JP2008076066A - Sensor assembly - Google Patents

Sensor assembly Download PDF

Info

Publication number
JP2008076066A
JP2008076066A JP2006252315A JP2006252315A JP2008076066A JP 2008076066 A JP2008076066 A JP 2008076066A JP 2006252315 A JP2006252315 A JP 2006252315A JP 2006252315 A JP2006252315 A JP 2006252315A JP 2008076066 A JP2008076066 A JP 2008076066A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
sensor
detection
torque
sensor assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006252315A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Murakami
武司 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Electronics Industries Co Ltd
Original Assignee
Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koyo Electronics Industries Co Ltd filed Critical Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority to JP2006252315A priority Critical patent/JP2008076066A/en
Publication of JP2008076066A publication Critical patent/JP2008076066A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To heighten detection accuracy, and to miniaturize as a device. <P>SOLUTION: This sensor assembly 10 is equipped with a detection shaft 14, an angle sensor 40 mounted on the detection shaft 14, and a noncontact magnetostrictive type torque sensor 48 mounted on the detection shaft 14 adjacently to the angle sensor 40. The detection shaft 14 is interposed between a transmitting shaft for transmitting a rotating torque when being used and a transmitted shaft to which the rotating torque is transmitted, and the rotating torque transmitted from the transmitting shaft to the transmitted shaft and a rotation angle by the rotating torque are detected by both sensors 40, 48. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転角度を検出する角度センサと、回転トルクを検出するトルクセンサとを備えるセンサアセンブリに関する。   The present invention relates to a sensor assembly including an angle sensor that detects a rotation angle and a torque sensor that detects a rotation torque.

従来のセンサアセンブリには図10で示すトルク制御式パルスツールに組み込まれたものがある。図10のトルク制御式パルスツールは特開平8−267368号公報の図1に開示されたツールである。図10で示す符号は同公報に付されている符号である。図10でその概略構成を示すように、角度センサ100を取り付けたシャフトと、トルクセンサ200を取り付けたシャフトとは、別体であり、これら両シャフトは矢印で示す締結箇所300で接続された構成になっている。このトルク制御式パルスツールでは、角度センサ100とトルクセンサ200とが別々のシャフトに取り付けられているから、角度センサ100とトルクセンサ200それぞれの取り付け誤差、上記締結部300での回転すべりが、検出精度に影響し、回転トルクの伝達制御誤差となるおそれがある。   Some conventional sensor assemblies are incorporated in the torque controlled pulse tool shown in FIG. The torque-controlled pulse tool shown in FIG. 10 is the tool disclosed in FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 8-267368. The code | symbol shown in FIG. 10 is a code | symbol attached | subjected to the same gazette. As shown in the schematic configuration in FIG. 10, the shaft to which the angle sensor 100 is attached and the shaft to which the torque sensor 200 is attached are separate bodies, and both the shafts are connected at a fastening point 300 indicated by an arrow. It has become. In this torque control type pulse tool, since the angle sensor 100 and the torque sensor 200 are attached to different shafts, the mounting error of the angle sensor 100 and the torque sensor 200 and the rotational slip at the fastening portion 300 are detected. This may affect the accuracy and may result in a rotational torque transmission control error.

従来から、角度センサ機能を持ったトルクセンサが提案されているが、その構成は、図11で示すようにシャフト400の軸心方向に間隔を隔てた設けた2つの円盤からなる角度センサ500,600のねじり量をトルクに換算するものであり、トルク検出の分解能を上げるには上記2つの角度センサ500,600の間隔を大きくする必要があるためにシャフト400の長大化を招く。また、シャフト400の長さを抑制して回路処理で行う場合では、複雑高価な回路が必要となってくる。
特開平8−267368号公報
Conventionally, a torque sensor having an angle sensor function has been proposed. As shown in FIG. 11, the configuration of the angle sensor 500 includes two disks provided with a space in the axial direction of the shaft 400. The torsion amount of 600 is converted into torque, and in order to increase the resolution of torque detection, it is necessary to increase the distance between the two angle sensors 500 and 600, which leads to an increase in the length of the shaft 400. In addition, in the case where the length of the shaft 400 is suppressed and circuit processing is performed, a complicated and expensive circuit is required.
JP-A-8-267368

本発明により解決すべき課題は、検出精度を上げかつ装置として小型化を図ることである。   The problem to be solved by the present invention is to increase the detection accuracy and reduce the size of the apparatus.

本発明によるセンサアセンブリは、トルク伝達経路内の複数のシャフト間に介装される単一の検出シャフトを備え、この検出シャフト上に該検出シャフトの回転量(角度)を検出する角度センサを取り付けると共にさらにこの検出シャフト上に非接触磁歪式トルクセンサを上記角度センサに近接配置したことを特徴とするものである。   A sensor assembly according to the present invention includes a single detection shaft interposed between a plurality of shafts in a torque transmission path, and an angle sensor for detecting a rotation amount (angle) of the detection shaft is mounted on the detection shaft. In addition, a non-contact magnetostrictive torque sensor is arranged on the detection shaft in proximity to the angle sensor.

上記センサは実施の形態のように回路基板に取り付けることに限定されず全体を樹脂で一体成型したりして適宜の取り付け部材ないしは機構を介して検出シャフト上に取り付けることも含むことができる。   The sensor is not limited to being attached to the circuit board as in the embodiment, and may include attaching the whole to the detection shaft through an appropriate attachment member or mechanism by integrally molding with resin.

