen Einfluss auf die Erfassungsempfindlichkeit auf.
Nachstehend sind Konfigurationsbeispiele des Drehmomenterfassungssensors unter Bezugnahme auf die 7A bis 7D bis 13A bis 13C beschrieben. In den 7A bis 7D ist der Kern 2 durch den ringförmigen ersten Kern 2a, den Zwischenkern 2c und den zweiten Kern 2b gebildet, die integral bzw. einstückig gestapelt sind. Der erste Kern 2a ist so gebildet, dass insgesamt vier erste Zähne 3a vorgesehen sind, die im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorstehen. Der zweite Kern 2b ist so gebildet, dass insgesamt vier zweite Zähne 3b vorgesehen sind, die im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorstehen.
Wie in den 7A und 7D gezeigt, sind der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b über den Zwischenkern 2c gestapelt, und vier Paare der ersten Zähne 3a und der zweiten Zähne 3b sind mit der Phasendifferenz von 45 Grad in der Umfangsrichtung zueinander gestapelt. Ebenso ist, wie in den 7B und 7C gezeigt, der Zwischenkern 2c zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b vorgesehen, wodurch ein Raum zum Wickeln entsteht. Dementsprechend kann die Anzahl von Windungen der ersten Spulen 5a, die um die ersten Zähne 3a zu wickeln sind, und der zweiten Spulen 5b, die um die zweiten Zähne 3b zu wickeln sind, erhöht werden, was mehr magnetische Flüsse erzeugt und die Erfassungsempfindlichkeit verbessert.
Der in den 8A bis 8C gezeigte Drehmomenterfassungssensor 1 weist eine ähnliche Konfiguration wie die in den 7A bis 7D gezeigte Konfiguration auf, unterscheidet sich aber von diesem in Punkten der Anzahl der im ersten Kern 2a vorgesehenen ersten Zähne 3a und der Anzahl der im zweiten Kern 2b vorgesehenen zweiten Zähne 3b. Der erste Kern 2a ist so gebildet, dass die ersten Zähne 3a vorgesehen sind, um im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 an sechs Stellen in Umfangsrichtung mit einer Phasendifferenz von 60 Grad in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Der zweite Kern 2b ist so gebildet, dass die zweiten Zähne 3b vorgesehen sind, um im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 (nicht gezeigt) an sechs Stellen in Umfangsrichtung mit der Phasendifferenz von 60 Grad in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b sind über den Zwischenkern 2c gestapelt, und sechs Paare der ersten Zähne 3a und der zweiten Zähne 3b sind vorgesehen, um mit der Phasendifferenz von 45 Grad in der Umfangsrichtung gestapelt zu sein.
Wie oben beschrieben, wird die Anzahl der ersten Zähne 3a und die Anzahl der zweiten Zähne 3b, die vorgesehen sind, um in versetzter Anordnung in der Umfangsrichtung des ersten Kerns 2a und des zweiten Kerns 2b hervorzustehen, erhöht, wodurch die auf das zu erfassende Objekt wirkende Drehmomentänderung feinfühliger erfassbar ist.
Der in den 9A bis 9C gezeigte Drehmomenterfassungssensor 1 weist eine ähnliche Konfiguration wie die in den 7A bis 7D und 8A bis 8C gezeigten Konfigurationen auf, unterscheidet sich aber von diesen in Punkten der Anzahl der im ersten Kern 2a vorgesehenen ersten Zähne 3a und der Anzahl der im zweiten Kern 2b vorgesehenen zweiten Zähne 3b. Der erste Kern 2a ist so gebildet, dass die ersten Zähne 3a vorgesehen sind, um im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 an acht Stellen in Umfangsrichtung mit der Phasendifferenz von 45 Grad in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Der zweite Kern 2b ist so gebildet, dass die zweiten Zähne 3b vorgesehen sind, um im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 (nicht gezeigt) an acht Stellen in Umfangsrichtung mit der Phasendifferenz von 45 Grad in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b sind über den Zwischenkern 2c gestapelt, und acht Paare der ersten Zähne 3a und der zweiten Zähne 3b sind vorgesehen, um mit der Phasendifferenz von 45 Grad in der Umfangsrichtung gestapelt zu sein.
