JP6655960B2 - トルク測定用センサ及びセンサ付軸受 - Google Patents
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Description
前記1対のコイル層は、前記被検出部との対向方向に積層配置されている。
又、前記1対のコイル層のそれぞれは、前記被検出部材の円周方向に並べて配置された複数個の検出コイルを備えている。
又、前記1対のコイル層のうちの一方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、複数個の第一検出コイルから成る第一インピーダンス部及び複数個の第二検出コイルから成る第二インピーダンス部と、前記1対のコイル層のうちの他方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、複数個の第三検出コイルから成る第三インピーダンス部及び複数個の第四検出コイルから成る第四インピーダンス部との、合計4つのインピーダンス部を四辺に配置したブリッジ回路が構成されている。
前記各第一検出コイルと前記各第二検出コイルとは、円周方向に関して1個ずつ交互に配置されている。
前記各第三検出コイルと前記各第四検出コイルとは、円周方向に関して1個ずつ交互に配置されている。
そして、前記ブリッジ回路は、交流電圧を印加した状態で、前記被検出部材に負荷されるトルクに応じた中点電位差を発生する。
前記1対のコイル層は、前記被検出部の軸方向に積層配置されている。
前記1対のコイル層のそれぞれは、前記被検出部材の円周方向に並べて配置された複数個の検出コイルを備える。
前記1対のコイル層のうちの一方のコイル層を構成する各検出コイルのそれぞれは、前記被検出部材の中心軸を中心とする放射方向に対し、前記放射方向の外側に向かう程、前記被検出部材の円周方向片側に向かう方向に(好ましくは40〜50゜、より好ましくは45゜)傾斜した片側傾斜辺部を有する。
前記1対のコイル層のうちの他方のコイル層を構成する各検出コイルのそれぞれは、前記被検出部材の中心軸を中心とする放射方向に対し、前記放射方向の外側に向かう程、前記被検出部材の円周方向他側に向かう方向に(好ましくは40〜50゜、より好ましくは45゜)傾斜した他側傾斜辺部を有する。
前記一方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、一部の検出コイルから成るインピーダンス部及び残りの検出コイルから成るインピーダンス部と、前記他方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、一部の検出コイルから成るインピーダンス部及び残りの検出コイルから成るインピーダンス部との、合計4つのインピーダンス部を四辺に配置したブリッジ回路が構成されている。
前記ブリッジ回路は、交流電圧を印加した状態で、前記被検出部材に負荷されるトルクに応じた中点電位差を発生する。
本発明の実施の形態の第1例に就いて、図1〜6を参照しつつ説明する。
本例のトルク測定用センサ1は、例えば図1に略示する様な被検出部材2と共に、トルク測定装置を構成する。
又、前記ロックイン増幅器22は、前記ブリッジ部20の中点電位差(二辺α、γ同士の間の点Xと、二辺β、δ同士の間の点Yとの間の電位差)を検出・増幅して出力Vを発生するものである。尚、本発明を実施する場合、前記中点電位差を検出する電位差検出素子としては、ロックイン増幅器22以外のものを使用する事もできる。
又、本例の場合、前記発振器21及び前記ロックイン増幅器22は、前記第一、第二各コイル層6、7を支持固定した基板に支持固定されている。但し、本発明を実施する場合、前記発振器21及び前記ロックイン増幅器22は、前記第一、第二各コイル層6、7を支持固定した基板とは異なる基板等に支持固定する事もできる。
従って、予め、前記出力Vと前記トルクTとの関係を調べておけば、かかる関係を利用して、前記出力Vから前記トルクTの向き及び大きさを求められる。
本発明の実施の形態の第2例に就いて、図7〜8を参照しつつ説明する。
