JP2013011515A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歪ゲージ等の歪検出部を用いたトルクセンサに係り、特に温度変化に起因して歪検出部の検出結果に含まれる検出誤差の補正を適正化したトルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor using a strain detection unit such as a strain gauge, and more particularly to a torque sensor that optimizes correction of a detection error included in a detection result of a strain detection unit due to a temperature change.
従来から、電磁作用により回転駆動するモータ等の駆動装置のシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば特許文献1には、中空軸状をなし軸方向両端がそれぞれ駆動装置のシャフト及び負荷装置のシャフトに接続され駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するカップリングとしてのトルク伝達軸と、トルク伝達軸の内周面に取り付けられトルク入力によって内周面に生じる歪みに対応する検出信号を出力する歪ゲージ等の歪検出部とを備え、歪検出部からの検出信号に基づきトルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出する歪ゲージ式トルクセンサが開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a torque sensor that detects torque acting on a shaft of a driving device such as a motor that is rotationally driven by electromagnetic action is known. For example, Patent Document 1 discloses a coupling that transmits a torque while being twisted between the drive side and the load side, having a hollow shaft shape and both axial ends connected to the shaft of the drive device and the shaft of the load device, respectively. A torque transmission shaft and a strain detection unit such as a strain gauge that is attached to the inner peripheral surface of the torque transmission shaft and outputs a detection signal corresponding to the strain generated on the inner peripheral surface by torque input, and a detection signal from the strain detection unit Discloses a strain gauge type torque sensor for calculating the magnitude of torque acting on the torque transmission shaft.
具体的には、歪ゲージを用いた歪検出部は、その歪みによって抵抗値が変化するもので、歪検出部の歪みによって生じた抵抗値の変化を検出信号(差動電圧)として出力するホイートストンブリッジ回路を構成しておき、このブリッジ回路に励起信号(励起電圧)を印加することにより歪みに対応する検出信号(差動電圧)を取得し、この検出信号(差動電圧)に基づきトルクの大きさを算出するように構成するのが通例である。 Specifically, a strain detector using a strain gauge changes its resistance value due to the strain, and outputs a change in resistance value caused by the strain of the strain detector as a detection signal (differential voltage). A bridge circuit is configured, and a detection signal (differential voltage) corresponding to distortion is obtained by applying an excitation signal (excitation voltage) to the bridge circuit, and a torque signal is obtained based on the detection signal (differential voltage). It is customary to configure the size to be calculated.
ところが、温度変化に応じてトルク伝達軸の縦弾性係数(ヤング率)が変化するため、同じトルク(応力)が作用してもトルク伝達軸に発現する歪量が変化し、歪検出部の検出信号に弾性係数の温度変化に起因する検出誤差が含まれてしまうことが知られている。 However, since the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) of the torque transmission shaft changes according to changes in temperature, the amount of strain that appears on the torque transmission shaft changes even when the same torque (stress) is applied, and the strain detection unit detects it. It is known that a detection error due to a temperature change of the elastic modulus is included in the signal.
この検出誤差を補正する一つの有効な手段として特許文献2には、温度に応じて抵抗値の変化する抵抗で構成された温度補償部を歪検出部と共に設け、この温度補償部によって検出誤差を無くす方向に補正した検出信号を得る技術が開示されている。特許文献2は、トルクセンサではなくロードセルに適用する例を開示しているが、これをトルクセンサに適用することが有効であると考えられる。
As one effective means for correcting this detection error, in
上記温度補償部としての温度補償用抵抗は、温度ゲージとも呼ばれ、温度に応じてその抵抗値が変化するものであるが、歪ゲージと同様に歪みにも感度を持つ。トルクセンサにおいては、ロードセルとは異なり、トルク入力による捻れがトルク伝達軸全体に発現するため、温度補償用抵抗をトルク伝達軸のどの部位に取り付けてもトルク入力による歪みが温度補償用抵抗に影響を与えてしまい、それがノイズとなって温度補償の精度が損なわれてしまう。 The temperature compensation resistor as the temperature compensation unit is also called a temperature gauge, and its resistance value changes according to the temperature, but it has sensitivity to strain as well as the strain gauge. In a torque sensor, unlike a load cell, twist due to torque input appears in the entire torque transmission shaft. Therefore, distortion due to torque input affects the temperature compensation resistance no matter which part of the torque transmission shaft is attached. Which becomes noise and the accuracy of temperature compensation is impaired.