Die Anzahl der ersten Zähne 3a und die Anzahl der zweiten Zähne 3b, die vorgesehen sind, um in versetzter Anordnung in der Umfangsrichtung des ersten Kerns 2a und des zweiten Kerns 2b hervorzustehen, wird erhöht, wodurch die auf das zu erfassende Objekt wirkende Drehmomentänderung feinfühliger erfassbar ist.
Die 10A bis 10C zeigen erklärende Ansichten zur Veranschaulichung von Montagekonfigurationen eines Drehmomenterfassungssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform. Obwohl der ringförmige erste Kern 2a, der Zwischenkern 2c und der zweite Kern 2b, die den gleichen Durchmesser aufweisen, in der axialen Richtung gestapelt werden, um in der gleichen Weise wie in den 7A bis 7D in den obigen Ausführungsformen als der Kern 2 integral zusammengebaut zu werden, ist vorzugsweise z.B. ein Außendurchmesser des Zwischenkerns 2c so ausgebildet ist, dass er größer als die des ersten Kerns 2a und des zweiten Kerns 2b ist, und werden vorzugsweise der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b konzentrisch von beiden Endöffnungen des Zwischenkerns 2c aus eingepasst.
10A zeigt eine Draufsicht und eine vordere Explosionsansicht eines Öffnungsendes zur Veranschaulichung eines Zustands vor dem Einfügen bzw. Einsetzen des ersten Kerns 2a und des zweiten Kerns 2b in den Zwischenkern 2c. 10B zeigt eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Öffnungsendes zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b von beiden Endöffnungen aus in den Zwischenkern 2c eingepasst sind. 10C zeigt eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung von Zuständen vor und nach dem Einsetzen des ersten Kerns 2a und des zweiten Kerns 2b in den Zwischenkern 2c. Vorzugsweise werden der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b, die von beiden Endöffnungen des Zwischenkerns 2c aus eingeführt werden, mit vorbestimmten Spalten bzw. Abständen eingepasst, wie in 10C gezeigt. Da der Zwischenkern 2c ebenso ein magnetischer Körper ist, werden magnetische Kreise in den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b, deren Phase sich um 45 Grad unterscheidet, über den Zwischenkern 2c gebildet.
Die 11 A bis 11C und 12A und 12B zeigen weitere Konfigurationen des Drehmomenterfassungssensors 1.
Der Drehmomentsensor 1 unterscheidet sich von den in den 7A bis 7D bis 9A bis 9C gezeigten Drehmomenterfassungssensoren in dem Punkt, dass der ringförmige Kernrückenabschnitt 2a1 nicht einstückig mit den ersten Zähnen 3a und der ringförmige Kernrückenabschnitt 2b1 nicht einstückig mit den zweiten Zähnen 3b ausgebildet ist.
Wie in den 11 A bis 11C gezeigt, sind insgesamt vier erste Zähne 3a vorgesehen, die in dem ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung im ersten Kern 2a vorstehen. Vier zweite Zähne 3b sind vorgesehen, um im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 mit einer vorbestimmten Phasendifferenz in Umfangsrichtung sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Innenseite hin in radialer Richtung vorzustehen. Die Konfiguration ist in den Punkten gleich, dass der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b über den Zwischenkern 2c gestapelt sind sowie die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b vorgesehen sind, um mit der Phasendifferenz von 45 Grad in der Umfangsrichtung gestapelt zu sein.
Wie in 12A gezeigt, werden die ersten Zähne 3a so montiert, dass Eingriffsabschnitte 3a1, die an äußeren Endabschnitten der ersten Zähne 3a vorgesehen sind, in der axialen Mittenrichtung in Schwalbenschwanznuten 2a2 eingepasst werden, die an einer Innenumfangsoberfläche des Kernrückenabschnitts 2a1 vorgesehen sind. Bei jedem der ersten Zähne 3a ist der erste Isolator 4a in einem Zustand angebracht, in dem er vom Kernrückenabschnitt 2a1 entfernt ist, und die erste Spule 5a wird um den ersten Isolator 4a gewickelt. Dieser wird so montiert, dass der Eingriffsabschnitt 3a1 in axialer Mittenrichtung in die Schwalbenschwanznut 2a2, die im Kernrückenabschnitt 2a1 des ersten Kerns 2a ausgebildet ist, eingepasst wird. Was eine Montagestruktur der zweiten Zähne 3b in Bezug auf den Kernrückenabschnitt 2b1 des zweiten Kerns 2b betrifft, so werden die zweiten Zähne 3b durch Einpassen von Eingriffsabschnitten 3b1 in Schwalbenschwanznuten 2b2 in der axialen Mittenrichtung auf die gleiche Weise wie die ersten Zähne 3a montiert (siehe 11A bis 11C).
