JP6498306B2 - 回転可能に支持されたシャフトのトルクを間接的に検出するセンサ装置 - Google Patents
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Description
それに対して、独立請求項1の特徴部分を備えた、回転可能に支持されたシャフトのトルクを間接的に検出する本発明に係るセンサ装置は、シャフトの軸受応力の検出を介して、当該シャフトのトルクが、間接的に測定可能になる利点を有している。この目的のために好ましくは圧抵抗センサ素子が用いられ、この圧抵抗センサ素子は、薄膜技術において低コストで製造可能である。この少なくとも1つのセンサ素子は、軸受を取り囲む支持構造部内に設けられ、軸受応力に基づき生じる材料膨張若しくは材料圧縮を検出する。個々のセンサ素子は非常に小型に構成され、極小化され、非常に低コストで製造され得る。回転可能に支持されたシャフトのトルクを間接的に検出する本発明に係るセンサ装置の実施形態は、好ましくは軸受領域における僅かな構造的変更しか必要としない。シャフトの構成はこれには関係していない。それ故回転可能に支持されたシャフトのトルクを間接的に検出する本発明に係るセンサ装置の実施形態の使用は、原則既存のシステムにおいても、僅かな適合化のみで可能となる。
図1は、軸受応力の実現の図解のために使用される。図1は、複数のシャフトW1,W2,W3を示し、これらのシャフトは、複数の歯車Z1,Z2,Z3を介して相互に接続されている。この配置構成は、第1のシャフトW1からの第1のトルクM1の、第2のシャフトW2の第2のトルクM2を介した、第3のトルクM3を有する第3のシャフトW3への伝達に用いられている。このことは、シャフトW1,W3に接続された歯車Z1およびZ3によって、第2のシャフトW2に接続された介在歯車Z2を介して行われる。この場合第2のシャフトW2の軸受には2つの応力が作用する。一方では、第1の歯車Z1と第2の歯車Z2との間の接触点に作用する応力F12若しくはF21が、第2のシャフトW2の軸受にも作用する。なぜならこの第2の歯車Z2は、第2のシャフトW2を介してそこにも支持されているからである。他方では、第3の歯車Z3と第2の歯車Z2との間に作用する応力F32若しくはF23が、この軸受によって受け入れられなければならない。これらの2つの応力F12とF32の加算から、全体として第2のシャフトW2の軸受に作用する軸受応力FL2が生じる。この軸受は、この軸受応力FL2を受け入れ、それを周辺の構造部に転送する。この構造部の内部で結果として生じる材料緊張は、軸受応力FL2に比例すると共にトルクM2に比例している材料膨張に結び付く。この目的のために、軸受7を取り囲む構造部3には、孔B1が設けられ、この孔B1は、図1に示されている応力FL2によって、破線の描写B2に応じて圧縮される。圧抵抗センサ素子を用いて、この材料膨張は検出可能である。引き続きそこからは、好適な評価電子回路を用いてトルクM2が検出される。
Claims (7)
- 回転可能に支持されたシャフト(5)のトルクを間接的に検出するセンサ装置(1C,1D)であって、
支持構造部(3)に接続する前記シャフト(5)の軸受(7)周辺に配置された少なくとも1つのセンサ素子(30)を含むセンサ(10C,10D)を備え、
前記センサ素子(30)は、軸受応力(FL,FL2)の所定の方向に作用する成分を検出し、該成分から前記シャフト(5)のトルクが算出可能である、センサ装置において、
前記センサ(10C,10D)は、外側輪郭(24)を有する少なくとも1つのセンサ基体部(20)を備え、
前記センサ基体部(20)は、対応するセンサ素子(30)を支持し、
前記センサ素子(30)を収容するハウジング(50,50A)の外側輪郭(54,54A)が、前記支持構造部(3)内に設けられた収容孔(12)内に圧入されていることを特徴とするセンサ装置。 - 前記ハウジング(50A)の圧入された前記外側輪郭(54A)は、少なくとも1つの凹部(54.1)を有している、請求項1に記載のセンサ装置。
- 前記センサ基体部(20)のための収容孔(52.1)は、前記ハウジング(50,50A)の支持構造部(52)内に設けられており、前記ハウジングは、前記軸受応力(FL,FL2)の作用成分を、前記支持構造部(52)を介して前記センサ基体部(20)に伝達する、請求項1または2に記載のセンサ装置。
- 前記センサ(10C,10D)は、少なくとも1つの評価電子回路(40A)を含んでおり、前記評価電子回路は、少なくとも1つの前記センサ素子(30)と電気的に接続されている、請求項1から3のいずれか1項に記載のセンサ装置。
- 回転可能に支持されたシャフト(5)のトルクを間接的に検出するセンサ装置(1A)であって、
支持構造部(3)に接続する前記シャフト(5)の軸受(7)周辺に配置された少なくとも1つのセンサ素子(30)を含むセンサ(10A)を備え、
前記センサ素子(30)は、軸受応力(FL,FL2)の所定の方向に作用する成分を検出し、該成分から前記シャフト(5)のトルクが算出可能である、センサ装置において、
前記センサ(10A)は、外側輪郭(24)を有する少なくとも1つのセンサ基体部(20)を備え、
前記センサ基体部(20)は、対応するセンサ素子(30)を支持し、収容孔(12)内に圧入されており、
前記収容孔(12)は、対応するセンサ基体部(20)のために前記支持構造部(3)内に設けられており、
前記センサ(10A)は、少なくとも2つの前記センサ素子(30)を含み、前記センサ素子は、前記軸受(7)周辺の異なる位置に配置されており、
少なくとも2つの前記センサ素子(30)は、異なる検出方向を有し、前記軸受応力(FL,FL2)の異なる方向に作用する成分を検出することを特徴とするセンサ装置。 - 隣接する2つの前記センサ素子(30)の前記検出方向は、相互に垂直に延在している、請求項5記載のセンサ装置。
- 少なくとも1つの前記センサ素子(30)は、薄膜技術で製造された圧抵抗センサ素子として実現され、且つ金属製の基体部(31)を有し、前記基体部には絶縁層(33)と、圧抵抗材料からなる機能層(32)とが被着されており、前記機能層(32)は、ホイートストンブリッジに相互接続された4つの抵抗体構造部(34)を有している、請求項1から6のいずれか1項に記載のセンサ装置。
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