JP3671586B2 - Rotational torque sensor - Google Patents

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JP3671586B2 JP07834697A JP7834697A JP3671586B2 JP 3671586 B2 JP3671586 B2 JP 3671586B2 JP 07834697 A JP07834697 A JP 07834697A JP 7834697 A JP7834697 A JP 7834697A JP 3671586 B2 JP3671586 B2 JP 3671586B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チェーン等により回転駆動される車輪等の被駆動ロータに加わる回転トルクを検出するセンサの技術分野に属し、特に補助電動機付自転車に用いて好適な回転トルクセンサの技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術としての回転トルクセンサとしては、特開平8−85491号公報に、電動自転車用の回転トルクセンサが開示されている。この従来技術では、チェーンから後輪にトルクが加わると伸縮するバネが回転軸回りに配設されており、このバネの一端に固定されているフェライトの変位がその周囲に配設されているコイルによってインダクタンスの変化として検出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前述の従来技術では、上記フェライトおよびバネがチェーンスプロケットおよび後輪とともに回転する回転体であるので、バネの伸縮によるフェライトの変位を検出するために、コイルのインダクタンスの計測が必要である。それゆえ、インダクタンスの検出用の電子回路が必要とされる。また、バネを含んでトルクを伝達する機構が複雑であるので、部品点数が多くかさばるばかりではなく、精密な計測精度と機械的な強度とを確保するためには重量が重くならざるを得ない。その結果、上記従来技術による回転トルクセンサは、コスト的にも不利にならざるを得ないという不都合も生じる。
【0004】
そこで本発明は、構成が簡素で軽量小型かつ安価なトルクセンサを提供することを解決すべき課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
(第1手段)
本発明の第1手段は、固定軸と、該固定軸まわりに回転自在に軸支されている被駆動ロータと、該被駆動ロータに対し回転面内で所定の範囲を移動可能に保持され外周部に接線方向の力を受けて回転駆動されることにより該被駆動ロータを回転駆動する駆動ロータと、該固定軸に対して回転することなく該接線方向に所定区間の移動可能に該固定軸に保持されており該駆動ロータを回転自在に軸支している非回転体と、該非回転体と該固定軸との間に作用する押圧力および引っ張り力のうち一方を計測するセンサとを有することを特徴とする回転トルクセンサである。
【0006】
本手段では、駆動ロータが接線方向の力(以下、接線力と呼ぶ)を受けると、その方向に所定の範囲で移動し、上記接線方向の力が加わっている点の固定軸を挟んで反対側で被駆動ロータを駆動するとともに、被駆動ロータからの反力を受ける。すると、接線力と反力との合力が上記接線方向に生じ、この合力は非回転体を固定軸に押しつけるので、非回転体と該固定軸との間に押圧力ないし(反対側に)引っ張り力が生じてセンサにより計測される。同センサで計測されるこの力は上記接線力と比例しているので、この力の計測により上記接線力を算出することができ、ひいてはトルクを算出することができる。
【0007】
上記本手段では、回転トルクセンサの構成要素が、大きく分けて、固定軸、被駆動ロータ、駆動ロータ、非回転体、およびセンサの五点であるので、部品点数が少なく構成が極めて簡素である。また、特別にかさばる構成要素や高価な部品はないので、回転トルクセンサが軽量小型かつ安価に構成できる。
したがって本手段によれば、構成が簡素で軽量小型かつ安価なトルクセンサを提供することができるという効果がある。
【0008】
(第2手段)
本発明の第2手段は、上記第1手段において、前記駆動ロータは、チェーン、ベルト、ラックを含む歯車、および摩擦面のうちいずれかにより前記接線方向に力を受けて回転駆動されることを特徴とする。
本手段では、駆動ロータに接線力を生じるトルク伝達手段であれば、ほとんどのものが本発明に含まれることが明らかにされている。
【0009】
たとえば、駆動ロータがチェーン駆動のスプロケットであれば、引っ張り側のチェーンによって生じる接線力がセンサで計測されることにより、容易かつ精密にトルクの計測ができる。また、駆動ロータが歯車であり、ラックを含む歯車によって接線力が生じる場合にも、この接線力がセンサで計測されることにより、容易かつ精密にトルクの計測ができる。駆動ロータに接線力を及ぼす物が摩擦面である場合にも、上記ラックと歯車との組み合わせの場合と同様に、接線力がセンサで計測されることにより、容易かつ精密にトルクの計測ができる。駆動ロータがベルト駆動のプーリである場合には、トルクが加わっていない場合のセンサの出力をゼロ点と見なすことにより、チェーン駆動のスプロケットの場合と同様に、接線力がセンサで計測されることによって容易にトルクの計測ができる。
【0010】
