JP7028003B2 - トルク伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、トルクを測定するためのトルクセンサを備えたトルク伝達装置に関する。
従来、自動車の高効率化、低燃費化を実現するために、自動変速機を構成するトルク伝達軸が伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、自動変速機の変速制御やエンジンの出力制御などを行う技術が知られている。
また、これらの制御を行うための自動変速機として、特開2003-172430号公報には、筒状に構成されたステータシャフト(外筒)の内周面と、変速機構部の入力軸(トルク伝達軸)の外周面との間に、入力軸が伝達しているトルクを測定するためのトルクセンサを配置したものが記載されている。トルクセンサは、磁歪式のもので、筒状に構成されており、ステータシャフトに内嵌保持されている。
特開2003-172430号公報
しかしながら、特開2003-172430号公報に記載された従来構造には、部品点数を抑える面から改良の余地がある。
すなわち、特開2003-172430号公報に記載された従来構造では、ステータシャフトに対するトルクセンサの変位を防止するために、ステータシャフトに圧入内嵌(締り嵌めで内嵌)したトルクセンサ固定用スリーブに、トルクセンサを係合させる構成を採用している。このため、トルクセンサ固定用スリーブを用いる分、部品点数が多くなり、自動変速機の小型化や軽量化を図りにくくなるなどの問題が生じる。
なお、トルクセンサ固定用スリーブを用いることなく、ステータシャフトに対するトルクセンサの変位を防止するために、トルクセンサを構成するバックヨークをステータシャフトに圧入内嵌すると、バックヨークに割れが生じる懸念がある。また、トルクセンサを構成する合成樹脂部をステータシャフトに圧入内嵌すると、合成樹脂部に包埋されたトルク検出用のコイルが変形する懸念がある。このため、これらの構成は採用しにくい。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を抑えつつ、外筒に対するトルクセンサの変位を防止できる構造を実現することにある。
本発明のトルク伝達装置は、外筒と、トルク伝達軸と、トルクセンサとを備えている。
前記トルク伝達軸は、前記外筒の径方向内側に、前記外筒に対する相対回転を可能に設けられている。
前記トルクセンサは、前記トルク伝達軸が伝達するトルクを測定するためのもので、筒状に構成され、かつ、前記外筒の内周面と前記トルク伝達軸の外周面との間に配置されている。
また、前記外筒は、被係合部を有している。
また、前記トルクセンサは、前記被係合部と整合する箇所に合成樹脂製のスナップフィット片を有しており、前記被係合部と前記スナップフィット片との係合に基づいて前記外筒に保持されている。
本発明のトルク伝達装置では、前記被係合部と前記スナップフィット片とを複数ずつ有しており、かつ、前記外筒と前記トルクセンサとが周方向に関して所定の位置関係になる場合にのみ、総ての前記被係合部と前記スナップフィット片とが係合可能となる構成を採用することができる。
この場合には、たとえば、互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせが、周方向に関して不等間隔に配置されている構成を採用することができる。
また、互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせのうち、一部の組み合わせが、残部の組み合わせと異なる軸方向位置に配置されている構成を採用することができる。
また、互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせのうち、一部の組み合わせを構成するスナップフィット片が、残部の組み合わせを構成する被係合部に対して係合できない形状又は大きさを有している構成を採用することができる。
本発明のトルク伝達装置では、前記外筒が、トルクコンバータを構成するステータを支持するためのステータシャフトである構成を採用することができる。
この場合には、たとえば、次のような構成を採用することができる。
すなわち、環状のオイルポンプカバーをさらに備えている。
前記オイルポンプカバーは、軸方向一方側部を構成する第一カバー部品と、軸方向他方側部を構成する第二カバー部品との互いに対向する軸方向側面同士を当接させた状態で、前記第一カバー部品と前記第二カバー部品とを結合固定することにより構成されている。
前記ステータシャフトは、前記第一カバー部品の径方向内側部から軸方向一方側に延びるように、前記第一カバー部品と一体に設けられている。
前記トルクセンサの周方向一部にハーネスの一端が接続されていると共に、前記ハーネスが、前記第一カバー部品の軸方向他方側の側面と前記第二カバー部品の軸方向一方側の側面との間に設けられたハーネス用通路を通じて、前記オイルポンプカバーの外部に引き出されている。
本発明のトルク伝達装置によれば、部品点数を抑えつつ、外筒に対するトルクセンサの変位を防止できる。
図1は、実施の形態の第1例に係るトルク伝達装置の部分断面図である。 図2は、図1の一部を取り出して示す斜視図である。 図3は、図1の部分拡大図である。 図4は、図3のA-A断面図である。 図5は、実施の形態の第1例に係るトルク伝達装置に組み込まれるトルクセンサを示す図であり、具体的には、図5(a)は、縦断面図であり、図5(b)は、図5(a)のB-B断面図である。 図6は、実施の形態の第1例の2つの変形例に関する、トルクセンサの外周面の周方向一部の展開図である。 図7は、実施の形態の第2例を示す、図1に相当する図である。