本例のトルク測定用センサ1aの検出部4aは、第一コイル層6及び第二コイル層7の組を、2組備えている。図7に示す様に、一方(図7に於ける左方)の組を構成する第一コイル層6及び第二コイル層7と、他方(図7に於ける右方)の組を構成する第一コイル層6及び第二コイル層7とは、互いに同軸に配置された状態で、軸方向に積層配置されている。又、詳しい図示は省略するが、前記各組の第一コイル層6及び第二コイル層7を構成する各検出コイル8〜11(図3〜4参照)の円周方向に関する配置の位相は、前記各組同士で互いに一致している。又、軸方向に隣り合う、前記一方の組の第二コイル層7と、前記他方の組の第一コイル層6との間には、これら両コイル層7、6を構成する検出コイル8〜11同士の短絡を防止する為の図示しない絶縁層が設けられている。尚、図示は省略するが、上述の様に積層された各組の第一、第二各コイル層6、7の背面側(軸方向に関して被検出部3と反対側)に、円輪板状や円板状等の磁心を隣接配置する事もできる。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第1例の場合と同様である。
本発明の実施の形態の第3例に就いて、図9を参照しつつ説明する。
本例のトルク測定用センサの場合には、第一コイル層6a及び第二コイル層7aを構成する各検出コイルの配置の仕方が、上述した実施の形態の第1〜2例の場合と異なる。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第1〜2例の場合と同様である。
本発明の実施の形態の第4例に就いて、図10を参照しつつ説明する。
本例は、上述した実施の形態の第1〜3例のトルク測定用センサ1(1a)の具体的な使用態様を示すものである。
本例の使用態様では、エンジン23のクランクシャフト24とトルクコンバータ25の外殻を構成するケース26とをトルク伝達可能に連結する、磁歪特性を有する鉄系合金製で円環状のドライブプレート27を被検出部材として、前記ドライブプレート27に負荷されるトルクを、前記トルク測定用センサ1(1a)により測定する様にしている。この為に、前記ドライブプレート27の軸方向片側面のうち、径方向内端寄り部分に存在する円輪状の平坦面部分を、被検出部3aとしている。そして、前記被検出部3aに対して前記トルク測定用センサ1(1a)の検出部4(4a)を軸方向に対向させた状態で、前記トルク測定用センサ1(1a)を前記エンジン23のシリンダブロック28に対して支持固定している。
本発明の実施の形態の第5例に就いて、図11を参照しつつ説明する。
本例も、上述した実施の形態の第1〜3例のトルク測定用センサ1(1a)の具体的な使用態様を示すものである。
本例の場合、ドライブプレート27aの被検出部3aに対して軸方向に対向させた前記トルク測定用センサ1(1a)は、転がり軸受32と組み合わされる事により、センサ付軸受を構成している。
前記転がり軸受32は、使用時にも回転しない静止輪である外輪33と、使用時に回転する回転輪である内輪34と、前記外輪33の内周面に形成された外輪軌道と前記内輪34の外周面に形成された内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体(図示の例では玉)35とを備える。そして、前記外輪33を、シリンダブロック28に設けられた保持凹部36に内嵌固定すると共に、前記内輪34を、前記ドライブプレート27aの径方向内端寄り部分に設けられた円筒部37に外嵌固定する事により、前記シリンダブロック28に対して前記ドライブプレート27aを回転自在に支持している。
前記トルク測定用センサ1(1a)は、前記外輪33の軸方向片端部(図11の左端部)に、円環状のホルダ38を介して支持固定されている。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第4例の場合と同様である。
本発明の実施の形態の第6例に就いて、図12〜15を参照しつつ説明する。
上述した各実施の形態のトルク測定用センサが、何れもアキシアル対向型であった(被検出部材に対して軸方向に対向していた)のに対し、本例のトルク測定用センサは、ラジアル対向型である(被検出部材に対して径方向に対向させる)。
本発明の実施の形態の第7例に就いて、図16〜17を参照しつつ説明する。