したがって本手段によれば、前述の第1手段の効果に加えて、駆動ロータに接線力を生じるトルク伝達手段であればほとんどのものに適用可能であるという効果がある。
(第3手段)
本発明の第3手段は、上記第1手段に於いて、前記センサは、歪みゲージであって、前記非回転体および固定軸のうち一方に固定されており両者の間に作用する力により変形する板バネに接合されていることを特徴とする。
【0011】
本手段では、センサが板バネに固定されている歪みゲージであるから、センサの構成が極めて簡素であり、軽量小型で安価なうえ精度も信頼性も高い。また、センサ出力を取り出す回路も、簡素なブリッジ回路で済み、同様に軽量小型で安価なうえ精度も信頼性も高い。
したがって本手段によれば、前述の第1手段の効果に加えて、本発明の回転トルクセンサをよりいっそう軽量小型で安価なうえ、高精度かつ高信頼性をもって構成できるという効果がある。
【0012】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明の回転トルクセンサの実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得らえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
[実施例1]
(実施例1の構成)
本発明の実施例1としての回転トルクセンサは、図1に示すように、チェーン5に駆動されて固定軸1まわりに回転するスプロケット42を一部として、電動自転車の後輪(図略)に組み込まれている。すなわち、本実施例の回転トルクセンサは、固定軸1、被駆動ロータ4、駆動ロータ2、非回転体12、および押圧力センサ13,14などから構成され、チェーン5によって駆動ロータ4および被駆動ロータ2が回転駆動される。
【0013】
固定軸1は、自転車の後輪の車軸であって、その回りに後輪の中央部を形成している被駆動ロータ2を回転自在に軸支している。すなわち固定軸1は、中間部で玉軸受け61を介して被駆動ロータ2を回転自在に軸支しており、被駆動ロータ2の回転軸は固定軸1の中心線と常に一致している。
図2に示すように、固定軸1の先端部は角棒部11で形成されており、前後方向に所定の範囲で移動可能な非回転体12を保持している。非回転体12の外周には玉軸受け62が固定されており、玉軸受け62を介して駆動ロータ4が回転自在に軸支されている。したがって、駆動ロータ4は、固定軸1に対して前後方向に所定範囲で移動可能であるとともに、固定軸1まわりに回転自在に軸支されている。ただし、駆動ロータ4の回転軸と固定軸1の中心軸とは平行ではあるが必ずしも一致せず、通常は前後方向にずれている。
【0014】
駆動ロータ4は、再び図1に示すように、被駆動ロータ2に対しその回転面内で所定の範囲を移動可能に保持されており、外周部に接線方向の力を受けて回転駆動されることにより、被駆動ロータ2を回転駆動する。すなわち駆動ロータ4は、玉軸受け62を介して非回転体12まわりに軸支されているフランジ部材41と、フランジ部材41の外周に同軸で固定されているスプロケット42とから構成されている。スプロケット42の外周部にはチェーン5と噛み合う歯43が形成されており、スプロケット42は、チェーン5から歯43を介して接線方向(この場合は前方)に引っ張り力(接線力)を受けて回転駆動される。
【0015】
駆動ロータ4から被駆動ロータ2へのトルクの伝達は、駆動ロータ4の貫通孔40と被駆動ロータ2の貫通孔20をそれぞれ貫通している八本のジョイントピン3を介して行われる。図1および図3に示すように、両貫通孔20,40の内径は、ジョイントピン3の外径よりも0.1mm程度大きく、被駆動ロータ2に対する駆動ロータ4の所定範囲での移動を可能にしている。
【0016】
非回転体12は、図1および図2に示すように、固定軸1の角棒部11に対して回転することなく、上記接線方向(すなわち前後方向)に所定区間の移動可能に固定軸1の角棒部11に保持されている。そして非回転体12は、玉軸受け62を介して駆動ロータ4を回転自在に軸支している。また、図1に示すように、非回転体12の貫通孔420からは適当な隙間を持って固定軸1の角棒部11が突出しており、自転車が右側に倒れた場合にスプロケット42等を保護するようになっている。
【0017】
押圧力センサ13,14は、再び図1に示すように、固定軸1の角棒部11の後面に固定されており、非回転体12と固定軸1との間に作用する押圧力を計測するセンサである。このセンサは、図4(a)に示すように、コの字状の板バネ13および歪みゲージ14からなる。板バネ13は、中間部を形成している板バネ部131と、板バネ部131の左右両側から前方に突出しており角棒部11(図略)に立脚して固定されている一対の脚部12と、板バネ部131の中央部から後方に突出している突条部133とからなる一体部材である。突条部133と背向している板バネ部131の中央部の前面には、左右方向の伸縮を検知する歪みゲージ14が固着している。
【0018】
図4(b)に示すように、突条部133と対向している非回転体12(一部のみ図示)から固定軸1の角棒部11(図略)に前方に向かう押圧力Fがかかると、板バネ13の突条部133が押されて板バネ部131が曲がる。すると、歪みゲージ14は左右方向に引き伸ばされ、押圧力Fにほぼ比例した抵抗値の変化を生じるので、この変化を別途設けられている公知のブリッジ回路等(図略)で検出すれば、押圧力Fの測定をすることができる。