また、遠心力によってトルク伝達軸が膨張変形するので、捻れだけでなく回転によっても歪みが発生し、この歪みがノイズとなって同様に温度補償の精度が損なわれてしまう。 Further, since the torque transmission shaft expands and deforms due to the centrifugal force, distortion occurs not only by twisting but also by rotation, and this distortion becomes noise and similarly the accuracy of temperature compensation is impaired.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、トルク入力による歪みや遠心力による歪みが温度補償部に与える影響を低減して、温度補償精度を向上させたトルクセンサを提供することである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and its purpose is to improve the temperature compensation accuracy by reducing the influence of distortion caused by torque input and distortion caused by centrifugal force on the temperature compensation unit. A torque sensor is provided.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明のトルクセンサは、中空軸状をなし軸方向一端に駆動力が入力され軸方向他端に負荷が入力されて駆動側と負荷側との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸と、前記トルク伝達軸の内周面に取り付けられ前記トルク伝達軸に対するトルク入力によって前記内周面に生じる歪みに対応する検出信号を出力する歪検出部と、前記トルク伝達軸の弾性係数の温度変化に起因して前記検出信号に含まれる検出誤差を無くす方向に補正するための温度補償部とを具備し、前記温度補償部によって補正された前記検出信号に基づき前記トルク伝達軸に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサであって、前記トルク伝達軸の弾性係数の温度特性と等しい特性を有する設置用部材を、前記トルク伝達軸の内面に対して直接的又は間接的に面接触状態で取り付け、この設置用部材のうち前記歪検出部よりも内周側となる部位に前記温度補償部を取り付けていることを特徴とする。 That is, the torque sensor of the present invention has a hollow shaft shape and a driving force is input to one end in the axial direction and a load is input to the other end in the axial direction to transmit torque while being twisted between the driving side and the load side. A torque transmission shaft, a strain detection unit that is attached to the inner peripheral surface of the torque transmission shaft and outputs a detection signal corresponding to a strain generated in the inner peripheral surface by torque input to the torque transmission shaft, and elasticity of the torque transmission shaft A temperature compensation unit for correcting in a direction to eliminate the detection error included in the detection signal due to a temperature change of the coefficient, and based on the detection signal corrected by the temperature compensation unit, A torque sensor for calculating the magnitude of the acting torque, wherein an installation member having a characteristic equal to a temperature characteristic of an elastic coefficient of the torque transmission shaft is attached to the inner surface of the torque transmission shaft. Indirect or indirectly attached in surface contact, wherein said attach the temperature compensating unit to the site to be the inner circumferential side of the strain detecting portion of the installation member.
トルク伝達軸の内面は、トルク伝達軸の内部にある内部空間を形成する面を意味し、例えば、トルク伝達軸の内周面や、内部に段差部があるときにはその段差部の軸方向端面などが挙げられる。直接的又は間接的に面接触とは、面接触により両部材間が熱伝導可能であることを意味し、例えば両部材を直接的に面接触状態にすることや、両者の間に接着剤などの部材を介在させて両部材が間接的に面接触状態にあることなどが挙げられる。温度補償部は、温度及び歪みに感度を持つものを意味し、例えば抵抗などが挙げられる。 The inner surface of the torque transmission shaft means a surface that forms an internal space inside the torque transmission shaft. For example, the inner peripheral surface of the torque transmission shaft or the axial end surface of the stepped portion when there is a stepped portion inside Is mentioned. Direct or indirect surface contact means that heat conduction is possible between both members by surface contact. For example, both members are brought into a surface contact state directly, or an adhesive or the like between the two members. It is mentioned that both members are indirectly in surface contact with each other. The temperature compensation unit means a component having sensitivity to temperature and strain, and examples thereof include a resistor.
この構成によれば、設置用部材はトルク伝達軸の弾性係数の温度特性と等しい特性を有するとともに、設置用部材が面接触部分を介してトルク伝達軸から熱伝導可能であるので、温度補償部をトルク伝達軸以外の設置用部材に取り付けても、歪検出部の検出信号に含まれる検出誤差を補正することが可能となる。そして、設置用部材とトルク伝達軸は別体であるので、温度補償部をトルク伝達軸の内周面に取り付ける場合に比べてトルク伝達軸へのトルク入力による応力が温度補償部に作用しにくくなり、トルク入力による歪みが温度補償部に与える影響を低減させて、温度補償精度を向上させることが可能となる。 According to this configuration, the installation member has a characteristic equal to the temperature characteristic of the elastic coefficient of the torque transmission shaft, and the installation member can conduct heat from the torque transmission shaft via the surface contact portion. Even if it is attached to an installation member other than the torque transmission shaft, it becomes possible to correct the detection error included in the detection signal of the strain detection unit. Since the installation member and the torque transmission shaft are separate, the stress due to the torque input to the torque transmission shaft is less likely to act on the temperature compensation portion than when the temperature compensation portion is attached to the inner peripheral surface of the torque transmission shaft. Thus, it is possible to improve the temperature compensation accuracy by reducing the influence of distortion caused by torque input on the temperature compensation unit.
しかも、温度補償部は、遠心力により部材に生じる歪みの影響も受けるものであるが、設置用部材のうち歪検出部よりも内周側となる部位に取り付けられているので、トルク伝達軸の内周面に歪検出部と共に温度補償部を取り付ける場合に比べて温度補償部に対する遠心力の影響を低減でき、温度補償精度を向上させることが可能となる。 In addition, the temperature compensation unit is also affected by the distortion generated in the member due to the centrifugal force, but is attached to a portion of the installation member that is on the inner peripheral side of the strain detection unit. The influence of centrifugal force on the temperature compensation unit can be reduced compared to the case where the temperature compensation unit is attached together with the strain detection unit on the inner peripheral surface, and the temperature compensation accuracy can be improved.