本例のトルク測定用センサ1cの検出部4cは、第一コイル層6b(6c)及び第二コイル層7b(7c)の組を、2組備えている。図16に示す様に、2組の第一コイル層6b(6c)及び第二コイル層7b(7c)は、径方向に積層配置されている。尚、前記各組の第一コイル層6b、6c同士及び第二コイル層7b、7c同士は、それぞれ径寸法が異なる点を除き、互いに同様の構成を有している。又、詳しい図示は省略するが、前記各組の第一コイル層6b(6c)及び第二コイル層7b(7c)を構成する各検出コイル8a、9a、10a、11a(図13〜14参照)の円周方向に関する配置の位相は、前記各組同士で互いに一致している。又、径方向に隣り合う、一方(径方向内側)の組の第二コイル層7bと、他方(径方向外側)の組の第一コイル層6cとの間には、これら両コイル層7b、6cを構成する検出コイル8a、9a、10a、11a同士の短絡を防止する為の図示しない絶縁層が設けられている。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第6例の場合と同様である。
本発明に関連する参考例の1例に就いて、図18を参照しつつ説明する。
本参考例のトルク測定用センサの場合には、第一コイル層6d及び第二コイル層7dを構成する各検出コイルの配置の仕方が、上述した実施の形態の第6〜7例の場合と異なる。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第6〜7例の場合と同様である。
本発明の実施の形態の第8例に就いて、図19を参照しつつ説明する。
本例は、上述した実施の形態の第6〜7例及び参考例の1例のトルク測定用センサ1b(1c)の具体的な使用態様を示すものである。
本例の使用態様では、エンジン23のクランクシャフト24とトルクコンバータ25の外殻を構成するケース26とをトルク伝達可能に連結する、磁歪特性を有する鉄系合金製で円環状のドライブプレート27bを被検出部材として、前記ドライブプレート27bに負荷されるトルクを、前記トルク測定用センサ1b(1c)により測定する様にしている。この為に、前記ドライブプレート27bの径方向内端寄り部分に設けられた円筒部37aの外周面を、被検出部3cとしている。そして、前記被検出部3cに対して前記トルク測定用センサ1b(1c)の検出部4b(4c)を径方向に対向させた状態で、前記トルク測定用センサ1b(1c)を前記エンジン23のシリンダブロック28に対して支持固定している。
本発明の実施の形態の第9例に就いて、図20を参照しつつ説明する。
本例も、上述した実施の形態の第6〜7例及び参考例の1例のトルク測定用センサ1b(1c)の具体的な使用態様を示すものである。
本例の場合、ドライブプレート27bの被検出部3cに対して径方向に対向させた前記トルク測定用センサ1b(1c)は、転がり軸受32と組み合わされる事により、センサ付軸受を構成している。
前記転がり軸受32は、使用時にも回転しない静止輪である外輪33と、使用時に回転する回転輪である内輪34と、前記外輪33の内周面に形成された外輪軌道と前記内輪34の外周面に形成された内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体(図示の例では玉)35とを備える。そして、前記外輪33を、シリンダブロック28に設けられた保持凹部36aに内嵌固定すると共に、前記内輪34を、前記ドライブプレート27bのうち、円筒部37aの基端部(図20の右端部)及び基端側の隣接部分に外嵌固定する事により、前記シリンダブロック28に対して前記ドライブプレート27bを回転自在に支持している。
前記トルク測定用センサ1b(1c)は、前記外輪33の軸方向片端部(図20の左端部)に、円環状のホルダ38aを介して支持固定されている。
その他の構成及び作用は、上述した実施の形態の第8例の場合と同様である。
又、本発明のトルク測定用センサは、自動車のパワートレインに限らず、風車、鉄道車両、圧延機、工作機械、建設機械、農業機械、家庭用電気器具等、各種機械装置に組み込んで使用する事ができる。
又、本発明のセンサ付軸受を構成する軸受は、転がり軸受に限らず、滑り軸受であっても良い。又、転がり軸受としては、ニードル軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受等、各種のものを使用する事ができる。更に、当該転がり軸受は、単列転がり軸受に限らず、複列転がり軸受であっても良い。
又、本発明を実施する場合、被検出部材の軸方向側面や周面に設ける被検出部は、前記被検出部材の軸方向側面や周面そのものとする他、これら軸方向側面や周面に固定した磁歪材とする事もできる。
2、2a 被検出部材
3、3a、3b、3c 被検出部
4、4a、4b、4c 検出部