【0019】
(実施例1の作用効果)
本実施例の回転トルクセンサは、以上のように構成されているので、次のような作用を生じる。
すなわち図5(a)に示すように、スプロケット42の外周部にチェーン5により接線力F1がかかると、スプロケット42を含む駆動ロータ4を軸支している非回転体12は、板バネ13の変形に相当する距離を前方に移動する。フランジ部材41を含む駆動ロータ4には、図中時計回りにトルクがかかるので、駆動ロータ4は前方へ移動するだけではなく、被駆動ロータ2に対してジョイントピン3の許容範囲で時計回りに相対的に回転する。すると、最下部のジョイントピン3だけが前述の両貫通孔20,40の内周面に挟持され、最下部のジョイントピン3を介して駆動ロータ4から被駆動ロータ2へとトルクが伝達される。その際、最下部のジョイントピン3を介して駆動ロータ4には被駆動ロータ2からの反力F2が生じる。
【0020】
その結果、図5(b)に示すように、チェーン5からの接線力F1とジョイントピン3からの反力F2とが駆動ロータ4にかかり、その合力F=F1+F2が非回転体12(図略)を介して板バネ13にかかる。換言すると、梃子4の両端にかかる接線力F1および反力F2を、板バネ13が支点として支え、その合力F=F1+F2の反力を生じて梃子4を支持している。なお、接線力F1に対する反力F2の比率は、両モーメントアームr1,r2の比率で梃子の原理により定まっている。したがって、設計上明らかな両モーメントアームr1,r2と、板バネ13にかかる押圧力Fの計測値をもって、駆動ロータ4にかかっているトルクは容易に算出される。
【0021】
なお、図5(a)に示す負荷Lは、上記トルクに見合う分が出力されるものと考えられる。
ここで、駆動ロータ4および被駆動ロータ2の回転に伴い、最下部のジョイントピン3から次のジョイントピン3へとトルク伝達を行うジョイントピン3が次々に交代するが、この際のトルクの伝達には不連続なジャンプはなく、連続的にトルク伝達が行われる。ただし、センサ14が付いた板バネ13からジョイントピン3までのモーメントアームは、位相を少しずつ(ジョイントピン3の角度間隔だけ)ずらして隣り合う正弦波関数の頂部が連続するので、わずかながらセンサ出力には脈動が伴う。その脈動の幅は、本実施例のようにジョイントピン3が八本、等間隔に配設されている場合には±3%程度であり、おおむねスムースな出力が得られる。脈動の量をさらに減らす要求がある場合には、ジョイントピン3の数を増やしてその角度間隔を減らすことにより、容易に脈動を低減することができる。
【0022】
本実施例の回転トルクセンサは、以上のトルク計測機能を持ちながら、前述の構成で実施できるので、特殊な部品や重量や容積がかさばる部品を要せず、その構成は極めて簡素である。したがって本実施例によれば、構成が簡素で軽量小型であり、信頼性も計測精度も高いトルクセンサを安価に提供することができるという効果がある。
【0023】
(実施例1の変形態様)
前述の実施例1のジョイントピン3の部分に関し、やや異なる構成の変形態様が可能である。
たとえば変形態様1として、図6(a)に示すように、ジョイントピン3が被駆動ロータ2’の貫通孔20’には締まりばめで挿入されており、駆動ロータ4の貫通孔20(バカ穴)には極端な緩みばめで挿入されている構成が可能である。本変形態様の回転トルクセンサの他の部分は、実施例1と同様である。
【0024】
本変形態様によっても、実施例1と同様の作用効果が得られるうえ、振動等が加わってもジョイントピン3が暴れることがなくしっかりと被駆動ロータ2’に保持されており、騒音の発生が抑えられるという効果がある。なお、貫通孔20’と貫通孔40との関係が逆の構成であっても、本変形態様と同様の作用効果が得られる。
【0025】
また変形態様2として、図6(b)に示すように、ジョイントピン3の代わりに先端部にのみ雄ねじが形成されているボルト3’を用い、被駆動ロータ2”に貫通孔20の代わりに形成されている雌ねじ孔20”と螺合させる構成も可能である。本変形態様でも、駆動ロータ4の貫通孔40はバカ穴であるので前述の変形態様1と同様の作用効果が得られるうえ、ボルト3’の先端が被駆動ロータ2”を貫通して反対側に突出することがないので、よりコンパクトに構成できるという効果もある。
【0026】
[実施例2]
本発明の実施例2としての回転トルクセンサは、図7(a)〜(b)に示すように、実施例1のチェーン駆動に代えて歯車駆動とした実施例である。本実施例では、駆動ロータ4Aは歯車であってこれと噛み合う他の歯車5’によって回転駆動され、複数のジョイントピン3を介して被駆動ロータ2Aを回転駆動する。被駆動ロータ2Aはまた、固定軸1Aによって回転自在に軸支されている。そして駆動ロータ4Aの固定軸を兼ねる非回転体12Aは、図7(b)に示すように、押圧力センサとして首部の両側にそれぞれ歪みゲージ14を備えている。
【0027】
それゆえ、両歪みゲージ14の抵抗値の差分をとることにより、比較的精密に非回転体12Aにかかる押圧力Fを計測することができる。図7(c)に示すように、押圧力Fが計測されれば、実施例1と同様の手法で駆動ロータ4Aに作用しているトルクを算出することができる。
したがって、歯車駆動の本実施例によっても、実施例1と同様に、構成が簡素で軽量小型であり、信頼性も計測精度も高いトルクセンサを安価に提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1としての回転トルクセンサの構成を示す水平断面図