Wie in 12B gezeigt, sind vorzugsweise Vorsprünge 2a3 an der Innenumfangsoberfläche des Kernrückenabschnitts 2a1 ausgebildet und Aussparungen 3a2 an äußeren Endabschnitten in der radialen Richtung der ersten Zähne 3a vorgesehen, wobei die Vorsprünge 2a3 in die Aussparungen 3a2 eingepasst werden, um dadurch die ersten Zähne 3a an dem Kernrückenabschnitt 2a1 zur Innenseite der radialen Richtung hin zu montieren. In diesem Kernzustand ist der Freiheitsgrad bei der Montage der ersten Zähne 3a am ersten Kern 2a und der Montage der zweiten Zähne 3b am zweiten Kern 2b hoch; daher ist die Montierbarkeit gut.
Die 13A bis 13C zeigen eine weitere Ausführungsform des Drehmomenterfassungssensors. Alle in den 7A bis 7D bis 12A bis 12C gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf Sensoren vom Innen-Typ, bei denen ein festes Wellenmaterial als das zu erfassende Objekt angenommen wird. Das heißt, die Zähne sind vorgesehen, um im Kern auf der Innenseite in radialer Richtung vorzustehen. Der Sensortyp ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann ebenso ein Sensor vom Außen-Typ verwendet werden, bei dem eine Drehmomentänderung auch dann erfasst werden kann, wenn das zu erfassende Objekt ein zylindrisches Material (Hohlwelle) ist. Das heißt, es sind Zähne vorgesehen, um im Kern auf einer Außenseite in radialer Richtung vorzustehen.
Die 13A bis 13C zeigen eine Vorderansicht des Drehmomenterfassungssensors, eine Seitenansicht und eine Perspektivansicht zur Veranschaulichung eines Zustands vor der Montage.
In den 13A bis 13C ist der Kern 2 so gebildet, dass der ringförmige erste Kern 2a, der Zwischenkern 2c und der zweite Kern 2b einstückig gestapelt sind. Im ersten Kern 2a sind insgesamt vier erste Zähne 3a vorgesehen, die im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2a1 in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Phasendifferenz sowie an gegenüberliegenden Positionen zu einer Außenseite in radialer Richtung vorstehen. Im zweiten Kern 2b sind insgesamt vier zweite Zähne 3b vorgesehen, die im ringförmigen Kernrückenabschnitt 2b1 in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Phasendifferenz sowie an gegenüberliegenden Positionen zur Außenseite in radialer Richtung vorstehen. Die ersten Spulen 5a sind über die ersten Isolatoren 4a um die ersten Zähne 3a gewickelt, und die zweiten Spulen 5b sind über die zweiten Isolatoren 4b um die zweiten Zähne 3b gewickelt. Der erste Kern 2a und der zweite Kern 2b sind über den Zwischenkern 2c gestapelt, und die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b sind mit einer Phasendifferenz von 45 Grad in Umfangsrichtung gestapelt bzw. gesetzt, um z.B. vier Zahnpaare zu bilden.
Der oben beschriebene Drehmomenterfassungssensor 1 wird konzentrisch in ein hohles Loch des zu erfassenden Objekts S (Hohlwelle) eingesetzt, und die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3a sind so montiert, dass sie einer Innenumfangsoberfläche des zu erfassenden Objekts S zugewandt sind. Dementsprechend werden magnetische Kreise, die das zu erfassende Objekt S einschließen, zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3a gebildet, die in der versetzten Anordnung vorgesehen sind, und eine Drehmomentänderung kann über Magnetpfadkomponenten von ±45 Grad erfasst werden.
Wie oben beschrieben, kann der Sensor nicht nur die Drehmomentänderung der Vollwelle, sondern ebenso der Hohlwelle als das zu erfassende Objekt S erfassen, was die Vielseitigkeit verbessert.
