JP2023124862A - エンコーダを備える試験本体 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの回転部材間に加えられたトルクの決定システムのための試験本体を実現する。【解決手段】前記試験本体は、内側ブッシュと、外側ブッシュと、を有する。複数の前記ブッシュは、加えられた前記トルクに応じて複数の前記ブッシュ間の角度変位を可能にするとともに複数の前記部材間において前記トルクを伝達するように構成された変形可能な構造体によって接続されている。前記試験本体は、２つのリング５、６を備え、２つの前記リング５、６は各々、当該リングの回転運動を表す信号を発することができる磁気トラック７、８を担持しており、複数の前記リング５、６はそれぞれ、１つのブッシュ上に固定されており、複数の前記磁気トラック７、８は、複数の当該磁気トラック７、８がそれぞれエンコーダの内側磁気トラック７および外側磁気トラック８を形成するように、共通の回転軸Ｐを有するよう、同心状に磁化されている。【選択図】図２

Description

本発明は、エンコーダを備える試験本体、かかる試験本体を作製するための方法、および、かかる試験本体を備えるトルクの決定システムに関する。

特に、本発明は、幾何学的回転軸の周りを回転する２つの部材間に加えられたトルクの決定に適用される。本発明は、特に、例えば電動アシスト式自転車の電気モータと機械的伝動装置との間において、車両へのモータトルクの伝動装置に組み込まれた２つの部材間に加えられたトルクの決定に適用される。

この目的のために、以下の試験本体を使用することが知られている。当該試験本体は、試験本体を一方の部材上に取り付けるための手段に対して回転可能に固定された内側ブッシュ（bushing）と、試験本体を他方の部材上に取り付けるための手段を有するとともに内側ブッシュの周りに延在する外側ブッシュと、を有する。複数のブッシュは、複数の部材間に加えられたトルクに応じて複数のブッシュ間の角度変位（角度方向変位：angular displacement）を可能にするとともに複数の部材間においてトルクを伝達するように構成された変形可能な構造体によって接続されている。

かかる試験本体には、複数のブッシュ間の角度変位を測定するためのセンサを備えるトルクの決定システムのエンコーダが計装されてもよい。

さらに、２つのリングを備えるエンコーダが知られている。当該２つのリングは各々、対応するリングの回転運動を表す信号を発することができる磁気トラックを担持している。このとき、このトルク決定システムは、対応するリングの角度位置（角度方向位置）を表す信号を形成するように、１つのトラックから一定の読み取り距離にそれぞれ配置された、複数の感知素子の２つのパターンを有するセンサを備える。

文献ＦＲ－２ ８２１ ９３１には、複数のブッシュの相対変位の角度を決定することができ、したがって、前記角度を誘起する加えられたトルクを決定することができる、複数のかかる信号を比較するための装置の使用が記載されている。

このソリューションの限界は、トルクの決定精度にある。これは、複数の磁気トラックが幾何学的回転軸に関して複数の偏心の欠陥（eccentricity defect）を有し得る、という点に関する。これには、特に、以下の異なる２種類のものがある：
－その部品の幾何学的回転軸と複数の磁気トラックの中心との間の距離（隔たり）によって誘起される磁気的偏心（magnetic eccentricity）；および、
－幾何学的回転軸と複数のリングの中心との間の距離によって誘起される機械的偏心（mechanical eccentricity）
これらの欠陥は、特に、低減したねじれ角（torsion angle）の決定に関して、位置信号を比較するときに誤差を引き起こす可能性がある。

本発明は、特に、以下の２つのリングを含むエンコーダを備える試験本体を設けることによって、従来技術の課題を解決することを目的とする。当該２つのリングは各々、磁気トラックに偏心の欠陥が生じてもトルクの決定精度に影響を及ぼさない当該磁気トラックを担持している。