【図2】 実施例1としての回転トルクセンサの構成を示す端面図
【図3】 実施例1の摺動部の構成を示す端面図
【図4】 実施例1の押圧力センサの構成および作用を示す組図
(a)無負荷時の押圧力センサの形状を模式的に示す断面図
(b)押圧力下の押圧力センサの作用を模式的に示す断面図
【図5】 実施例1としての回転トルクセンサの作用を示す組図
(a)側面図 (b)押圧力センサの原理図
【図6】 実施例1の変形態様の構成を示す組図
(a)変形態様1のジョイントピン付近の構成を示す断面図
(b)変形態様2のジョイントピン付近の構成を示す断面図
【図7】 実施例2としての回転トルクセンサの構成および作用を示す組図
(a)実施例2の駆動ロータの構成を示す側面図
(b)実施例2としての回転トルクセンサの構成を示す水平断面図
(c)実施例2としての回転トルクセンサの作用を示す模式図
【符号の説明】
1,1A:固定軸 11:角棒部
12:非回転体 12A:固定軸を兼ねる非回転体
13:コの字状の板バネ 14:歪みゲージ
2,2’,2”,2A:被駆動ロータ
20,20’:貫通孔 20”:ネジ孔
3:ピン 3’:ボルト
4:駆動ロータ 40:貫通孔 420:貫通孔
41:フランジ部材 42:スプロケット 43:歯
5:チェーン 51:引っ張り側チェーン 52:弛み側チェーン
4A:駆動ロータとしての歯車 5’:歯車
F:押圧力 F1:接線力 F2:反力 L:負荷
r1,r2:モーメントアーム
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a sensor that detects rotational torque applied to a driven rotor such as a wheel that is rotationally driven by a chain or the like, and particularly to the technical field of a rotational torque sensor that is suitable for use with a bicycle with an auxiliary motor.
[0002]
[Prior art]
As a conventional rotational torque sensor, JP-A-8-85491 discloses a rotational torque sensor for an electric bicycle. In this prior art, a spring that is expanded and contracted when a torque is applied from the chain to the rear wheel is disposed around the rotation axis, and a ferrite displacement fixed to one end of the spring is disposed around the coil. Is detected as a change in inductance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described prior art, since the ferrite and the spring are rotating bodies that rotate together with the chain sprocket and the rear wheel, it is necessary to measure the inductance of the coil in order to detect the displacement of the ferrite due to the expansion and contraction of the spring. Therefore, an electronic circuit for inductance detection is needed. In addition, since the mechanism for transmitting torque including the spring is complicated, not only is the number of parts large, but the weight must be increased to ensure precise measurement accuracy and mechanical strength. . As a result, the rotational torque sensor according to the conventional technique also has a disadvantage that it must be disadvantageous in terms of cost.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a torque sensor that has a simple configuration, is lightweight, small, and inexpensive.