さらに、設置用部材がトルク伝達軸と別体であるため、温度補償部を設置用部材に貼り付けてから、設置用部材をトルク伝達軸に取り付けることができ、温度補償部をトルク伝達軸の内面に直付けする場合に比べて、その取り付け作業を簡易化することが可能となる。この場合、さらにトルク伝達軸を小径化して高速回転化を追求することも可能となる。 Further, since the installation member is separate from the torque transmission shaft, the installation member can be attached to the torque transmission shaft after the temperature compensation portion is attached to the installation member, and the temperature compensation portion is attached to the torque transmission shaft. Compared with the case of directly attaching to the inner surface, the attaching operation can be simplified. In this case, it is also possible to pursue a higher speed rotation by further reducing the diameter of the torque transmission shaft.
軸全体での荷重バランスの調整を簡易化するためには、前記設置用部材は、前記トルク伝達軸の軸を中心とした環状をなしていることが好ましい。 In order to simplify the adjustment of the load balance of the entire shaft, it is preferable that the installation member has an annular shape centering on the shaft of the torque transmission shaft.
設置用部材の弾性係数の温度特性をトルク伝達軸の温度特性に等しくするためには、前記設置用部材は、前記トルク伝達軸と同一材料で構成されていることが望ましい。 In order to make the temperature characteristic of the elastic coefficient of the installation member equal to the temperature characteristic of the torque transmission shaft, the installation member is preferably made of the same material as the torque transmission shaft.
本発明は、以上説明したように、トルク伝達軸の弾性係数の温度特性と等しい特性を有する設置用部材を、面接触部分を介してトルク伝達軸から熱伝導可能に設けているので、温度補償部をトルク伝達軸以外の設置用部材に取り付けても、歪検出部の検出信号に含まれる検出誤差を補正可能となる。そして、設置用部材とトルク伝達軸とは別体であるので、トルク入力による歪みが温度補償部に与える影響を低減でき、温度補償精度を向上させることが可能となる。しかも、温度補償部を設置用部材のうち歪検出部よりも内周側となる部位に取り付けているので、温度補償部を歪検出部と共にトルク伝達軸に取り付ける場合に比べて温度補償部に対する遠心力の影響を低減でき、温度補償精度を向上させることが可能となる。 In the present invention, as described above, the installation member having the characteristic equal to the temperature characteristic of the elastic coefficient of the torque transmission shaft is provided so as to be able to conduct heat from the torque transmission shaft via the surface contact portion. Even if the portion is attached to an installation member other than the torque transmission shaft, the detection error included in the detection signal of the strain detection portion can be corrected. Since the installation member and the torque transmission shaft are separate, the influence of distortion due to torque input on the temperature compensation unit can be reduced, and the temperature compensation accuracy can be improved. In addition, since the temperature compensation unit is attached to a part of the installation member that is on the inner peripheral side of the strain detection unit, the temperature compensation unit is centrifugally separated from the temperature