Nachstehend sind Vergleichsbeispiele zu den obigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf 14 bis 17 beschrieben. Eine vergleichende Erläuterung erfolgt im Folgenden unter Bezugnahme auf die entfalteten Ansichten des Kerns 2.
14 zeigt eine Vergleichsanordnungsansicht von Magnetpolen, die an den Zähnen durch Erregung gebildet werden, die nicht auf den Drehmomenterfassungssensor 1 der ersten Ausführungsform (1) angewendet werden kann. Wie in einer oberen Stufe von 14 gezeigt, dürfen bei den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b, die in versetzter Anordnung im Kern 2 vorgesehen sind, nicht zwei Spulen um einen Zahn gewickelt werden.
Zum Beispiel sind, wie in der oberen Stufe von 14 gezeigt, die ersten Spulen 5a (NA), die mit dem ersten Erregerkreis 6a verbunden sind (siehe gestrichelte Linie), und die ersten Spulen 5a (NB), die mit dem zweiten Erregerkreis 6b verbunden sind (siehe durchgezogene Linie), gemeinsam um die ersten Zähne 3a gewickelt.
Insbesondere gibt es einen Fall, in dem eine NA-Spule auf einer inneren Umfangsseite des ersten Zahns 3a und eine NB-Spule auf einer äußeren Umfangsseite gewickelt ist, wie in 15A gezeigt, und einen Fall, in dem die NA-Spule entlang einer Längsrichtung des ersten Zahns 3a auf einer äußeren Seite in radialer Richtung gewickelt ist und die NB-Spule auf einer inneren Seite in radialer Richtung gewickelt ist.
In diesem Fall werden, wie in einer unteren Stufe von 14 gezeigt, magnetische Pfade in Pfeilrichtungen (NA→SA), (NB→SA) und magnetische Pfade in Pfeilrichtungen (NA→SB), (NB→SB) mit unterschiedlichen Neigungen jeweils zwischen dem ersten Zahn 3a und dem zweiten Zahn 3b gebildet, um sich auf demselben ersten Zahn 3a zu überlappen (siehe die langen Rahmen E1, E2).
Wie oben beschrieben, werden zwischen demselben ersten Zahn 3a und den mehreren zweiten Zähnen 3b jeweils magnetischen Pfade mit +45 Grad (NA→SA und NB→SA) und magnetischen Pfade mit -45 Grad (NA→SB und NB→SB) in Pfeilrichtung gebildet. Dementsprechend werden die magnetischen Flüsse in benachbarten magnetischen Pfaden, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden, einander entgegengesetzt und heben sich auf, was die Messempfindlichkeit verringert. Außerdem sind mehrere Spulen um einen Zahnabschnitt (den ersten Zahn 3a) gewickelt; daher wird ein erzeugter Magnetflussbetrag reduziert und die Messempfindlichkeit weiter verringert.
16 zeigt eine Vergleichsanordnungsansicht des Kerns und von Magnetpolen, die an den Zähnen durch Erregung gebildet werden, die nicht auf den Drehmomenterfassungssensor 1 der zweiten Ausführungsform (3) angewendet werden kann.
Wie in einer oberen Stufe von 16 gezeigt, ist es schwierig, Drehmomentkomponenten mit unterschiedlichen Richtungen im gleichen Erregerkreis zu messen. Das heißt, der erste Erregerkreis 6a (siehe gestrichelte Linie) ist um die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b gewickelt, die zu +45 Grad in Umfangsrichtung angeordnet sind, und ist ebenso um die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b gewickelt, die zu -45 Grad in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b in versetzter Anordnung im Kern 2 vorgesehen sind.
In ähnlicher Weise ist der zweite Erregerkreis 6b (siehe durchgezogene Linie) um die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b gewickelt, die zu +45 Grad in Umfangsrichtung angeordnet sind, und ebenso um die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b gewickelt, die zu -45 Grad in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Als Ergebnis werden, wie in einer unteren Stufe von 16 gezeigt, magnetische Pfade (NA→SA) mit der Neigung von +45 Grad in einer Pfeilrichtung in Bezug auf die axiale Mittenrichtung (vertikale Richtung in den Zeichnungen) und magnetische Pfade (NB→SB) mit der Neigung von -45 Grad jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b in dem ersten Erregerkreis 6a und dem zweiten Erregerkreis 6b gebildet (siehe die langen Rahmen E1, E2). Dementsprechend werden die magnetischen Flüsse in benachbarten magnetischen Pfaden, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden, einander entgegengesetzt und heben sich auf, wodurch es schwierig wird, das Drehmoment zu messen.