5、5a、5b、5c、5d、5e ブリッジ回路
6、6a、6b、6c、6d 第一コイル層
7、7a、7b、7c、7d 第二コイル層
8、8a 第一検出コイル
9、9a 第二検出コイル
10、10a 第三検出コイル
11、11a 第四検出コイル
12a、12b、12c、12d 径方向側辺部
13a、13b、13c、13d 径方向側辺部
14a、14b、14c、14d 円周方向側辺部
15a、15b、15c、15d 円周方向側辺部
16、16a 第一インピーダンス部
17、17a 第二インピーダンス部
18、18a 第三インピーダンス部
19、19a 第四インピーダンス部
20、20a ブリッジ部
21 発振器
22 ロックイン増幅器
23 エンジン
24 クランクシャフト
25 トルクコンバータ
26 ケース
27、27a、27b ドライブプレート
28 シリンダブロック
29 磁心
30 磁心素子
31a、31b、31c、31d 円周方向側辺部
32 転がり軸受
33 外輪
34 内輪
35 転動体
36 保持凹部
37、37a 円筒部
38、38a ホルダ
Claims (3)
- トルクを負荷される被検出部材に設けられ、前記トルクに応じた捩り応力が加わる事により透磁率を変化させる被検出部に対向する1対のコイル層を備え、
前記1対のコイル層は、前記被検出部との対向方向に積層配置されており、
前記1対のコイル層のそれぞれは、前記被検出部材の円周方向に並べて配置された複数個の検出コイルを備えており、
前記1対のコイル層のうちの一方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、複数個の第一検出コイルから成る第一インピーダンス部及び複数個の第二検出コイルから成る第二インピーダンス部と、前記1対のコイル層のうちの他方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、複数個の第三検出コイルから成る第三インピーダンス部及び複数個の第四検出コイルから成る第四インピーダンス部との、合計4つのインピーダンス部を四辺に配置したブリッジ回路が構成されており、
前記各第一検出コイルと前記各第二検出コイルとが、円周方向に関して1個ずつ交互に配置されており、
前記各第三検出コイルと前記各第四検出コイルとが、円周方向に関して1個ずつ交互に配置されており、
前記ブリッジ回路は、交流電圧を印加した状態で、前記被検出部材に負荷されるトルクに応じた中点電位差を発生するものである
トルク測定用センサ。 - トルクを負荷される被検出部材の軸方向側面に設けられ、前記トルクに応じた捩り応力が加わる事により透磁率を変化させる被検出部に対し、前記被検出部材の軸方向に対向する1対のコイル層を備え、
前記1対のコイル層は、前記被検出部の軸方向に積層配置されており、
前記1対のコイル層のそれぞれは、前記被検出部材の円周方向に並べて配置された複数個の検出コイルを備えており、
前記1対のコイル層のうちの一方のコイル層を構成する各検出コイルのそれぞれは、前記被検出部材の中心軸を中心とする放射方向に対し、前記放射方向の外側に向かう程、前記被検出部材の円周方向片側に向かう方向に傾斜した片側傾斜辺部を有しており、
前記1対のコイル層のうちの他方のコイル層を構成する各検出コイルのそれぞれは、前記被検出部材の中心軸を中心とする放射方向に対し、前記放射方向の外側に向かう程、前記被検出部材の円周方向他側に向かう方向に傾斜した他側傾斜辺部を有しており、
前記一方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、一部の検出コイルから成るインピーダンス部及び残りの検出コイルから成るインピーダンス部と、前記他方のコイル層を構成する各検出コイルのうち、一部の検出コイルから成るインピーダンス部及び残りの検出コイルから成るインピーダンス部との、合計4つのインピーダンス部を四辺に配置したブリッジ回路が構成されており、
前記ブリッジ回路は、交流電圧を印加した状態で、前記被検出部材に負荷されるトルクに応じた中点電位差を発生するものである
トルク測定用センサ。 - 軸受と、
前記軸受のうち、使用時にも回転しない部分に対して支持された、請求項1又は2に記載したトルク測定用センサとを備えた
センサ付軸受。
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