この回転検出には回転角度、回転数等を含むことができる。   This rotation detection can include a rotation angle, a rotation speed, and the like.

本発明によると、角度センサとトルクセンサとが単一の検出シャフトに近接して取り付けた構成になっているから、それら角度センサとトルクセンサそれぞれの取り付け誤差はそれぞれを別々のシャフトに取り付けた場合よりも小さく抑制することができるようになり、また、従来の角度センサ取り付けシャフトとトルクセンサ取り付けシャフトとが締結部で接続されていたことによる回転すべり等が無くなり回転トルクの伝達制御誤差を小さく抑制することができるようになる。さらに、本発明では、トルク検出の分解能を上げるべく検出シャフトの長さを長くする必要もないから、センサアセンブリとして小型化の実現が可能となることに加えて、互いに検出上、独立しているから、互いに近接配置することにより、より検出シャフトを短尺にして小型化を図ることができるようになる。   According to the present invention, since the angle sensor and the torque sensor are mounted close to a single detection shaft, the mounting error of each of the angle sensor and the torque sensor is a case where each is mounted on a separate shaft. It is possible to reduce the rotational torque transmission control error and the rotational slip due to the fact that the conventional angle sensor mounting shaft and torque sensor mounting shaft are connected at the fastening portion is eliminated. Will be able to. Furthermore, in the present invention, since it is not necessary to increase the length of the detection shaft in order to increase the resolution of torque detection, the sensor assembly can be miniaturized, and in addition, they are independent in detection. Therefore, by arranging them close to each other, the detection shaft can be made shorter and the size can be reduced.

本発明の好適な一態様は、上記検出シャフトに回転自在にかつ間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を対向配置し、上記トルクセンサを、両回路基板の対向間のシャフト部分と、このシャフト部分の磁気特性変化を非接触で検出する磁気センサとにより構成することである。   In a preferred aspect of the present invention, a pair of disk-shaped circuit boards mounted with circuit parts for electrically processing the detection signals of the two sensors at a distance from the detection shaft are arranged opposite to each other, The torque sensor is constituted by a shaft portion between the two circuit boards facing each other and a magnetic sensor for detecting a change in magnetic characteristics of the shaft portion in a non-contact manner.

本発明の好適な一態様は、上記検出シャフトに、一対のベアリングを所定間隔隔てて設け、両ベアリング間のシャフト部分に、回転自在でかつ所定間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を対向配置し、上記角度センサを一方のベアリングと一方の回路基板との対向間のシャフト部分に設け、両回路基板の対向間のシャフト部分にトルクセンサを設けることである。   In a preferred aspect of the present invention, a pair of bearings are provided at a predetermined interval on the detection shaft, and the detection signals of the two sensors are electrically transmitted to the shaft portion between the bearings at a predetermined interval. A pair of disk-like circuit boards loaded with circuit components to be processed are arranged opposite to each other, and the angle sensor is provided in a shaft portion between one bearing and one circuit board, and a shaft between both circuit boards is opposed to each other. It is to provide a torque sensor in the part.

本発明の好適な一態様は、一方のベアリングをダブルベアリングとすると共にこのダブルベアリングに円筒ハウジングを被せ付け、上記角度センサを、該円筒ハウジングの内側面と一方の回路基板の基板面とに検出シャフトの軸心方向で対向して取り付けた発光手段と受光手段と、これら発光と受光の両手段間に検出シャフトと一体回転可能に介装したスリット付き回転板とにより光学式エンコーダ構成とすることである。   According to a preferred aspect of the present invention, one bearing is a double bearing and a cylindrical housing is placed on the double bearing, and the angle sensor is detected on the inner surface of the cylindrical housing and the substrate surface of one circuit board. A light encoder and a light receiver mounted opposite to each other in the axial direction of the shaft, and a rotary plate with a slit interposed between the light emitter and the light receiver so as to rotate integrally with the detection shaft, to form an optical encoder configuration. It is.

本発明の好適な一態様は、上記検出シャフトに、一対のベアリングを所定間隔隔てて設け、両ベアリング間のシャフト部分に、回転自在でかつ所定間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を設け、両回路基板の対向間のシャフト部分に上記角度センサと上記トルクセンサとを設けることである。   In a preferred aspect of the present invention, a pair of bearings are provided at a predetermined interval on the detection shaft, and the detection signals of the two sensors are electrically transmitted to the shaft portion between the bearings at a predetermined interval. A pair of disk-like circuit boards on which circuit components to be processed are mounted is provided, and the angle sensor and the torque sensor are provided on a shaft portion between the opposite sides of both circuit boards.

本発明の好適な一態様は、上記角度センサを、上記両回路基板の対向基板面に検出シャフトの軸心方向で対向して取り付けた発光手段と受光手段と、これら発光と受光の両手段間のシャフト部分に該シャフト部分と一体回転可能に介装したスリット付き回転板とにより光学式エンコーダ構成とすることである。   In a preferred aspect of the present invention, the angle sensor is mounted on the opposing substrate surfaces of the circuit boards so as to face each other in the axial direction of the detection shaft, and between the light emission and light reception means. An optical encoder configuration is formed by a rotating plate with a slit interposed in the shaft portion so as to be integrally rotatable with the shaft portion.

本発明によれば、検出精度を上げかつ装置として小型化を図ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, detection accuracy can be raised and size reduction as an apparatus can be achieved.