compensation unit as compared with the case where the temperature compensation unit is attached to the torque transmission shaft together with the strain detection unit. The influence of force can be reduced and the temperature compensation accuracy can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係るトルクセンサを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a torque sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
トルクセンサTsは、図1に示すように、駆動装置と負荷装置との間に介在するトルク伝達軸2に作用するトルクの大きさを測定する装置であり、略中空軸状をなし軸方向両端2c,2dがそれぞれ駆動側(駆動装置M)及び負荷側(負荷装置)に接続され駆動側及び負荷側の間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸2と、トルク伝達軸2の内部に内部空間SP1を形成する内周面2aに取り付けられトルク伝達軸2に対するトルク入力によりトルク伝達軸2に生じる歪みに対応する検出信号(差動信号)を出力する歪ゲージを用いた歪検出部40と、歪検出部40の検出信号をトルク伝達軸2の外部に送信する送信部30と、送信部30からアンテナ部33を介して受信した検出信号に基づきトルク伝達軸2に作用するトルクの大きさを算出するトルク演算部31と、略中空軸状をなしトルク伝達軸2の内周側においてトルク伝達軸2に嵌合することによりトルク伝達軸2と共に二重の中空軸となる嵌合軸8とを有している。このトルクセンサTsは、図2に例示するように、トルク伝達軸2の軸方向一端2cと駆動力出力軸M3a(シャフト)とを接続してトルクセンサTsを備えたモータ等の駆動装置Mを構成するために利用される。なお、本明細書においては、軸方向をXとし、駆動側をX1とし、負荷側をX2として説明する。
As shown in FIG. 1, the torque sensor Ts is a device that measures the magnitude of torque acting on the
トルク伝達軸2は、図1に示すように、内部に内部空間SP1が形成された略中空軸状をなす鋼材で構成され、その内周面2aの横断面の形状は嵌合軸8の外周面8bの横断面に対応する形状にしてある。そして、この内部空間SP1に嵌合軸8を駆動側X1から圧入するしまりばめによって、嵌合軸8の外周面8bとトルク伝達軸2の内周面2aとを接触させた嵌合状態にしている。トルク伝達軸2の軸方向一端2c(駆動側X1の端部2c)は、回転駆動するモータ等の駆動装置Mの駆動力出力軸M3a(シャフト)とスプライン接続等により関連付けられて駆動装置Mにより駆動力が入力され、トルク伝達軸2の軸方向他端2d(負荷側X2の端部2d)は、負荷装置のシャフトとスプライン接続等により関連付けられて負荷装置により負荷が入力される。
As shown in FIG. 1, the
嵌合軸8は、図3(a)及び図3(c)に示すように、内部に中空空間SP0が形成された有底の略中空軸状をなすガラスエポキシ樹脂等の樹脂で構成されている。嵌合軸8の内部に設けられる中空空間SP0は、軸方向一端8c側(駆動側X1)が閉止される一方で、軸方向他端8d側(負荷側X2)が開口部8eを介して開放されている。嵌合状態においては、図1に示すように、開口部8eを介して、歪検出部40の配置されたトルク伝達軸2内部の内部空間SP1と、嵌合軸8内部の中空空間SP0とが連通している。この嵌合軸8において送信部30を収納するための中空空間SP0は、軸方向に沿った長尺状をなし、図3(a)に示すように、軸中心Cnを通り負荷側X2の端部8d(軸方向一端)から駆動側X1(軸方向他端)に向かう第一の穴8h1と、図3(a)及び図3(d)に示すように、横断面において軸方向Xに直交する線Liを通り径方向X3に沿った貫通孔である第二の穴8h2とを導通して形成されている。これら第一の穴8h1及び第二の穴8h2は、ドリル及びワイヤーカットなどの加工により空けられる。なお、図1に示すように、トルク伝達軸2との嵌合状態において、トルク伝達軸2の内周面2aに設けられた突状の嵌合軸支持部20と、嵌合軸8の軸方向他端8d(負荷側X2の端部8d)とを当接させることにより、軸方向における嵌合軸8の位置決めがなされる。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (c), the
図1に示すように、歪検出部40は、機械的な寸法の微小な変化を電気信号として検出するシート状の歪ゲージを用いたもので、トルク伝達軸2の内部に内部空間SP1を形成し且つ軸心Cnを中心とする円形に沿った内周面2aに接着剤を介して貼付されている。歪検出部40の貼付位置は、上記嵌合軸支持部20よりも負荷側X2に設定されている。本実施形態では、互いに軸心Cnを中心として対称となる位置に歪検出部40をそれぞれ取り付けて歪検出部40を一対又は複数対とし、図4(a)に示すように、複数の歪検出部40a・40b・40c・40dを既知の4ゲージ法でホイートストンブリッジ回路4Rを構成するように接続している。このブリッジ回路4Rは、励起信号とも呼べる励起電圧Vinが印加されている状態において、歪検出部40の歪みによって生じた抵抗値の変化を検出信号とも呼べる差動電圧Voutとして出力する。この差動電圧Voutは、歪量に比例した大きさの電圧であり、歪みに対応する信号である。
As shown in FIG. 1, the