この目的のために、第１の態様によれば、本発明によって、幾何学的回転軸の周りを回転する２つの部材間に加えられたトルクの決定システムのための試験本体（試験体）であって、前記試験本体を一方の部材上に取り付けるための手段に対して回転可能に固定された内側ブッシュと、前記試験本体を他方の部材上に取り付けるための手段を有するとともに前記内側ブッシュの周りに延在する外側ブッシュと、を有し、複数の前記ブッシュは、複数の前記部材間に加えられた前記トルクに応じて複数の前記ブッシュ間の角度変位を可能にするとともに複数の前記部材間において前記トルクを伝達するように構成された変形可能な構造体によって接続されており、前記試験本体は、２つのリングを備え、２つの前記リングは各々、当該リングの回転運動を表す信号を発することができる磁気トラックを担持しており、複数の前記リングはそれぞれ、１つのブッシュ上に固定されており、複数の前記磁気トラックは、複数の当該磁気トラックがそれぞれエンコーダの内側磁気トラックおよび外側磁気トラックを形成するように、共通の回転軸を有するよう、同心状に磁化されている、試験本体が提供される。

第２の態様によれば、本発明によって、複数の前記リングをそれぞれ１つのブッシュ上に固定する工程と、複数の前記磁気トラックが共通の回転軸を有するよう、複数の当該磁気トラックの各々を同心状に磁化する工程と、を含む、かかる試験本体を作製するための方法が提供される。

第３の態様によれば、本発明によって、幾何学的回転軸の周りの２つの回転部材間に加えられたトルクの決定システムであって、第２の態様に係る試験本体と、複数の感知素子の第１パターンと、複数の感知素子の第２パターンと、を備えるセンサと、を備え、複数の感知素子の前記第１パターン、複数の感知素子の前記第２パターンは、それぞれ、対応する前記リングの角度位置を表す信号を形成するように、それぞれ、前記内側トラック、前記外側トラックから一定の読み取り距離に配置されており、前記センサによって送出される複数の前記信号を比較するための装置をさらに備え、前記装置は、加えられた前記トルクに依存する複数の前記リング間の角度を決定することができる、決定システムが提供される。

本発明のその他の目的および利点は、添付の図面を参照してなされる以下の説明において、明らかとなるだろう。

本発明の一実施形態による、リングを固定する前の試験本体の正面図である。 前記試験本体に対する磁化ツールの構成を示す、図１の線Ａ－Ａによる断面図である。 本発明の一実施形態による、計装試験本体の正面図である。 本発明による、試験本体の内側磁気トラックの磁化を表す正面図である。 図３の線Ａ－Ａによる断面図である。 本発明による、試験本体の外側磁気トラックの磁化を表す正面図である。

これらの図を参照して、幾何学的回転軸Ｒの周りを回転する２つの部材間に加えられたトルクを決定するためのシステムを、以下に説明する。

特に、このシステムによって、例えば、電動アシスト式自転車の電気モータと機械的伝動装置との間において、車両へのモータトルクの伝動装置に組み込まれた２つの部材間に加えられたトルクを決定することができる。

このシステムは、試験本体を備える。試験本体は、当該試験本体を一方の部材上に取り付けるための手段に対して回転可能に固定された内側ブッシュ１と、当該試験本体を他方の部材上に取り付けるための手段を有するとともに当該内側ブッシュ１の周りに延在する外側ブッシュ２と、を有する。

ブッシュ１、２は、変形可能な構造体によって接続されている。当該変形可能な構造体は、複数の部材間に加えられたトルクに応じて複数のリング間の角度変位を可能にするとともに複数の部材間において当該トルクを伝達するように構成されている。

図示した実施形態では、リング１、２は、幾何学的回転軸Ｒ上に取付けるスリーブ３の周りにおいて同心となっている。これは、例えば、外側ブッシュ２が取り付けられた別のシャフトにトルクを伝達するためのシャフトである。変形可能な構造体は、ブッシュ１、２を接続する、少なくとも１つの半径方向（放射状）アーム４を備える。図では、少なくとも１つの半径方向アーム４は、角度方向に均等に分布した、４つのアームである。

この結果、複数のシャフト間で伝達されるトルクは、ブッシュ１、２のねじれを誘起し、したがって、当該トルクに依存するねじれ角に応じて、複数の前記ブッシュの相対的な角度方向運動を誘起する。当該システムは、前記ねじれ角の測定結果に基づいて、前記トルクを決定する。

この目的のために、ブッシュ１、２の各々に、それぞれ、内側リング５および外側リング６を備え付けることによって、試験本体を有するエンコーダが作製される。内側リング５および外側リング６は、それぞれ、回転する前記リングの運動を表す信号（例えば、周期的信号）を発することができる内側磁気トラック７および外側磁気トラック８を担持している。当該システムは、複数の前記リングの各々の角度位置を測定するためのセンサを備える。