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るセンサアセンブリを説明する。   Hereinafter, a sensor assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、実施の形態のセンサアセンブリ10の使用状態を示す。このセンサアセンブリ10は、図1では図上表れていない非接触式の角度センサと非接触磁歪式のトルクセンサとを内蔵するセンサカバー12が装着されている検出シャフト14が示されている。この検出シャフト14は、使用時に回転トルクを伝達する伝達シャフト16と、この回転トルクが伝達される被伝達シャフト18との間に締結部20,21で締結された状態で介装され、伝達シャフト16から被伝達シャフト18に伝達される回転トルクと、この回転トルクによる回転角度とを上記センサカバー12内の上記両センサで検出することができるようにしたものである。伝達シャフト16はモータ等の駆動装置22で回転駆動され、被伝達シャフト18は先端に測定対象の回転体23が装着されその回転体23が液体や固溶体等24に漬けられ上記伝達シャフト16の回転により矢印向きに回転駆動されるようになっている。   FIG. 1 shows a use state of the sensor assembly 10 of the embodiment. The sensor assembly 10 includes a detection shaft 14 on which a sensor cover 12 containing a non-contact angle sensor and a non-contact magnetostrictive torque sensor not shown in FIG. 1 is mounted. The detection shaft 14 is interposed between a transmission shaft 16 that transmits rotational torque in use and a transmitted shaft 18 that transmits the rotational torque, in a state where the detection shaft 14 is fastened by fastening portions 20 and 21. The rotational torque transmitted from 16 to the transmitted shaft 18 and the rotational angle due to this rotational torque can be detected by the two sensors in the sensor cover 12. The transmission shaft 16 is rotationally driven by a driving device 22 such as a motor, and the transmitted shaft 18 is mounted with a rotating body 23 to be measured at the tip, and the rotating body 23 is immersed in a liquid or a solid solution 24 to rotate the transmission shaft 16. Is rotated in the direction of the arrow.

図2は上記センサアセンブリ10による検出構成を示す。このセンサアセンブリ10はセンサカバー12で内部が磁気シールドされ、インターフェースコネクタ26を通じてトルク検出信号と角度検出信号とが出力することができるようになっている。   FIG. 2 shows a detection configuration by the sensor assembly 10. The sensor assembly 10 is magnetically shielded by a sensor cover 12 so that a torque detection signal and an angle detection signal can be output through the interface connector 26.

図3(a)に、非接触磁歪式トルクセンサによるトルク検出信号の変化を示す。図3(a)では横軸にトルク、縦軸にトルクセンサ検出信号(センサ出力電圧)をとっている。図3(b)に角度検出信号を示す。図3(b)の横軸は角度すなわち検出シャフト14の回転量をとる。図3(a)、図3(b)それぞれの検出信号の信号形態で示すように実施形態のセンサアセンブリ10では、角度センサと非接触磁歪式トルクセンサは個別に角度検出信号、トルク検出信号を出力することができる。   FIG. 3A shows a change in the torque detection signal by the non-contact magnetostrictive torque sensor. In FIG. 3A, the horizontal axis represents torque, and the vertical axis represents a torque sensor detection signal (sensor output voltage). FIG. 3B shows an angle detection signal. The horizontal axis in FIG. 3B represents the angle, that is, the amount of rotation of the detection shaft 14. 3A and 3B, in the sensor assembly 10 according to the embodiment, the angle sensor and the non-contact magnetostrictive torque sensor individually receive the angle detection signal and the torque detection signal. Can be output.

図4および図5にセンサアセンブリ10の構成例を示す。   4 and 5 show a configuration example of the sensor assembly 10.

まず、図4を参照してセンサアセンブリ10を説明する。   First, the sensor assembly 10 will be described with reference to FIG.

上記検出シャフト14に、一対のベアリング28,30が所定間隔隔てて設けられている。一方のベアリング28はダブルベアリング構成である。これらベアリング28,30は、検出シャフト14に固定された内輪と、外輪と、両輪間に介装された複数のボールとから構成されたボールベアリングが好ましい。ダブルベアリングは、軸心方向2列の内輪と、同じく軸心方向2列の外輪と、これら両列の内・外輪間に転動自在に配置された複数の転動体であるボールから構成されている。   A pair of bearings 28 and 30 are provided on the detection shaft 14 at a predetermined interval. One bearing 28 has a double bearing configuration. These bearings 28 and 30 are preferably ball bearings composed of an inner ring fixed to the detection shaft 14, an outer ring, and a plurality of balls interposed between the two rings. The double bearing is composed of two rows of inner rings in the axial direction, two outer rows in the same axial direction, and balls that are a plurality of rolling elements arranged so as to roll between the inner and outer rings in both rows. Yes.

ダブルベアリング28には円筒ハウジング32が被せ付けられている。両ベアリング28,30の対向間には円盤状の回路基板34,36が対向配置されている。両回路基板34,36の基板中心には検出シャフト14の直径よりも大径の開口が形成されており、当該両回路基板34,36それぞれは検出シャフト14が回転しても該検出シャフト14に対して一体回転しない構成になっている。円筒ハウジング32および回路基板34,36は、センサカバー38で囲まれている。円筒ハウジング32、回路基板34,36およびセンサカバー38はベアリング28,30それぞれの外輪と一体回転する。これにより、円筒ハウジング32と、回路基板34,36と、センサカバー38は、検出シャフト14が回転しても回転しない構成になっている。回路基板36には上記インターフェースコネクタ26が配置されている。両回路基板34,36には当該センサアセンブリ10の回路構成部品が搭載されている。   A cylindrical housing 32 is put on the double bearing 28. Between the bearings 28 and 30, disk-shaped circuit boards 34 and 36 are arranged to face each other. An opening having a diameter larger than the diameter of the detection shaft 14 is formed at the center of both the circuit boards 34 and 36, and each of the circuit boards 34 and 36 is connected to the detection shaft 14 even when the detection shaft 14 rotates. On the other hand, it does not rotate integrally. The cylindrical housing 32 and the circuit boards 34 and 36 are surrounded by a sensor cover 38. The cylindrical housing 32, the circuit boards 34 and 36, and the sensor cover 38 rotate integrally with the outer rings of the bearings 28 and 30, respectively. Accordingly, the cylindrical housing 32, the circuit boards 34 and 36, and the sensor cover 38 are configured not to rotate even when the detection shaft 14 rotates. The interface connector 26 is disposed on the circuit board 36. The circuit components of the sensor assembly 10 are mounted on both circuit boards 34 and 36.