ところが、トルク伝達軸2に生じる歪みεと、トルク伝達軸2に作用する応力σと、トルク伝達軸2の縦弾性係数E(ヤング率)との関係はε=σ/Eで表され、縦弾性係数Eは温度に応じて変化するので、トルク(すなわち応力σ)が同一であっても、トルク伝達軸2に発現する歪量εが変化してしまい、この変動成分すなわち検出誤差が検出信号たる差動電圧Voutに含まれて検出精度が低減してしまう。
However, the relationship between the strain ε generated in the
そこで、図4(b)に示すように、温度に応じて抵抗値の変化する温度ゲージとも呼べる温度補償部としての温度補償用抵抗41をブリッジ回路4Rに直列接続して、検出誤差を無くす方向に補正された差動電圧Voutが出力されるように構成している。具体的には、この温度補償用抵抗41は、ブリッジ回路4R(すなわち歪検出部40)に印加される電圧V1を温度に応じて調整することにより、検出誤差を無くす補正を実現する。例えば、ブリッジ回路4Rから出力される差動電圧Voutは、温度の上昇につれて縦弾性係数Eが減少するため、歪みεが大きくなって歪検出部40の感度が上がり、増大しようとする。この場合、温度補償用抵抗41の抵抗値も同時に増大して、ブリッジ回路4Rに印加される電圧V1を減少させ、差動電圧Voutを低減させ、温度影響を相殺する。
Therefore, as shown in FIG. 4B, a
この温度補償用抵抗41は、金属箔等で構成される歪ゲージを用いた歪検出部40と同様の構成であるため、歪みに対する感度を有する。トルク入力による歪みや遠心力による歪みの影響を低減すべく、図1及び図5に示すように、新たに設置用部材9を設けて、この設置用部材9に接着剤を介して温度補償用抵抗41を貼付している。設置用部材9は、図5に示すように、トルク伝達軸2の材料と同じ材料を用いて構成された横断面円環状をなすリング部材で、材料がトルク伝達軸2と同一であるため、トルク伝達軸2の弾性係数の温度特性に等しい特性を有する。その外周面9bは、図1及び図5(c)に示すように、トルク伝達軸2の内周面2aに設けられた突状の嵌合軸支持部20の内周面2a(内面)に対して接着剤91を介して間接的に面接触状態で取り付けてあり、弾性及び熱伝導性を有する接着剤91を介してトルク伝達軸2との間で熱伝導可能にされている。温度補償用抵抗41は、図5(a),図5(b)及び図5(c)に示すように、設置用部材9の内周面9aに、対をなして貼付されており、歪検出部の取り付けられるトルク伝達軸2の内周面2aよりも内周側に配置されている。これによって、温度補償用抵抗41が受ける遠心力の影響を、温度補償用抵抗41を歪検出部40と共にトルク伝達軸2の内周面2aに取り付けた場合に比べて低減している。
The
また、図5に示すように、設置用部材9の内周面9aには、送信部30の板状部位30aを通すための切欠部9sが形成されており、送信部30と非接触状態にある。なお、本実施形態では、図5(b)に示すように、温度補償用抵抗41を設置用部材9に貼るスペースの制約上、設置用部材9が遠心力で伸縮する方向Y1と検出方向とが一致する姿勢で温度補償用抵抗41を貼り付けているが、設置用部材9が遠心力で伸縮する方向Y1と検出方向とが交差又は直交する姿勢で温度補償用抵抗41を貼り付けるとよい。このような姿勢で温度補償用抵抗41を取り付ければ、遠心力による歪みが温度補償用抵抗41に与える影響を低減することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, the inner
図1に示すように、トルク伝達軸2の外周面2bのうち歪検出部40及び設置用部材9の設置される部位から軸受5に接触する部位までの間には、外周面2bに漏れ出た冷媒を遠心力で振り切ることにより、負荷装置への冷媒の流出を防ぐためのV字状をなす冷媒振切部2vが設けられている。この冷媒振切部2vによって軸受5の熱を放熱する面積が増えるため、歪検出部40及び温度補償用抵抗41での温度変化を小さくでき、歪量の検出精度低下を抑制している。また、同図に示すように、トルク伝達軸2の外周面2bのうち歪検出部40及び設置用部材9の設置される部位から軸受5に接触する部位までの間には、冷媒を噴射する噴射路73が設けられているので、軸受5の熱が冷媒によって冷却された位置において歪検出と温度補償とを行うことになり、温度変化を抑制した状態となり、歪量の検出精度低下を抑制している。
As shown in FIG. 1, leakage from the outer
送信部30は、図1及び図3(a)に示すように、プリント基板などの板状部位30aを有し、歪検出部40に励起電圧Vinたる励起信号を印加し且つ歪検出部40から差動電圧Voutたる検出信号をトルク伝達軸2の外部へ送信するテレメータを用いたもので、嵌合軸8における中空空間SP0内に配置されて、中空空間SP0の内面8aに設けられた取付部80に保持されている。
取付部80は、図1及び図3(a)に示すように、送信部30の板状部位30aの端部を差し込み可能なスリットであり、中空空間SP0を形成する内面8aに複数形成されている。具体的には、図3(a)及び図3(c)に示すように、中空空間SP0を有底筒状の中空部とみなした場合に、底部に対応する内面8aに第一の取付部80aが形成されていると共に、開口部8e近傍の内周面8aに対をなす第二の取付部80b・80bが形成されており、これら第一及び第二の取付部80a・80bによって長尺状の送信部30を両持ち状態で支持している。
As shown in FIGS. 1 and 3A, the
図1に示すように、トルク伝達軸2の外周側には、アンテナ部33が設けられている。また、トルク伝達軸2の外部には、送信部30から送信された検出信号をアンテナ部33を介して受信してトルクの大きさを演算処理により算出するトルク演算部31と、送信部30に対して電力を非接触でアンテナ部33を介して供給する電力供給部32とが設けられている。
As shown in FIG. 1, an
すなわち、図1に示すように、電力供給部32からアンテナ部33を介して送信部30に電力が供給され、歪検出部40に励起電圧Vinが印加される(図4参照)。そして、トルク伝達軸2にトルクが作用すると、トルク伝達軸2に捩れが生じ、この捩れがトルク伝達軸2の内周面2aに貼付された歪検出部40によって歪量として検出される。歪検出部40から出力される歪量に対応する検出信号(差動電圧Vout)が送信部30からトルク演算部31に送信され、トルク演算部31が検出信号に基づいてトルクの大きさを算出する。