17 zeigt eine Vergleichsanordnungsansicht des Kerns und von Magnetpolen, die an den Zähnen durch Erregung gebildet werden, die nicht auf den Drehmomenterfassungssensor 1 der dritten Ausführungsform (5) angewendet werden kann.
In einer oberen Stufe von 17 sind die Verdrahtungen des ersten Erregerkreises 6a (siehe gestrichelte Linie) und des zweiten Erregerkreises 6b (siehe durchgezogene Linie) bei den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b, die in versetzter Anordnung im Kern 2 vorgesehen sind, die gleichen wie in 5. Wie in einer unteren Stufe von 17 gezeigt, sind die Richtungen der ersten Spulen 5a, die um die ersten Zähne 3a gewickelt sind, jedoch entgegengesetzt.
Infolgedessen werden, wie in der unteren Stufe von 17 gezeigt, ein magnetischer Pfad (NA→SA) mit der Neigung von +45 Grad und ein magnetischer Pfad (NA→SA) mit der Neigung von -45 Grad in Pfeilrichtungen jeweils zwischen demselben ersten Zahn 3a und mehreren zweiten Zähnen 3b gebildet, zum Beispiel im ersten Erregerkreis 6a. Dementsprechend werden die magnetischen Flüsse in benachbarten magnetischen Pfaden, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden, einander entgegengesetzt und heben sich auf, was die Empfindlichkeit verringert.
In ähnlicher Weise werden ein magnetischer Pfad (NB→SB) mit der Neigung von +45 Grad und ein magnetischer Pfad (NB→SB) mit der Neigung von -45 Grad in Pfeilrichtungen jeweils zwischen demselben ersten Zahn 3a und mehreren zweiten Zähnen 3b im zweiten Erregerkreis 6b gebildet. Dementsprechend werden die magnetischen Flüsse in benachbarten magnetischen Pfaden, die zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b gebildet werden, einander entgegengesetzt und heben sich auf, was die Empfindlichkeit verringert.
Wie oben erläutert, sind die mehreren ersten Zähne 3a und zweiten Zähne 3b vorgesehen, um in versetzter Anordnung in dem ringförmigen Kern 2 in der Umfangsrichtung vorzustehen, und die mehreren Erregerkreise, in denen die ersten Spulen 5a und die zweiten Spulen 5b mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen um die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b gewickelt sind, sind in Reihe geschaltet; daher können der ringförmige Kern 2a, die ersten Zähne 3a und die zweiten Zähne 3b durch Fertigungsprozesse gefertigt werden, die einem laminierten Kern ähnlich sind, der für einen Statorkern eines Motors verwendet wird, und die ersten Spulen 5a und die zweiten Spulen 5b können unter Verwendung einer Wickelmaschine gewickelt werden; daher kann der Sensor in der radialen Richtung in der Größe reduziert und zu niedrigen Kosten in Massenproduktion hergestellt werden.
Ferner werden die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von +45 Grad und die mehreren magnetischen Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung jeweils zwischen den ersten Zähnen 3a und den zweiten Zähnen 3b durch das zu erfassende Objekt hindurch durch Erregung der mehreren Erregerkreise gebildet. Dementsprechend können Druckspannung und Zugspannung, die über den gesamten Umfang des zu erfassenden Objekts erzeugt werden, feinfühlig erfasst werden, ohne die Erfassungsempfindlichkeit zu verringern, indem die Änderung der magnetischen Permeabilität als Änderung der Spulenimpedanz in den mehreren magnetischen Kreisen gemessen wird.
Der Drehmomenterfassungssensor 1 der Ausführungsform kann nicht nur Drehmomente der Vollwelle, sondern ebenso der Hohlwelle als das zu erfassende Objekt S erfassen.