実施形態の角度センサ40は、光学式ロータリエンコーダの構成になっている。すなわち、角度センサ40は、ベアリング28を覆う円筒ハウジング32の内側面32aに固定された発光ダイオード42と、一方の回路基板34の基板面に固定されたフォトダイオード44と、これら両ダイオード42,44間の検出シャフト部分に一体回転可能に固定されたスリット付き回転板46とにより構成されている。   The angle sensor 40 of the embodiment has a configuration of an optical rotary encoder. That is, the angle sensor 40 includes a light emitting diode 42 fixed to the inner surface 32a of the cylindrical housing 32 covering the bearing 28, a photodiode 44 fixed to the substrate surface of one circuit board 34, and both the diodes 42, 44. It is comprised by the rotating plate 46 with a slit fixed to the detection shaft part between them so that integral rotation was possible.

トルクセンサ48は、非接触磁歪式トルクセンサであり、両回路基板34,36の対向間のトルク応力で磁気特性が変化するシャフト部分50と、このシャフト部分50の磁気特性変化を非接触で検出する磁気センサ52とにより構成されている。磁気センサ52は両回路基板34,36間に渡された基板54に搭載されている。磁気センサ52はこの搭載でシャフト部分50に平行に対向している。   The torque sensor 48 is a non-contact magnetostrictive torque sensor, and the shaft portion 50 whose magnetic characteristics change due to the torque stress between the opposing circuit boards 34 and 36 and the change in magnetic characteristics of the shaft portion 50 are detected in a non-contact manner. And a magnetic sensor 52 that performs the above operation. The magnetic sensor 52 is mounted on a board 54 that is passed between the circuit boards 34 and 36. With this mounting, the magnetic sensor 52 faces the shaft portion 50 in parallel.

具体的に、上記シャフト部分50には、磁性材、非磁性材、複合磁性材(日立金属技報Vol.13(1997)の第33ページ掲載)を用いることができる。このシャフト部分50に磁歪式トルクセンサ機能を持たせるには、
(1)シャフト部分50に直接、着磁を行った着磁部とする(特許第3164590号参照)
(2)シャフト部分50に磁化したリング形状物を固定する(特表平9−511832号参照)。
Specifically, a magnetic material, a non-magnetic material, and a composite magnetic material (published on page 33 of Hitachi Metals Technical Report Vol. 13 (1997)) can be used for the shaft portion 50. In order to give this shaft portion 50 a magnetostrictive torque sensor function,
(1) A magnetized portion in which the shaft portion 50 is directly magnetized (see Japanese Patent No. 3164590)
(2) A magnetized ring-shaped object is fixed to the shaft portion 50 (refer to Japanese Patent Publication No. 9-511832).

(3)シャフト部分50に所定の加工(例えば磁気異方性の付与加工)を施した着磁部とする(特許第2811980号参照)
(4)シャフト部分に上記所定の加工を施したリング形状物を固定する((株)クボタホームページのトルクデューサー参照)
の構成とすることができる。
(3) A magnetized portion in which the shaft portion 50 is subjected to predetermined processing (for example, processing for imparting magnetic anisotropy) (see Japanese Patent No. 2811980).
(4) Fix the ring-shaped object that has been subjected to the above-mentioned processing on the shaft (see Torque ducer on the Kubota website)
It can be set as this structure.

それぞれを実現するために、まず、検出シャフト14に磁性材を用いる場合では、上記(1)(3)で示すようにシャフト部分50を磁化させるとか、あるいは、磁束を通す構成とする。この場合、上記(1)では外部から検出シャフト14を通る磁束の影響を低減するため、着磁を行う箇所のみを磁性化する場合、複合磁性材も使用材料の候補とすることができる。一方、検出シャフト14に非磁性材を用いる場合では、上記(2)(4)で示すように検出シャフト14自体は磁化させない。磁束を検出シャフト14内に伝達させないために必要である。   In order to realize each, first, when a magnetic material is used for the detection shaft 14, the shaft portion 50 is magnetized as shown in the above (1) and (3), or the magnetic flux is passed. In this case, in the above (1), in order to reduce the influence of the magnetic flux passing through the detection shaft 14 from the outside, when only the portion to be magnetized is magnetized, the composite magnetic material can also be a candidate for the material to be used. On the other hand, when a non-magnetic material is used for the detection shaft 14, the detection shaft 14 itself is not magnetized as shown in (2) and (4) above. This is necessary to prevent the magnetic flux from being transmitted into the detection shaft 14.