That is, as shown in FIG. 1, power is supplied to the
トルク伝達軸2は、図1に示すように、軸受5を介して固定支持部6に回転可能に支持されている。軸受5は、ボールベアリング等の転がり軸受を用いたもので、トルク伝達軸2を複数箇所(本実施形態では二箇所)で支持するように軸方向に沿って複数(本実施形態では二つ)配置されている。具体的には、アンテナ部33の軸方向両側に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
固定支持部6は、図1に示すように、略有底円筒状をなし駆動側X1の基端部60aが駆動装置MのハウジングM1にボルト等の止着具を介して取り付けられる筒状支持部60と、筒状支持部60の負荷側X2の開口60kを閉止する蓋状支持部61とから構成されている。筒状支持部60及び蓋状支持部61により形成される内部空間SP2に軸受5が配置されており、固定支持部6は、筒状支持部60の底部60bt及び蓋状支持部61を軸方向Xに沿って貫通する位置に配置されたトルク伝達軸2を軸受5を介して回転可能に支持し、トルク伝達軸2及び嵌合軸8を一体に回転可能にしている。軸受5は、トルク伝達軸2の外周面2bに形成された突状の回転側軸受支持部64aと、蓋状支持部61及び筒状支持部60の底部60btを足場とする固定側軸受支持部64bとにより抱き込まれて軸方向に固定されている。
As shown in FIG. 1, the fixed
図1に示すように、トルク伝達軸2の軸方向一端2c側(駆動側X1)から導入される冷媒を内部空間SP1に連通しないように軸受5に供給する冷媒供給路7が設けられている。具体的には、図3(a)、図3(b)及び図3(c)に示すように、嵌合軸8の外周面8bに、軸方向一端8c側(駆動側X1)から軸方向他端8d側(負荷側X2)に向けて延びる溝部81が設けられており、図1及び図3(d)に示すように、トルク伝達軸2及び嵌合軸8の嵌合状態において、溝部81とその溝部81の対向面(トルク伝達軸2の内周面2a)との間に、軸方向Xの一方から導入される冷媒を軸受5に供給するためのスラスト路71が形成されるようにしている。
As shown in FIG. 1, a
スラスト路71以外に冷媒供給路7を構成するものとして、図1及び図3(a)〜(c)に示すように、導入路70及び接続路72が設けられている。導入路70は、嵌合状態で内側となる嵌合軸8の軸中心Cnを通り軸方向一端8c(駆動側X1)から冷媒を導入する路であり、接続路72は、導入路70から外周に向けて延在し導入路70とスラスト路71とを接続する路である。スラスト路71には、各々の軸受5に冷媒を噴出する噴射路73が複数設けられており、スラスト路71を基幹路とし、噴射路73を分岐路として、各々の軸受5に冷媒を供給する流路が一つのスラスト路71から分岐して形成される。この噴射路73に対応して固定側軸受支持部64bは、噴射路73と径方向で重合する位置にあり、噴射路73から供給された冷媒を軸受5に案内する湾曲した案内面64xが形成されている。
As shown in FIG. 1 and FIGS. 3A to 3C, an
溝部81は、図3(d)に示すように、複数(本実施形態では二つ)設けられて対をなし、対をなす溝部81・81は軸中心Cn回りに対称となる位置に配置されており、図1に示すように、各々の接続路72を介して導入路70の先端部にある分岐部70aと接続されている。これにより、軸全体での荷重バランスをとっている。
As shown in FIG. 3D, a plurality (two in this embodiment) of the
なお、図2に概念図を用いて模式的に示すように、駆動装置Mは周知のモータ等を用いたもので、ハウジングM1に固定され磁界を発生する固定子M2と、固定子M2に対して回転可能な状態でハウジングM1に支持され磁界を受けて回る回転子M3とを有し、固定子M2への通電制御により磁界を変化させ、固定子M2と回転子M3との間に反発力や吸引力等を作用させて回転子M3を回転させ、電気エネルギーから回転駆動力を出力するものである。回転子M3の駆動力出力軸M3a(シャフト)に上記トルク伝達軸2が接続されてトルク伝達軸2に駆動力が入力されるように構成するとともに、ハウジングM1に固定支持部6を取り付けてある。また、駆動装置Mを構成する駆動力出力軸M3aは、出力軸用の軸受M4により回転可能に支持されるとともに、内部に冷媒を通して出力軸用の軸受M4や図示しない発熱部を始めとする機構部品に冷媒を供給する流路M5の一部を構成するものであり、トルク伝達軸2の内部に形成される導入路70は、出力軸M3aから冷媒が導入されるように構成されている。勿論、トルク伝達軸2と駆動力出力軸M3a(シャフト)とを同一部材として一体に形成してもよく、また、固定支持部6とハウジングM1とを同一部材として一体に形成してもよい。この場合、トルクセンサ及び駆動装置を合わせた装置全体の軸方向寸法を小形化することも可能となる。図2に示す駆動装置Mは概念図で示したものにすぎず、この図示の駆動装置に限定されるものではない。また駆動装置にはモータ以外のものを用いてもよい。
As schematically shown in FIG. 2 using a conceptual diagram, the driving device M uses a well-known motor or the like, and is fixed to the housing M1 and generates a magnetic field. And a rotor M3 that is supported by the housing M1 in a rotatable state and rotates by receiving a magnetic field. The magnetic field is changed by energization control to the stator M2, and a repulsive force is generated between the stator M2 and the rotor M3. The rotor M3 is rotated by applying a suction force or the like, and the rotational driving force is output from the electric energy. The