[0005]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve the above problems, the inventor has invented the following means.
(First means)
The first means of the present invention includes a fixed shaft, a driven rotor that is rotatably supported around the fixed shaft, and an outer periphery that is held so as to be movable within a predetermined range within the rotation plane with respect to the driven rotor. A driving rotor that rotationally drives the driven rotor by receiving a force in a tangential direction at the portion, and the fixed shaft that is movable in a predetermined section in the tangential direction without rotating with respect to the fixed shaft And a non-rotating body that rotatably supports the drive rotor, and a sensor that measures one of a pressing force and a pulling force acting between the non-rotating body and the fixed shaft. This is a rotational torque sensor.
[0006]
In this means, when the drive rotor receives a tangential force (hereinafter referred to as a tangential force), the drive rotor moves in a predetermined range in the direction, and the opposite side of the fixed shaft at the point where the tangential force is applied. The driven rotor is driven on the side and the reaction force from the driven rotor is received. Then, a resultant force of a tangential force and a reaction force is generated in the tangential direction, and this resultant force presses the non-rotating body against the fixed shaft, so that a pressing force or a pull (on the opposite side) is generated between the non-rotating body and the fixed shaft. Force is generated and measured by the sensor. Since this force measured by the sensor is proportional to the tangential force, the tangential force can be calculated by measuring this force, and thus the torque can be calculated.
[0007]
In the above means, the components of the rotational torque sensor are roughly divided into five points: a fixed shaft, a driven rotor, a driving rotor, a non-rotating body, and a sensor, so the number of parts is small and the configuration is extremely simple. . Further, since there are no specially bulky components or expensive parts, the rotational torque sensor can be configured to be lightweight, small and inexpensive.
Therefore, according to this means, it is possible to provide a torque sensor that has a simple configuration, is lightweight, small, and inexpensive.
[0008]
(Second means)
According to a second means of the present invention, in the first means, the drive rotor is rotationally driven by receiving a force in the tangential direction by any one of a chain, a belt, a gear including a rack, and a friction surface. Features.
It has been clarified that the present invention includes almost any torque transmission means that generates a tangential force in the drive rotor.
[0009]
For example, if the drive rotor is a chain-driven sprocket, the tangential force generated by the chain on the pulling side is measured by a sensor, so that torque can be measured easily and precisely. Even when the drive rotor is a gear and a tangential force is generated by the gear including the rack, the torque can be easily and precisely measured by measuring the tangential force with a sensor. Even when the object that exerts a tangential force on the drive rotor is a friction surface, the torque can be measured easily and precisely by measuring the tangential force with a sensor, as in the case of the combination of the rack and the gear. . When the drive rotor is a belt-driven pulley, the sensor output when no torque is applied is regarded as the zero point, and the tangential force is measured by the sensor as in the case of a chain-driven sprocket. Can easily measure torque.
[0010]
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means described above, there is an effect that it can be applied to almost any torque transmission means that generates a tangential force in the drive rotor.
(Third means)
According to a third means of the present invention, in the first means, the sensor is a strain gauge, which is fixed to one of the non-rotating body and the fixed shaft and is deformed by a force acting between the two. It is characterized by being joined to a leaf spring.
[0011]
In this means, since the sensor is a strain gage in which the sensor is fixed to the leaf spring, the structure of the sensor is extremely simple, light and small, inexpensive, and highly accurate and reliable. In addition, the circuit for taking out the sensor output may be a simple bridge circuit, which is similarly lightweight, small, inexpensive, and highly accurate and reliable.
Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means described above, there is an effect that the rotational torque sensor of the present invention can be configured with high accuracy and high reliability in addition to being lighter, smaller and cheaper.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The embodiments of the rotational torque sensor of the present invention will be described clearly and sufficiently in the following examples so that those skilled in the art can understand that they can be implemented.
[Example 1]
(Configuration of Example 1)
As shown in FIG. 1, the rotational torque sensor according to the first embodiment of the present invention includes a sprocket 42 that is driven by the chain 5 and rotates around the fixed shaft 1, and a rear wheel (not shown) of the electric bicycle. It has been incorporated. That is, the rotational torque sensor of the present embodiment includes the fixed shaft 1, the driven rotor 4, the driving rotor 2, the non-rotating body 12, the pressing force sensors 13 and 14, and the like. The rotor 2 is rotationally driven.