Vorstehend sind der Kern 2 und die Zähne 3 bei dem laminierten Typ erläutert; der Kern 2 und die Zähne 3 sind jedoch nicht darauf beschränkt, sondern können durch maschinelle Bearbeitung oder Drahtschneiden eines blockförmigen magnetischen Materials oder anhand anderer Verfahren gebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6483778 [0003]

Claims

Drehmomenterfassungssensor (1) eines Selbsterregungstyps, der eine Variation von magnetischer Permeabilität durch Variation von Spulenimpedanz in magnetischen Kreisen misst, die zwischen einem Kern (2) und einem zu erfassenden Objekt (S) gebildet werden, indem Spulen erregt werden, die um Zähne gewickelt sind, die vorgesehen sind, um von dem ringförmigen Kern (2), der um das zu erfassende Objekt (S) herum vorgesehen ist, an mehreren Stellen vorzustehen, wobei der Sensor aufweist: - erste Zähne (3a) und zweite Zähne (3b), die vorgesehen sind, um in versetzter Anordnung im ringförmigen Kern (2) in einer Umfangsrichtung vorzustehen; und - mehrere Erregerkreise (6a, 6b), in denen erste Spulen (5a) und zweite Spulen (5b) mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen, die um die ersten Zähne (3a) und die zweiten Zähne (3b) gewickelt sind, in Reihe geschaltet sind, wobei - mehrere magnetische Pfade mit einer Neigung von +45 Grad und mehrere magnetische Pfade mit einer Neigung von -45 Grad in Bezug auf eine axiale Mittenrichtung jeweils durch das zu erfassende Objekt (S) zwischen den ersten Zähnen (3a) und den zweiten Zähnen (3b) durch Erregung der mehreren Erregerkreise (6a, 6b) gebildet werden.
Drehmomenterfassungssensor (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten Spulen (5a) und die zweiten Spulen (5b), die mit demselben Erregerkreis in Reihe geschaltet sind, jeweils um die ersten Zähne (3a) und die zweiten Zähne (3b) gewickelt sind, die magnetischen Pfade mit der Neigung von +45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung bildend, die ersten Spulen (5a) und die zweiten Spulen (5b), die mit demselben Erregerkreis in Reihe geschaltet sind, jeweils um die ersten Zähne (3a) und die zweiten Zähne (3b) gewickelt sind, die magnetischen Pfade mit der Neigung von -45 Grad in Bezug auf die axiale Mittenrichtung bildend, und die ersten Zähne (3a) und die zweiten Zähne (3b), die in dem ringförmigen Kern (2) in der Umfangsrichtung einander benachbart sind, abwechselnd zu N-Polen und S-Polen erregt werden.
Drehmomenterfassungssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend: - einen ersten Erregerkreis (6a), der eine Erregung von der ersten Spule (5a), die um den ersten Zahn (3a) gewickelt ist, zu der zweiten Spule (5b), die um den zweiten Zahn (3b) mit einer Phasendifferenz von +45 Grad in der Umfangsrichtung gewickelt ist, ausführt, und eine Erregung von der zweiten Spule (5b), die um einen anderen zweiten Zahn (3b) gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule (5a), die um einen anderen ersten Zahn (3a) mit der Phasendifferenz von +45 Grad gewickelt ist, ausführt; und - einen zweiten Erregerkreis (6b), der eine Erregung von der ersten Spule (5a), die um den ersten Zahn (3a) gewickelt ist, zu der zweiten Spule (5b), die um den zweiten Zahn (3b) mit einer Phasendifferenz von -45 Grad gewickelt ist, ausführt, und eine Erregung von der zweiten Spule (5b), die um einen anderen zweiten Zahn (3b) gewickelt ist, der in der Umfangsrichtung verdrahtet ist, zu der ersten Spule (5a), die um einen anderen ersten Zahn (3a) mit der Phasendifferenz von - 45 Grad gewickelt ist, ausführt.
Drehmomenterfassungssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor ein Selbsterregungssensor ist, der eine Variation von magnetischer Permeabilität durch Variation von Spulenimpedanz in magnetischen Kreisen misst, die zwischen dem Kern (2) und dem zu erfassenden Objekt (S) gebildet werden, durch Erregung der ersten Spulen (5a), die um die ersten Zähne (3a) gewickelt sind, und der zweiten Spulen (5b), die um die zweiten Zähne (3b) gewickelt sind, die so vorgesehen sind, dass sie in versetzter Anordnung im Kern (2) vorstehen.