以上のように、本実施形態のトルクセンサTsは、中空軸状をなし軸方向一端2cに駆動力が入力され軸方向他端2dに負荷が入力されて駆動側X1と負荷側X2との間で捩れを伴いながらトルクを伝達するトルク伝達軸2と、トルク伝達軸2の内周面2aに取り付けられトルク伝達軸2に対するトルク入力によって内周面2aに生じる歪みに対応する検出信号(差動電圧Vout)を出力する歪検出部40と、トルク伝達軸2の弾性係数の温度変化に起因して検出信号(差動電圧Vout)に含まれる検出誤差を無くす方向に補正するための温度補償部たる温度補償用抵抗41とを具備し、温度補償部たる温度補償用抵抗41によって補正された検出信号(差動電圧Vout)に基づきトルク伝達軸2に作用するトルクの大きさを算出するトルクセンサTsであって、トルク伝達軸2の弾性係数Eの温度特性と等しい特性を有する設置用部材9を、トルク伝達軸2の内面(内周面2a)に対して間接的に面接触状態で取り付け、この設置用部材9のうち歪検出部40よりも内周側となる部位に温度補償部たる温度補償用抵抗41を取り付けている。
As described above, the torque sensor Ts of the present embodiment has a hollow shaft shape, and a driving force is input to the one
この構成によれば、設置用部材9はトルク伝達軸2の弾性係数Eの温度特性と等しい特性を有するとともに、設置用部材9が面接触部分を介してトルク伝達軸2から熱伝導可能であるので、温度補償部たる温度補償用抵抗41をトルク伝達軸2以外の設置用部材9に取り付けても、歪検出部40の検出信号に含まれる検出誤差を補正することが可能となる。そして、設置用部材9とトルク伝達軸2は別体であるので、温度補償部たる温度補償用抵抗41をトルク伝達軸2の内周面2aに取り付ける場合に比べてトルク伝達軸2へのトルク入力による応力が温度補償用抵抗41に作用しにくくなり、トルク入力による歪みが温度補償用抵抗41に与える影響を低減させて、温度補償精度を向上させることが可能となる。
According to this configuration, the
しかも、温度補償部たる温度補償用抵抗41は、遠心力により部材に生じる歪みの影響も受けるものであるが、設置用部材9のうち歪検出部40よりも内周側となる部位に取り付けられているので、トルク伝達軸2の内周面2aに歪検出部40と共に温度補償用抵抗41を取り付ける場合に比べて温度補償用抵抗41に対する遠心力の影響を低減でき、温度補償精度を向上させることが可能となる。
In addition, the
さらに、設置用部材9がトルク伝達軸2と別体であるため、温度補償部たる温度補償用抵抗41を設置用部材9に貼り付けてから、設置用部材9をトルク伝達軸2に取り付けることができ、温度補償用抵抗41をトルク伝達軸2の内面に直付けする場合に比べて、その取り付け作業を簡易化することが可能となる。この場合、さらにトルク伝達軸2を小径化して高速回転化を追求することも可能となる。
Further, since the
特に、本実施形態では、設置用部材9は、トルク伝達軸2の軸心Cnを中心とした環状をなしているので、軸全体での荷重バランスの調整を簡易化することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, the
さらにまた、本実施形態では、設置用部材9は、トルク伝達軸2と同一材料で構成されているので、設置用部材の弾性係数Eの温度特性をトルク伝達軸2の弾性係数Eの温度特性に等しくなるようにして、温度補償部たる温度補償用抵抗41の取り付けを可能としている。
Furthermore, in this embodiment, since the
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described based on drawing, it should be thought that a specific structure is not limited to these embodiment. The scope of the present invention is shown not only by the above description of the embodiments but also by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
例えば、本実施形態では、トルクセンサTsは、駆動装置Mに組み込まれて構成されているが、単独で構成することも可能である。本実施形態では、温度補償部は抵抗であるが、温度及び歪みに感度を持つものであれば、抵抗以外のものでもよい。 For example, in the present embodiment, the torque sensor Ts is configured to be incorporated in the drive device M, but may be configured alone. In this embodiment, the temperature compensation unit is a resistor, but may be other than a resistor as long as it has sensitivity to temperature and strain.