[0013]
The fixed shaft 1 is an axle of the rear wheel of the bicycle, and rotatably supports a driven rotor 2 that forms a central portion of the rear wheel around the axle. That is, the fixed shaft 1 rotatably supports the driven rotor 2 via the ball bearing 61 at the intermediate portion, and the rotational axis of the driven rotor 2 always coincides with the center line of the fixed shaft 1.
As shown in FIG. 2, the distal end portion of the fixed shaft 1 is formed by a rectangular bar portion 11, and holds a non-rotating body 12 that can move in a predetermined range in the front-rear direction. A ball bearing 62 is fixed to the outer periphery of the non-rotating body 12, and the drive rotor 4 is rotatably supported via the ball bearing 62. Accordingly, the drive rotor 4 is movable in a predetermined range in the front-rear direction with respect to the fixed shaft 1 and is rotatably supported around the fixed shaft 1. However, although the rotation axis of the drive rotor 4 and the central axis of the fixed shaft 1 are parallel, they do not necessarily coincide with each other, and are usually shifted in the front-rear direction.
[0014]
As shown in FIG. 1 again, the drive rotor 4 is held by the driven rotor 2 so as to be movable within a predetermined range within its rotational surface, and is driven to rotate by receiving a tangential force on the outer peripheral portion. As a result, the driven rotor 2 is rotationally driven. That is, the drive rotor 4 includes a flange member 41 that is supported around the non-rotating body 12 via a ball bearing 62, and a sprocket 42 that is coaxially fixed to the outer periphery of the flange member 41. Teeth 43 that mesh with the chain 5 are formed on the outer periphery of the sprocket 42, and the sprocket 42 receives a pulling force (tangential force) in the tangential direction (in this case, forward) from the chain 5 via the teeth 43. Driven.
[0015]
Torque is transmitted from the drive rotor 4 to the driven rotor 2 through the eight joint pins 3 penetrating through the through hole 40 of the drive rotor 4 and the through hole 20 of the driven rotor 2. As shown in FIGS. 1 and 3, the inner diameters of the through holes 20 and 40 are about 0.1 mm larger than the outer diameter of the joint pin 3, and the drive rotor 4 can move within a predetermined range with respect to the driven rotor 2. I have to.
[0016]
As shown in FIGS. 1 and 2, the non-rotating body 12 is fixed to the fixed shaft 1 so as to be movable in a predetermined section in the tangential direction (that is, the front-rear direction) without rotating with respect to the square bar portion 11 of the fixed shaft 1. Is held by the square bar portion 11. The non-rotating body 12 pivotally supports the drive rotor 4 via a ball bearing 62. Further, as shown in FIG. 1, the square bar portion 11 of the fixed shaft 1 protrudes from the through hole 420 of the non-rotating body 12 with an appropriate gap, and when the bicycle falls to the right side, the sprocket 42 or the like is It comes to protect.
[0017]
As shown in FIG. 1 again, the pressing force sensors 13 and 14 are fixed to the rear surface of the square bar portion 11 of the fixed shaft 1 and measure the pressing force acting between the non-rotating body 12 and the fixed shaft 1. Sensor. This sensor comprises a U-shaped leaf spring 13 and a strain gauge 14 as shown in FIG. The leaf spring 13 includes a leaf spring portion 131 that forms an intermediate portion, and a pair of legs that protrude forward from both the left and right sides of the leaf spring portion 131 and are fixed on a square rod portion 11 (not shown). This is an integral member composed of the portion 12 and a ridge 133 that protrudes rearward from the central portion of the leaf spring portion 131. A strain gauge 14 that detects expansion and contraction in the left-right direction is fixed to the front surface of the central portion of the leaf spring portion 131 that faces the ridge 133.
[0018]
As shown in FIG. 4B, a pressing force F directed forward from the non-rotating body 12 (only part of which is shown) opposed to the protrusion 133 to the square bar portion 11 (not shown) of the fixed shaft 1 is applied. As a result, the rib 133 of the leaf spring 13 is pushed and the leaf spring 131 is bent. Then, the strain gauge 14 is stretched in the left-right direction, causing a change in resistance value that is substantially proportional to the pressing force F. If this change is detected by a known bridge circuit or the like (not shown) provided separately, The pressure F can be measured.
[0019]
(Operational effect of Example 1)
Since the rotational torque sensor of the present embodiment is configured as described above, the following action is produced.