上記構成を備えたセンサアセンブリ10においては、単一の検出シャフト14に、角度センサ機能、トルクセンサ機能を持たせ、かつ、検出信号を取り出す角度センサ40やトルクセンサ48のセンサ部分であるフォトダイオード44と磁気センサ52は検出シャフト14に非接触の構成であるから、角度センサ40とトルクセンサ48とを従来のように別々のシャフトに取り付けこれらを締結部で接続連結した構成ではなく単一の検出シャフト14に組み付けることが可能となり、別々のシャフトに組み付けることによる組み付け誤差、締結部でのすべりによる出力誤差等が解消される。   In the sensor assembly 10 having the above-described configuration, a single detection shaft 14 is provided with an angle sensor function and a torque sensor function, and a photodiode that is a sensor portion of the angle sensor 40 or the torque sensor 48 that extracts a detection signal. 44 and the magnetic sensor 52 are configured so as not to contact the detection shaft 14, so that the angle sensor 40 and the torque sensor 48 are attached to separate shafts as in the prior art, and are not connected to each other by a fastening portion. Assembling to the detection shaft 14 is possible, and assembling errors due to assembling to separate shafts, output errors due to slipping at the fastening portion, and the like are eliminated.

また、検出シャフト14を回転トルクを伝達する伝達シャフト16と、この回転トルクが伝達される被伝達シャフト18との間に締結部20,21で締結して用い、伝達シャフト16から被伝達シャフト18に伝達される回転トルクと、この回転トルクによる回転角度とを検出シャフト14に組み付けた上記両センサ40,48で検出するので、角度検出とトルク検出とを同時にかつ正確に測定検出することができるようになる。また、検出シャフト14に上記(1)ないし(4)により磁歪式トルクセンサ機能を持たせたので、例えば上記(1)(2)では検出シャフト14に加えるトルクで生じる検出シャフト14の変化すなわち捩れから検出シャフト14の周囲磁場変化(逆磁歪現象)によりトルク変化量と磁場変化量とが比例することによりトルク検出が可能となる。また、上記(3)(4)では上記逆磁歪現象により高周波で励磁したときに生じる磁束信号がトルク変化量に比例することによりトルク検出が可能となる。上記では検出シャフト14に対して非接触で角度とトルクの検出が可能となり、センサアセンブリ10の構成が極めて簡素化する。また、このセンサアセンブリ10では、検出シャフト14に作用するトルク応力により検出シャフト14の磁気特性が変化するという逆磁歪現象を利用するので、トルクにより変化する磁気を読み取ることができる範囲であれば、検出シャフト14の長さを無理に長くする必要がなくなり、トルク検出の分解能を上げるため従来のようにシャフトの長さを長くして全体が大型化したり、あるいはその分解能向上のための複雑高度で高価な技術が必要でなくなる。   Further, the detection shaft 14 is used by being fastened with fastening portions 20 and 21 between a transmission shaft 16 for transmitting rotational torque and a transmitted shaft 18 to which the rotational torque is transmitted. The rotation torque transmitted to the motor and the rotation angle by the rotation torque are detected by the sensors 40 and 48 assembled to the detection shaft 14, so that the angle detection and the torque detection can be simultaneously and accurately measured and detected. It becomes like this. Further, since the magnetostrictive torque sensor function is given to the detection shaft 14 by the above (1) to (4), for example, in the above (1) and (2), the change of the detection shaft 14 caused by the torque applied to the detection shaft 14, that is, the twist Thus, torque can be detected when the amount of change in torque and the amount of change in magnetic field are proportional to the change in the magnetic field around the detection shaft 14 (inverse magnetostriction phenomenon). In (3) and (4) above, torque detection is possible because the magnetic flux signal generated when excited at high frequency due to the inverse magnetostriction phenomenon is proportional to the amount of torque change. In the above, the angle and torque can be detected without contact with the detection shaft 14, and the configuration of the sensor assembly 10 is greatly simplified. Further, since this sensor assembly 10 uses the inverse magnetostriction phenomenon that the magnetic characteristic of the detection shaft 14 changes due to the torque stress acting on the detection shaft 14, so long as the magnetism changing due to the torque can be read. There is no need to forcibly increase the length of the detection shaft 14, and the overall length is increased by increasing the length of the shaft in order to increase the resolution of torque detection, or at a complex altitude for improving the resolution. Expensive technology is no longer needed.

さらには、角度検出とトルク検出とが互いに独立して実施することができるので、従来のようにトルク検出の分解能に応じて角度検出の分解能を上げることを考慮しなくて済む。むしろ、角度検出の分解能を低くすることができるので、センサアセンブリ10の設置箇所に必要な仕様に応じて構成を変化することができるようになる。また、角度センサ40では分解能を上げると複雑な回路や高価な部材が必要となるが、実施形態のセンサアセンブリ10では、角度センサ40の分解能を下げることにより、コスト低減が可能となる。   Furthermore, since angle detection and torque detection can be performed independently of each other, it is not necessary to consider increasing the angle detection resolution in accordance with the torque detection resolution as in the prior art. Rather, since the resolution of angle detection can be lowered, the configuration can be changed according to the specifications required for the installation location of the sensor assembly 10. Further, when the resolution is increased in the angle sensor 40, complicated circuits and expensive members are required. However, in the sensor assembly 10 of the embodiment, the cost can be reduced by reducing the resolution of the angle sensor 40.