また、本実施形態では、設置用部材9をトルク伝達軸2と同じ材料を用いているが、設置用部材とトルク伝達軸2の弾性係数の温度特性が等しければ、同じ材料で構成されていなくてもよい。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態において、設置用部材9は、トルク伝達軸2に対し接着剤を介して面接触状態に取り付けられているが、接着剤などを介在させずに直接直づけして、設置用部材9をトルク伝達軸2に直接的に面接触状態で取り付けてもよい。また、間接的に面接触させる場合には、介在させる部材として接着剤に限定されるものではない。
Further, in the present embodiment, the
トルク伝達軸と設置用部材とを熱伝導可能に接続するためには、本実施形態のような嵌合や接着以外の方法でもよい。例えば、図6(a)に示すように、トルク伝達軸102の内周面と、設置用部材109の外周面とに互いに対応するネジ溝vvを設けて、ネジ溝vv等の締結手段を用いてトルク伝達軸102と設置用部材109とを面接触状態で固定することが挙げられる。
In order to connect the torque transmission shaft and the installation member so as to be able to conduct heat, a method other than the fitting or bonding as in the present embodiment may be used. For example, as shown in FIG. 6A, screw grooves vv corresponding to each other are provided on the inner peripheral surface of the
その他には図6(b)に示すように、トルク伝達軸202の内周面に突状の段差部220を形成するとともに、この段差部220の軸方向端面220cに設置用部材209を押圧する止め輪などの押圧手段vp1を設け、トルク伝達軸202の内面220cに設置用部材209を面接触状態で取り付けるようにしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 6B, a projecting stepped
さらには、図6(c)に示すように、トルク伝達軸302の内周面に突状の段差部320を形成するとともに、端部同士を突き合わせたC字状(一部破断環状)をなす設置用部材309をトルク伝達軸302の内周面に弾性反発力を蓄積した状態で嵌合させ、設置用部材309の弾性反発力によって設置用部材309の外周面がトルク伝達軸302の内周面に押圧されるようにして、トルク伝達軸302の内面に設置用部材309を面接触状態で取り付けるようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 6 (c), a projecting stepped
その他、温度補償用抵抗41を複数設ける場合には、温度補償用抵抗41毎に設置用部材を設けてもよい。
In addition, when a plurality of
また、本実施形態では、温度補償用抵抗41を取り付ける設置用部材9は環状をなしているが、その形状はこれに限定されるものではない。例えば、図7に示すように、設置用部材409に板面409iを形成して、この板面409iに温度補償用抵抗41を取り付けて、設置用部材409をネジ等の止着具voでトルク伝達軸402に面接触状態で固定することが挙げられる。温度補償用抵抗41を曲面に取り付けると、温度補償用抵抗41が撓んだ状態で取り付けられることになり、オフセット状態で歪みが検出されてしまうものの、このように板面409iに温度補償用抵抗41を取り付けるようにすると、温度補償用抵抗41を撓みの少ない状態又は撓みのない状態で取り付けることができ、オフセット状態で検出される歪みを低減又は無くすることが可能となり、オフセット調整を簡易化することが可能となる。
In this embodiment, the
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The specific configuration of each part is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
2…トルク伝達軸
2c…軸方向一端
2d…軸方向他端
2a…トルク伝達軸の内周面
40…歪検出部
40a・40b・40c・40d…歪検出部
41…温度補償部(温度補償用抵抗)
9…設置用部材
X1…駆動側
X2…負荷側
E…弾性係数(縦弾性係数)
Vout…検出信号(差動電圧)
2 ...
9 ... Installation member X1 ... Drive side X2 ... Load side E ... Elastic coefficient (longitudinal elastic coefficient)
V out ... Detection signal (differential voltage)
Claims (2)
前記トルク伝達軸の弾性係数の温度特性と等しい特性を有する設置用部材を、前記トルク伝達軸の内面に対して直接的又は間接的に面接触状態で取り付け、この設置用部材のうち前記歪検出部よりも内周側となる部位に前記温度補償部を取り付けていることを特徴とするトルクセンサ。 A torque transmission shaft that has a hollow shaft shape and a driving force is input to one axial end and a load is input to the other axial end to transmit torque while being twisted between the driving side and the load side; and the torque transmission shaft A strain detector that outputs a detection signal corresponding to a strain generated in the inner peripheral surface by torque input to the torque transmission shaft, and a temperature change of an elastic coefficient of the torque transmission shaft. A temperature compensation unit for correcting in a direction to eliminate the detection error included in the detection signal, and calculating a magnitude of torque acting on the torque transmission shaft based on the detection signal corrected by the temperature compensation unit. A torque sensor,
An installation member having a characteristic equal to the temperature characteristic of the elastic coefficient of the torque transmission shaft is attached in a surface contact state directly or indirectly to the inner surface of the torque transmission shaft, and the strain detection among the installation members. A torque sensor, wherein the temperature compensation unit is attached to a portion that is on the inner peripheral side of the unit.
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