特に、Ｎ極およびＳ極９のＮｐｐ_ｉ個の対の連続、ならびに、Ｎ極およびＳ極９のＮｐｐ_ｅ個の対の連続は、それぞれ、擬似正弦（pseudo-sine）形状の磁気信号を発することができる多極磁気トラック７、８が形成されるように、リング５、６上で磁化されている。

リング５、６は、磁性粒子（特に、ＮｄＦｅＢ等の希土類粒子またはフェライト粒子）が分散した環状マトリクス（annular matrix）を含んでもよい。当該環状マトリクスは、例えば、プラスチック材料またはエラストマー材料をベースとして作製される。複数の前記粒子は、磁気トラック７、８が形成されるように磁化される。

当該センサは、複数の感知素子の第１パターンと、複数の感知素子の第２パターンと、を備える。複数の感知素子の第１パターン、複数の感知素子の第２パターンは、それぞれ、対応するリング５、リング６の角度位置を表す信号を形成するように、それぞれ、内側トラック７、外側トラック８から一定の読み取り距離に配置されている。

特に、各パターンは、少なくとも２つの感知素子を備えてもよい。当該少なくとも２つの感知素子は、特に、文献ＦＲ－２ ７９２ ４０３、文献ＥＰ－２ ６０２ ５９３および文献ＥＰ－２ ６０２ ５９４に記載された、（配置）調整された複数の感知素子であってもよい。

感知素子は、検出されるトラック７、８の磁気信号に応じて抵抗が変化する磁気抵抗材料（magneto-resistive material）をベースとするものであってもよい。当該感知素子は、例えば、ＡＭＲ型、ＴＭＲ型、もしくはＧＭＲ型のものであってもよく、または、ホール効果プローブであってもよい。

一実施形態によれば、角度位置は、磁気トラック７、８が発する信号によって、インクリメンタルに（incrementally）決定することができる。別の実施形態によれば、二次磁気トラックまたは特定のコーディングをリング５、６上に設けることによって、角度位置を絶対的に決定することができる、すなわち、基準位置に対して決定することができる。

当該システムは、センサによって送出される信号を比較するための装置をさらに備える。前記装置は、加えられたトルクに依存するブッシュ１、２の間の角度を決定することができる。

一実施形態によれば、複数のセンサは、直角位相の複数のインクリメンタルな方形信号を送出し、比較装置は、リング５、６の各々の角度位置を示す計数手段と、複数の当該角度位置間の差の計算を可能にする減算手段と、を備える。

センサは、複数の感知素子の第１パターンおよび複数の感知素子の第２パターンが送出した信号に、それぞれ、補間因子ｆ_ｉおよび補間因子ｆ_ｅを適用するための手段を備えてもよい。ここで、計数手段は、複数の補間された信号の各々においてフロント（front）ｎ_ｉおよびフロントｎ_ｅの数を測定する。

内側トラック７および外側トラック８が、それぞれ、Ｎ極およびＳ極９のＮｐｐ_ｉ個の対、ならびに、Ｎ極およびＳ極９のＮｐｐ_ｅ個の対を備えることを考慮して、減算手段は、例えば、リング５、６の複数の角度位置間の差を計算するために、演算Ｎｐｐ_ｅ．ｆ_ｅ．ｎ_ｉ－Ｎｐｐ_ｉ．ｆ_ｉ．ｎ_ｅを実行する。

特に、センサは、ｆ_ｅ／ｆ_ｉ＝Ｎｐｐ_ｉ／Ｎｐｐ_ｅであるような複数の補間因子を適用するための手段を備える。トラック７、８が複数の磁極９の同数の対を有し（Ｎｐｐ_ｉ＝Ｎｐｐ_ｅ）、したがって、一方のトラック７が他方のトラック８に対して異なる磁極幅を有するとき、同じ補間因子での（ｆ_ｉ＝ｆ_ｅ）フロントｎ_ｉとフロントｎ_ｅとの単純な減算によって、計算が行われ得る。

一実施形態によれば、複数の磁極９の対の数Ｎｐｐ_ｉおよび複数の磁極９の対の数Ｎｐｐ_ｅは、トラック７、８の複数の磁極９が同一の磁極幅を有するような数である。このことには、同一の動作条件で同一の構成を有する複数の感知素子のパターンの使用が可能になる、という利点がある。この結果、それらの磁気周期関連誤差（例えば、それらの非線形性またはその他の通常の本来的な欠陥）を補償することができる。