図5に示すセンサアセンブリ10では、検出シャフト14に、一方がダブルベアリング28である一対のベアリング28,30を所定間隔隔てて設け、両ベアリング28,30間のシャフト部分に上記した回路基板34,36を設け、両回路基板34,36の対向間のシャフト部分に上記角度センサ40と上記トルクセンサ48とを設けると共に、角度センサ40を、光学式ロータリエンコーダとして、両回路基板34,36の対向基板面に検出シャフト14の軸心方向で対向して取り付けたフォトダイオード44および受光ダイオード42と、これら発光と受光の両ダイオード42,44間のシャフト部分に該シャフト部分と一体回転可能に介装したスリット付き回転板46とにより構成したものである。   In the sensor assembly 10 shown in FIG. 5, a pair of bearings 28, 30, one of which is a double bearing 28, are provided on the detection shaft 14 at a predetermined interval, and the circuit board 34, described above is disposed on the shaft portion between the bearings 28, 30. 36, and the angle sensor 40 and the torque sensor 48 are provided on the shaft portion between the opposing surfaces of the circuit boards 34 and 36, and the angle sensor 40 is used as an optical rotary encoder to oppose the circuit boards 34 and 36. A photodiode 44 and a light receiving diode 42 mounted on the substrate surface so as to face each other in the axial direction of the detection shaft 14, and a shaft portion between both the light emitting and receiving diodes 42, 44 so as to be integrally rotatable with the shaft portion. And a rotary plate 46 with slits.

上記回路基板34,36には図6に示す検出回路を構成する回路部品を搭載することができる。この検出回路は、検出シャフト14に取り付けた角度センサ40と、トルクセンサ48それぞれの検出信号を増幅するアンプ54,56と、両アンプ54,56それぞれの出力をA/D変換するA/D変換器58,60と、このA/D変換器58,60出力を取り込むCPU62と、CPU62出力をフィルタするLPF(ローパスフィルタ)64−68とを備える。第1LPF64はエラー検出信号を出力し、第2LPF66は角度検出信号を出力し、第3LPF68はD/A変換器70を介してトルク検出信号を出力する。   Circuit parts constituting the detection circuit shown in FIG. 6 can be mounted on the circuit boards 34 and 36. The detection circuit includes an angle sensor 40 attached to the detection shaft 14, amplifiers 54 and 56 for amplifying detection signals of the torque sensor 48, and A / D conversion for A / D conversion of the outputs of the amplifiers 54 and 56, respectively. Devices 58 and 60, a CPU 62 for capturing the outputs of the A / D converters 58 and 60, and LPFs (low pass filters) 64-68 for filtering the CPU 62 outputs. The first LPF 64 outputs an error detection signal, the second LPF 66 outputs an angle detection signal, and the third LPF 68 outputs a torque detection signal via the D / A converter 70.

角度センサ出力をA/D変換するA/D変換器58出力は角度検出にも用いることができる。また、CPU62には、温度補償、基準設定、トルクリミット等が入力され、CPU62はこれら入力に基づき必要な制御処理を行う。第3LPF68のトルク検出出力はA/D変換器58,60にフィードバックしてA/D変換動作の制御に用いることができる。   The output of the A / D converter 58 for A / D converting the angle sensor output can also be used for angle detection. Further, temperature compensation, reference setting, torque limit, and the like are input to the CPU 62, and the CPU 62 performs necessary control processing based on these inputs. The torque detection output of the third LPF 68 can be fed back to the A / D converters 58 and 60 and used to control the A / D conversion operation.

図7は図4のセンサアセンブリの概念構成を示し、図8は図5のセンサアセンブリの概念構成を示し、図9は従来のセンサアセンブリの概念構成を示す。これらの図で示すように、まず、図7のセンサアセンブリ10では、検出シャフト14に装着したセンサカバー38内に角度センサ40と非接触磁歪式トルクセンサ48とを並設したものであり、図8のセンサアセンブリ10では、検出シャフト14に装着したセンサカバー38内に角度センサ40と非接触磁歪式トルクセンサ48とを重ねて配置したものであり、図9のセンサアセンブリでは、別々のシャフト400,500に角度センサ100と、トルクセンサ200とを配置し、両シャフト400,500を締結部材300で締結したものである。   7 shows a conceptual configuration of the sensor assembly of FIG. 4, FIG. 8 shows a conceptual configuration of the sensor assembly of FIG. 5, and FIG. 9 shows a conceptual configuration of the conventional sensor assembly. As shown in these drawings, first, in the sensor assembly 10 of FIG. 7, an angle sensor 40 and a non-contact magnetostrictive torque sensor 48 are arranged in parallel in a sensor cover 38 attached to the detection shaft 14. FIG. In the sensor assembly 10 shown in FIG. 8, the angle sensor 40 and the non-contact magnetostrictive torque sensor 48 are arranged so as to overlap each other in the sensor cover 38 attached to the detection shaft 14. In the sensor assembly shown in FIG. , 500, the angle sensor 100 and the torque sensor 200 are arranged, and both shafts 400, 500 are fastened by the fastening member 300.

実施形態のセンサアセンブリ10では、図7、図8で示すように、単一の検出シャフト14にそれら角度センサ40とトルクセンサ48それぞれの取り付け誤差はそれぞれを別々のシャフトに取り付けた場合よりも小さく抑制することができるようになり、また、従来の角度センサ取り付けシャフト400とトルクセンサ取り付けシャフト500とが締結部300で接続されていたことによる回転すべり等が無くなり回転トルクの伝達制御誤差を小さく抑制することができるようになる。   In the sensor assembly 10 of the embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the mounting error of each of the angle sensor 40 and the torque sensor 48 on the single detection shaft 14 is smaller than that in the case where each is mounted on a separate shaft. In addition, the rotational slip due to the fact that the conventional angle sensor mounting shaft 400 and the torque sensor mounting shaft 500 are connected by the fastening portion 300 is eliminated, and the transmission control error of the rotational torque is suppressed to a small extent. Will be able to.