That is, as shown in FIG. 5A, when a tangential force F <b> 1 is applied to the outer peripheral portion of the sprocket 42 by the chain 5, the non-rotating body 12 that pivotally supports the drive rotor 4 including the sprocket 42 is Move forward a distance corresponding to the deformation. Torque is applied to the drive rotor 4 including the flange member 41 in the clockwise direction in the drawing, so that the drive rotor 4 not only moves forward, but also clockwise in the allowable range of the joint pin 3 with respect to the driven rotor 2. Rotate relatively. Then, only the lowermost joint pin 3 is sandwiched between the inner peripheral surfaces of both the through holes 20 and 40 described above, and torque is transmitted from the drive rotor 4 to the driven rotor 2 via the lowermost joint pin 3. . At that time, a reaction force F <b> 2 from the driven rotor 2 is generated in the driving rotor 4 via the lowermost joint pin 3.
[0020]
As a result, as shown in FIG. 5B, a tangential force F1 from the chain 5 and a reaction force F2 from the joint pin 3 are applied to the drive rotor 4, and the resultant force F = F1 + F2 is applied to the non-rotating body 12 (not shown). ) Through the leaf spring 13. In other words, the tangential force F1 and reaction force F2 applied to both ends of the insulator 4 are supported by the leaf spring 13 as a fulcrum, and the reaction force of the resultant force F = F1 + F2 is generated to support the insulator 4. The ratio of the reaction force F2 to the tangential force F1 is determined by the lever principle based on the ratio of the two moment arms r1 and r2. Therefore, the torque applied to the drive rotor 4 is easily calculated with the measured values of the pressing force F applied to the two moment arms r1 and r2 and the leaf spring 13 that are apparent in design.
[0021]
Note that it is considered that the load L shown in FIG. 5A is output as much as the torque.
Here, as the driving rotor 4 and the driven rotor 2 rotate, the joint pins 3 that transmit torque from the lowermost joint pin 3 to the next joint pin 3 change one after another. There is no discontinuous jump, and torque is transmitted continuously. However, the moment arm from the leaf spring 13 to which the sensor 14 is attached to the joint pin 3 shifts the phase little by little (by the angular interval of the joint pin 3), and the tops of adjacent sine wave functions are continuous. The output is accompanied by pulsation. The width of the pulsation is about ± 3% when eight joint pins 3 are arranged at regular intervals as in this embodiment, and a smooth output can be obtained. When there is a request to further reduce the amount of pulsation, the pulsation can be easily reduced by increasing the number of joint pins 3 and reducing the angular interval.
[0022]
The rotational torque sensor of the present embodiment can be implemented with the above-described configuration while having the above-described torque measurement function, and therefore does not require special parts, parts that are heavy in weight and volume, and the configuration is extremely simple. Therefore, according to this embodiment, there is an effect that it is possible to provide a torque sensor with a simple configuration, a light weight and a small size, and with high reliability and measurement accuracy at low cost.
[0023]
(Modification of Example 1)
With respect to the joint pin 3 portion of the first embodiment, a slightly different configuration can be used.
For example, as a modified embodiment 1, as shown in FIG. 6A, the joint pin 3 is inserted into the through hole 20 ′ of the driven rotor 2 ′ with an interference fit, and the through hole 20 (burst hole) of the drive rotor 4 is inserted. ) Can be inserted with an extreme loose fit. Other parts of the rotational torque sensor of this modification are the same as those in the first embodiment.
[0024]
Also according to this modification, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and even if vibration or the like is applied, the joint pin 3 is not disturbed and is firmly held by the driven rotor 2 ′, and noise is generated. It has the effect of being suppressed. In addition, even if the relationship between the through hole 20 ′ and the through hole 40 is reversed, the same effects as those of the present modification can be obtained.
[0025]
Further, as a modification 2, as shown in FIG. 6 (b), a bolt 3 'in which a male screw is formed only at the tip portion is used instead of the joint pin 3, and the driven rotor 2 "is replaced with the through hole 20. It is also possible to adopt a configuration in which it is screwed into the formed female screw hole 20 ″. Also in this modified mode, the through hole 40 of the drive rotor 4 is a fool hole, so that the same effect as that of the modified mode 1 described above can be obtained, and the tip of the bolt 3 'passes through the driven rotor 2 "on the opposite side. Therefore, there is an effect that it can be configured more compactly.