エンコーダを作製するための方法では、まず、リング５、６が本体上に固定され、次に、磁気トラック７、８が共通の回転軸Ｐを有するよう、当該磁気トラック７、８の各々が同心状に磁化される。

図示の実施形態では、リング５、６は、磁化前に、それぞれ、本体の１つのブッシュ１、２上に固定され、その後の磁化によって、それぞれ、内側磁気トラック７および外側磁気トラック８を形成する。

当該方法では、リング５、６を、それらが幾何学的回転軸Ｒと共通の回転軸を有するように、同心状にブッシュ１、２上に固定することが有利である。

先立つ固定工程によって、リング５、６が、当該リング５、６の中心と幾何学的回転軸Ｒとの間にあり得る距離によって誘起される、同じ機械的偏心を有することが可能となる。そして、その後のトラックの磁化工程によって、共通の回転軸Ｐと幾何学的回転軸Ｒとの間における、同じ磁気的偏心ｅを得ることが可能となる。

したがって、これらの偏心ｅは同じとなり、位置誤差が同じであり減算によって排除可能である限り、それらの潜在的な欠陥は、リング５、６の各々の角度位置の比較によるトルクの決定精度に対して影響を及ぼさない。

一実施形態によれば、トラック７、８は、２つのクラウンであって、本体上に固定された１つのリング５、６をそれぞれ磁化するための２つのクラウンを有するツール１０によって磁化される。有利には、これらのクラウンは、それぞれ、１つのリング５、６の幾何学的形状と同様の幾何学的形状を有してもよい。

この実施形態によって、それらの同心性が磁化クラウンの幾何学的形状によって課される限り、それらの同心性を単純な方法で満たしつつ、トラック７、８を同時に磁化することが可能となる。

特に、ブッシュ１、２上に固定されたリング５、６を、それらの磁気トラック７、８が平面Ｌに配置された状態で磁化することができるように、ツール１０によって磁化が行われてもよい。これらのトラックは、複数の磁極９の同数の対または異なる数の対を含んでもよい。

別の実施形態によれば、トラック７、８は、ツール１１によって磁化される。本体および前記ツールは、共通の回転軸Ｐに従って相対的に回転できるように取り付けられる。特に、ツール１１は、固定されていてもよく、本体が前記ツールに対して回転可能に取り付けられてもよい。

図３および図４を参照すると、当該方法では、磁極９、隣り合う磁極９の対、または複数の磁極９の角度方向の連続を磁化するためのツール１１が用意される。前記ツールおよびそれぞれ１つのリング５、６は、リングに対するツールの連続的な相対回転によってトラック７、８の複数の磁極９が連続的に磁化されるように、互いに半径方向に対向するよう互いに相対的に移動される。

Claims (15)