なお、角度センサ40における発光ダイオード42や、トルクセンサ48における磁気センサ52は、回路基板に取り付けず、樹脂成型で検出シャフト14に一体化したり、あるいは適宜の位置決め機構で位置決めすることができる。   The light emitting diode 42 in the angle sensor 40 and the magnetic sensor 52 in the torque sensor 48 can be integrated with the detection shaft 14 by resin molding or positioned by an appropriate positioning mechanism without being attached to the circuit board.

また、本発明では、トルク検出の分解能を上げるべく検出シャフト14の長さを長くする必要もないから、センサアセンブリ10として小型化の実現が可能となる。   In the present invention, since it is not necessary to increase the length of the detection shaft 14 in order to increase the resolution of torque detection, the sensor assembly 10 can be downsized.

なお、角度センサ14は、光学式に限定されず、磁気式、静電容量式、レゾルバ式等、他の形式の角度センサでもよい。   The angle sensor 14 is not limited to an optical type, and may be another type of angle sensor such as a magnetic type, a capacitance type, or a resolver type.

図1は本発明の実施の形態に係るセンサアセンブリの使用例を示す図である。FIG. 1 is a view showing an example of use of a sensor assembly according to an embodiment of the present invention. 図2は実施形態のセンサアセンブリの角度検出信号とトルク検出信号との出力取り出しの説明に用いる図である。FIG. 2 is a diagram used for explaining output extraction of the angle detection signal and the torque detection signal of the sensor assembly of the embodiment. 図3(a)はトルクに対する検出信号の変化を示す図、図3(b)は角度に対する角度検出信号の変化を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a change in the detection signal with respect to the torque, and FIG. 3B is a diagram showing a change in the angle detection signal with respect to the angle. 図4は実施形態のセンサアセンブリの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the sensor assembly according to the embodiment. 図5は実施形態の別のセンサアセンブリの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of another sensor assembly according to the embodiment. 図6は実施形態のセンサアセンブリの検出回路を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a detection circuit of the sensor assembly according to the embodiment. 図7は図4のセンサアセンブリの概念を示す図である。FIG. 7 is a view showing the concept of the sensor assembly of FIG. 図8は図5のセンサアセンブリの概念を示す図である。FIG. 8 is a view showing the concept of the sensor assembly of FIG. 図9は従来のセンサアセンブリの概念を示す図である。FIG. 9 is a view showing the concept of a conventional sensor assembly. 図10は特開平8−267368号公報に記載されているトルク制御式パルスツールの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a torque control type pulse tool described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-267368. 図11は従来の角度検出機能を持つトルクセンサの構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional torque sensor having an angle detection function.

符号の説明Explanation of symbols

10 センサアセンブリ
12 センサカバー
14 検出シャフト
16 伝達シャフト
18 被伝達シャフト
28,30 ベアリング
32 円筒ハウジング
34,36 回路基板
38 センサカバー
40 角度センサ
42 発光ダイオード
44 フォトダイオード
46 スリット付き回転板
48 トルクセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor assembly 12 Sensor cover 14 Detection shaft 16 Transmission shaft 18 Transmitted shaft 28, 30 Bearing 32 Cylindrical housing 34, 36 Circuit board 38 Sensor cover 40 Angle sensor 42 Light emitting diode 44 Photo diode 46 Rotary plate 48 with a slit Torque sensor

Claims (6)