[0026]
[Example 2]
As shown in FIGS. 7A to 7B, the rotational torque sensor as the second embodiment of the present invention is an embodiment in which gear driving is used instead of the chain driving in the first embodiment. In this embodiment, the drive rotor 4A is a gear and is rotationally driven by another gear 5 'meshing therewith, and rotationally drives the driven rotor 2A via a plurality of joint pins 3. The driven rotor 2A is also rotatably supported by a fixed shaft 1A. As shown in FIG. 7B, the non-rotating body 12A that also serves as the fixed shaft of the drive rotor 4A includes strain gauges 14 on both sides of the neck as a pressing force sensor.
[0027]
Therefore, by taking the difference between the resistance values of the two strain gauges 14, the pressing force F applied to the non-rotating body 12A can be measured relatively accurately. As shown in FIG. 7C, if the pressing force F is measured, the torque acting on the drive rotor 4A can be calculated by the same method as in the first embodiment.
Therefore, this embodiment of the gear drive also has an effect that, like the first embodiment, a torque sensor that has a simple configuration, is light and small, and has high reliability and high measurement accuracy can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a horizontal cross-sectional view showing a configuration of a rotational torque sensor as a first embodiment. FIG. 2 is an end view showing a configuration of a rotational torque sensor as a first embodiment. FIG. 4 is an assembled view showing the configuration and operation of the pressing force sensor of Example 1. (a) Cross-sectional view schematically showing the shape of the pressing force sensor when there is no load. (B) Pushing force under pressing force. FIG. 5 is a sectional view schematically showing the operation of the pressure sensor. FIG. 5 is a group diagram showing the operation of the rotational torque sensor as the first embodiment. FIG. 6B is a principle diagram of the pressing force sensor. FIG. 7 is a sectional view showing a configuration in the vicinity of the joint pin of the modified embodiment 1; FIG. 7B is a sectional view showing a configuration in the vicinity of the joint pin of the modified embodiment 2; Assembly diagram showing configuration and operation of rotational torque sensor (a) Driving low of Example 2 Side view showing a configuration (b) Description of the code is a schematic view showing the action of the torque sensor as a rotating horizontal sectional view showing the configuration of a torque sensor (c) Example 2 as Example 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A: Fixed axis | shaft 11: Square-bar part 12: Non-rotating body 12A: Non-rotating body which serves as a fixed axis 13: U-shaped leaf spring 14: Strain gauge 2, 2 ', 2 ", 2A: Driven Rotor 20, 20 ': Through hole 20 ": Screw hole 3: Pin 3': Bolt 4: Drive rotor 40: Through hole 420: Through hole 41: Flange member 42: Sprocket 43: Teeth 5: Chain 51: Pull side chain 52: Slack side chain 4A: Gear as drive rotor 5 ': Gear F: Pressing force F1: Tangent force F2: Reaction force L: Load r1, r2: Moment arm

Claims (3)

固定軸と、
該固定軸まわりに回転自在に軸支されている被駆動ロータと、
該被駆動ロータに対し回転面内で所定の範囲を移動可能に保持され、外周部に接線方向の力を受けて回転駆動されることにより該被駆動ロータを回転駆動する駆動ロータと、
該固定軸に対して回転することなく該接線方向に所定区間の移動可能に該固定軸に保持されており、該駆動ロータを回転自在に軸支している非回転体と、
該非回転体と該固定軸との間に作用する押圧力および引っ張り力のうち一方を計測するセンサと、
を有することを特徴とする回転トルクセンサ。
A fixed shaft;
A driven rotor that is rotatably supported around the fixed shaft;
A driving rotor that is held so as to be movable within a predetermined range in a rotation plane with respect to the driven rotor, and that is driven to rotate by receiving a tangential force on an outer peripheral portion;
A non-rotating body which is held by the fixed shaft so as to be movable in a predetermined section in the tangential direction without rotating with respect to the fixed shaft, and which rotatably supports the drive rotor;
A sensor for measuring one of a pressing force and a pulling force acting between the non-rotating body and the fixed shaft;
A rotational torque sensor comprising:
前記駆動ロータは、チェーン、ベルト、ラックを含む歯車、および摩擦面のうちいずれかにより前記接線方向に力を受けて回転駆動される請求項1記載の回転トルクセンサ。The rotational torque sensor according to claim 1, wherein the drive rotor is rotationally driven by receiving a force in the tangential direction by any one of a chain, a belt, a gear including a rack, and a friction surface. 前記センサは、歪みゲージであって、前記非回転体および固定軸のうち一方に固定されており両者の間に作用する力により変形する板バネに接合されている請求項1記載の回転トルクセンサ。2. The rotational torque sensor according to claim 1, wherein the sensor is a strain gauge, and is fixed to one of the non-rotating body and the fixed shaft and joined to a leaf spring that is deformed by a force acting between the two. .
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