1. 幾何学的回転軸（Ｒ）の周りを回転する２つの部材間に加えられたトルクの決定システムのための試験本体であって、
   前記試験本体を一方の部材上に取り付けるための手段に対して回転可能に固定された内側ブッシュ（１）と、
   前記試験本体を他方の部材上に取り付けるための手段を有するとともに前記内側ブッシュ（１）の周りに延在する外側ブッシュ（２）と、
   を有し、
   複数の前記ブッシュは、複数の前記部材間に加えられた前記トルクに応じて複数の前記ブッシュ間の角度変位を可能にするとともに複数の前記部材間において前記トルクを伝達するように構成された変形可能な構造体によって接続されており、
   前記試験本体は、２つのリング（５、６）を備え、
   ２つの前記リング（５、６）は各々、当該リングの回転運動を表す信号を発することができる磁気トラック（７、８）を担持しており、
   複数の前記リング（５、６）はそれぞれ、１つのブッシュ（１、２）上に固定されており、
   複数の前記磁気トラック（７、８）は、複数の当該磁気トラック（７、８）がそれぞれエンコーダの内側磁気トラック（７）および外側磁気トラック（８）を形成するように、共通の回転軸（Ｐ）を有するよう、同心状に磁化されている、試験本体。
2. 複数の前記リング（５、６）は、前記幾何学的回転軸（Ｒ）と共通の回転軸を有することを特徴とする、請求項１に記載の試験本体。
3. 複数の前記リング（５、６）は、それらのトラック（７、８）が平面（Ｌ）に配置されるように、前記本体上に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の試験本体。
4. 複数の前記２つのリング（５、６）は、磁性粒子が分散した環状マトリクスを含み、
   前記粒子は、複数の前記磁気トラック（７、８）が形成されるように磁化されていることを特徴とする、請求項１に記載の試験本体。
5. 前記変形可能な構造体は、複数の前記ブッシュ（１、２）を接続する少なくとも１つの半径方向アーム（４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の試験本体。
6. 前記内側トラック（７）および前記外側トラック（８）はそれぞれ、複数の前記多極磁気トラック（７、８）が形成されるように、Ｎ極およびＳ極（９）のＮｐｐ_ｉ個の対、ならびに、Ｎ極およびＳ極（９）のＮｐｐ_ｅ個の対を含むことを特徴とする、請求項１に記載の試験本体。
7. 複数の磁極（９）の対の数Ｎｐｐ_ｉおよび複数の磁極（９）の対の数Ｎｐｐ_ｅは、複数の前記トラック（７、８）の複数の前記磁極（９）が同一の磁極幅を有するような数であることを特徴とする、請求項６に記載の試験本体。
8. 複数の前記リング（５、６）をそれぞれ１つのブッシュ（１、２）上に固定する工程と、
   複数の前記磁気トラック（７、８）が共通の回転軸（Ｐ）を有するよう、複数の当該磁気トラック（７、８）の各々を同心状に磁化する工程と、
   を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の試験本体を作製するための方法。
9. 複数の前記トラック（７、８）は、同時に磁化されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 複数の前記トラック（７、８）は、ツール（１１）によって磁化され、
    前記試験本体および前記ツールは、前記共通の回転軸（Ｐ）に従って相対的に回転可能に取り付けられることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
11. 磁極（９）、隣り合う磁極（９）の対、または複数の磁極（９）の角度方向の連続を磁化するためのツール（１１）を用意し、
    前記ツールおよびそれぞれ１つのリング（５、６）は、前記リングに対する前記ツールの連続的な相対回転によってトラック（７、８）の複数の前記磁極（９）が連続的に磁化されるように、互いに半径方向に対向するよう互いに相対的に移動されることを特徴とする、請求項６を引用する請求項１０に記載の方法。
12. 幾何学的回転軸（Ｒ）の周りの２つの回転部材間に加えられたトルクの決定システムであって、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の試験本体と、
    複数の感知素子の第１パターンと、複数の感知素子の第２パターンと、を備えるセンサと、
    を備え、
    複数の感知素子の前記第１パターン、複数の感知素子の前記第２パターンは、それぞれ、対応する前記リング（５、６）の角度位置を表す信号を形成するように、それぞれ、前記内側トラック（７）、前記外側トラック（８）から一定の読み取り距離に配置されており、
    前記センサによって送出される複数の前記信号を比較するための装置をさらに備え、
    前記装置は、加えられた前記トルクに依存する複数の前記リング（１、２）間の角度を決定することができる、決定システム。
13. 複数の前記センサは、直角位相の複数のインクリメンタルな方形信号を送出し、
    前記比較装置は、
    複数の前記リング（５、６）の各々の前記角度位置を示す計数手段と、
    複数の前記角度位置間の差の計算を可能にする減算手段と、
    を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の決定システム。
14. 前記センサは、複数の感知素子の前記第１パターンおよび複数の感知素子の前記第２パターンが送出した前記信号に、それぞれ、補間因子ｆ_ｉおよび補間因子ｆ_ｅを適用するための手段を備え、
    前記計数手段は、複数の補間された前記信号の各々においてフロントｎ_ｉおよびフロントｎ_ｅの数を測定し、
    前記減算手段は、複数の前記リング（５、６）の複数の前記角度位置間の前記差を計算するために、演算Ｎｐｐ_ｅ．ｆ_ｅ．ｎ_ｉ－Ｎｐｐ_ｉ．ｆ_ｉ．ｎ_ｅを実行することを特徴とする、請求項６を引用する請求項１３に記載の決定システム。
15. 前記センサは、ｆ_ｅ／ｆ_ｉ＝Ｎｐｐ_ｉ／Ｎｐｐ_ｅであるような複数の補間因子を適用するための手段を備えることを特徴とする、請求項１４に記載の決定システム。