トルク伝達経路内の複数のシャフト間に介装される単一の検出シャフトを備え、この検出シャフト上に該検出シャフトの回転量(角度)を検出する角度センサを取り付けると共にさらにこの検出シャフト上に非接触磁歪式トルクセンサを上記角度センサに近接配置した、ことを特徴とするセンサアセンブリ。   A single detection shaft that is interposed between a plurality of shafts in the torque transmission path is provided, and an angle sensor that detects a rotation amount (angle) of the detection shaft is mounted on the detection shaft, and further on the detection shaft A sensor assembly, wherein a non-contact magnetostrictive torque sensor is disposed close to the angle sensor. 上記検出シャフトに回転自在にかつ間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を対向配置し、上記トルクセンサを、両回路基板の対向間のシャフト部分と、このシャフト部分の磁気特性変化を非接触で検出する磁気センサとにより構成した、ことを特徴とする請求項1に記載のセンサアセンブリ。   A pair of disk-like circuit boards on which circuit parts for electrically processing the detection signals of the two sensors are mounted on the detection shaft so as to be rotatable and spaced apart from each other, and the torque sensors are arranged on both circuit boards. The sensor assembly according to claim 1, wherein the sensor assembly is configured by a shaft portion between the facing portions and a magnetic sensor that detects a change in magnetic characteristics of the shaft portion in a non-contact manner. 上記検出シャフトに、一対のベアリングを所定間隔隔てて設け、両ベアリング間のシャフト部分に、回転自在でかつ所定間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を対向配置し、上記角度センサを一方のベアリングと一方の回路基板との対向間のシャフト部分に設け、両回路基板の対向間のシャフト部分にトルクセンサを設けた、ことを特徴とする請求項1に記載のセンサアセンブリ。   A pair of bearings are provided on the detection shaft at a predetermined interval, and a pair of circuit parts that are rotatable and electrically process detection signals of the sensors at a predetermined interval are mounted on the shaft portion between the bearings. The above-mentioned angle sensor is provided on the shaft portion between the one bearing and the one circuit board, and the torque sensor is provided on the shaft portion between the two circuit boards. The sensor assembly according to claim 1. 一方のベアリングをダブルベアリングとすると共にこのダブルベアリングに円筒ハウジングを被せ付け、上記角度センサを、該円筒ハウジングの内側面と一方の回路基板の基板面とに検出シャフトの軸心方向で対向して取り付けた発光手段と受光手段と、これら発光と受光の両手段間に検出シャフトと一体回転可能に介装したスリット付き回転板とにより光学式エンコーダ構成とした、ことを特徴とする請求項3に記載のセンサアセンブリ。   One bearing is a double bearing and a cylindrical housing is placed on the double bearing. The angle sensor is opposed to the inner surface of the cylindrical housing and the substrate surface of one circuit board in the axial direction of the detection shaft. 4. The optical encoder configuration according to claim 3, wherein the light emitting means and the light receiving means are attached, and a rotary plate with a slit interposed between the light emitting and light receiving means so as to be integrally rotatable with the detection shaft. The sensor assembly as described. 上記検出シャフトに、一対のベアリングを所定間隔隔てて設け、両ベアリング間のシャフト部分に、回転自在でかつ所定間隔を隔てて上記両センサの検出信号を電気的に処理する回路部品を搭載した一対の円盤状の回路基板を設け、両回路基板の対向間のシャフト部分に上記角度センサと上記トルクセンサとを設けた、ことを特徴とする請求項1に記載のセンサアセンブリ。   A pair of bearings are provided on the detection shaft at a predetermined interval, and a pair of circuit parts that are rotatable and electrically process detection signals of the sensors at a predetermined interval are mounted on the shaft portion between the bearings. 2. The sensor assembly according to claim 1, wherein the disk-shaped circuit board is provided, and the angle sensor and the torque sensor are provided on a shaft portion between the two circuit boards facing each other. 上記角度センサを、上記両回路基板の対向基板面に検出シャフトの軸心方向で対向して取り付けた発光手段と受光手段と、これら発光と受光の両手段間のシャフト部分に該シャフト部分と一体回転可能に介装したスリット付き回転板とにより光学式エンコーダ構成とした、ことを特徴とする請求項5に記載のセンサアセンブリ。   The angle sensor is mounted on the opposite substrate surfaces of the circuit boards so as to face each other in the axial direction of the detection shaft, and the shaft portion is integrated with the shaft portion between the light emission and light reception means. The sensor assembly according to claim 5, wherein an optical encoder configuration is formed by a rotating plate with a slit interposed so as to be rotatable.
JP2006252315A 2006-09-19 2006-09-19 Sensor assembly Pending JP2008076066A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006252315A JP2008076066A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Sensor assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006252315A JP2008076066A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Sensor assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008076066A true JP2008076066A (en) 2008-04-03

Family

ID=39348316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006252315A Pending JP2008076066A (en) 2006-09-19 2006-09-19 Sensor assembly

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008076066A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101975548A (en) * 2010-09-26 2011-02-16 上海交通大学 Sensor for detecting high-precision corner and torque of precision mechanism
CN102162741A (en) * 2010-12-24 2011-08-24 上海交通大学 Permanent magnetic rotation sensing device for detecting motion state of rotating machine
JP2021012166A (en) * 2019-07-09 2021-02-04 株式会社ジェイテクト Sensor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101975548A (en) * 2010-09-26 2011-02-16 上海交通大学 Sensor for detecting high-precision corner and torque of precision mechanism
CN102162741A (en) * 2010-12-24 2011-08-24 上海交通大学 Permanent magnetic rotation sensing device for detecting motion state of rotating machine
JP2021012166A (en) * 2019-07-09 2021-02-04 株式会社ジェイテクト Sensor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101331182B1 (en) Magnetic Angular Position Sensor for a Course up to 360°
CN101384883B (en) Magnetic angular position sensor for a course up to 360 DEG
JP4704065B2 (en) Bearing with rotation detector
US9995599B2 (en) Rotating sensing apparatus including a sensing plate with holes and a sensing magnet
US20150369679A1 (en) Torque sensor and electric power steering system
JP3973983B2 (en) Rotation detection device and bearing with rotation detection device
JP2006038767A (en) Device for detecting torque
JP4822681B2 (en) Torque detection device
WO2007020803A1 (en) Rotation sensor and bearing with rotation sensing function device
JP2007085889A (en) Bearing with rotation detecting device
CN213999484U (en) Rotary joint assembly
US20200012256A1 (en) Measuring device for a spindle or a rotary table
JP2008076066A (en) Sensor assembly
JP2006322794A (en) Steering angle sensor
JP2008224440A (en) Bearing rotation detecting apparatus
JPH08184603A (en) Magnetic sensor-containing bearing unit
JP4925389B2 (en) Encoder
JP2003315147A (en) Rolling device having detector and sensor
WO2016189602A1 (en) Rotation angle detection device
JP5724326B2 (en) Rolling bearings with sensors and automobiles, railway vehicles, steelmaking facilities, machine tools using rolling bearings with sensors
JP5678642B2 (en) Torque sensor and driving device
JP2003207426A (en) Rolling apparatus with sensor and detector
KR101369192B1 (en) Rotor structures for motors
JP2008249342A (en) Magnetic rotary encoder
JP2007108013A (en) Harmonic drive (r) reducer