[実施の形態の第1例]
実施の形態の第1例について、図1~図5を用いて説明する。
本例のトルク伝達装置は、自動車の自動変速機に組み込んで使用されるもので、オイルポンプ1と、入力軸2と、トルクセンサ3とを備えている。
なお、本例に関する以下の説明中、トルク伝達装置に関して、軸方向一方側は、図1における右側であり、軸方向他方側は、図1における左側である。
オイルポンプ1は、エンジンの回転を動力として作動し、自動変速機内のオイルに圧力を与え、各機構への送油、駆動、潤滑などを行うためのものである。このようなオイルポンプ1は、オイルポンプハウジング4と、オイルポンプカバー5と、インナギヤ6と、アウタギヤ7と、ステータシャフト8とを備えており、オイルポンプハウジング4とオイルポンプカバー5とステータシャフト8とにより画成される円環状の収容空間9に、インナギヤ6とアウタギヤ7とが収容されている。
オイルポンプハウジング4は、円環状に構成されており、径方向内側部の全周に、軸方向他方側と径方向内側とに開口する環状凹部10を有している。オイルポンプハウジング4は、径方向外側部の周方向複数箇所に設けられた通孔11を挿通した図示しないボルトにより、図示しない変速機ケースに結合固定される。
オイルポンプカバー5は、円環状に構成されており、円輪状の側板部12と、側板部12の径方向内側部から軸方向他方側に延びる筒状部13とを有している。オイルポンプカバー5は、側板部12の軸方向一方側の側面をオイルポンプハウジング4の軸方向他方側の側面に当接させることにより、環状凹部10の軸方向他方側の開口部を塞いでいる。また、この状態で、オイルポンプカバー5は、側板部12の径方向外側部の周方向複数箇所に設けられた通孔14を挿通した図示しないボルトを、オイルポンプハウジング4のうちで通孔14と整合する箇所に設けられたねじ孔15に螺合することにより、オイルポンプハウジング4に結合固定されている。
ステータシャフト8は、円管状に構成された中空シャフトである。ステータシャフト8の内周面は、段付円筒面になっている。すなわち、ステータシャフト8の内周面は、軸方向一方側の小径円筒面部16と、軸方向他方側の大径円筒面部17とが、段部18により連結された構成を有している。このようなステータシャフト8は、オイルポンプハウジング4及びオイルポンプカバー5の径方向内側に配置されている。また、この状態で、ステータシャフト8は、軸方向他方側部がオイルポンプカバー5に内嵌固定されることによって、オイルポンプハウジング4及びオイルポンプカバー5との相対回転を不能とされている。また、ステータシャフト8の軸方向一方側部は、オイルポンプハウジング4の外部に突出している。ステータシャフト8の軸方向一方側部の周囲には、図示しないトルクコンバータが配置される。また、ステータシャフト8の軸方向一方側部の外周面には、前記トルクコンバータを構成するステータがワンウェイクラッチを介して支持される。
インナギヤ6及びアウタギヤ7は、それぞれが円環状に構成されており、インナギヤ6の周囲にアウタギヤ7が配置されている。インナギヤ6及びアウタギヤ7は、オイルポンプハウジング4を構成する環状凹部10の内面と、オイルポンプカバー5を構成する側板部12の軸方向一方側の側面と、ステータシャフト8の外周面とにより画成される円環状の収容空間9に、回転可能に収容されている。オイルポンプハウジング4の軸方向一方側部の内周面とステータシャフト8の外周面との間には、軸方向一方側から図示しないスリーブシャフトが挿入され、このスリーブシャフトがインナギヤ6に係合する。そして、エンジンの回転に伴い、前記トルクコンバータを構成するポンプインペラと同期して前記スリーブシャフトが回転すると、インナギヤ6と、インナギヤ6に噛合するアウタギヤ7とが回転して、オイルポンプ1が駆動されるようになっている。
入力軸2は、オイルポンプ1よりも軸方向他方側に配置される図示しない変速機構部にトルクを入力するためのトルク伝達軸である。入力軸2は、外筒であるステータシャフト8の径方向内側を挿通している。また、この状態で、入力軸2は、入力軸2の外周面とステータシャフト8の内周面との間の軸方向複数箇所(図示の例では、軸方向一方側の1箇所、及び、軸方向他方側の2箇所)に設けられた円筒状の滑り軸受19により、ステータシャフト8に対して回転可能に支持されている。また、入力軸2の軸方向一方側部は、ステータシャフト8の外部に突出している。入力軸2の軸方向一方側部の外周面には、前記トルクコンバータを構成するタービンランナと同期して回転する出力側部材が、トルク伝達を可能に係合する。これにより、エンジンのトルクが前記トルクコンバータを介して入力軸2に入力されるようになっている。
トルクセンサ3は、入力軸2が伝達するトルクを測定するためのもので、円筒状に構成され、かつ、ステータシャフト8の軸方向中間部の内周面(大径円筒面部17の軸方向一方側の端部)と入力軸2の軸方向中間部の外周面との間に配置されている。また、この状態で、トルクセンサ3は、ステータシャフト8に保持されており、その検出部を、入力軸2の被検出部、すなわち、入力軸2の軸方向中間部の外周面に近接対向させている。
トルクセンサ3は、ブリッジ回路を構成する複数のコイルを備えた磁歪式のものであり、入力軸2が伝達するトルクを、入力軸2に生じる逆磁歪効果を利用して測定する。すなわち、入力軸2の被検出部の透磁率は、入力軸2が伝達するトルクに応じて(入力軸2に生じる逆磁歪効果に基づいて)変化する。トルクセンサ3は、このような被検出部の透磁率の変化を、コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、前記トルクを測定する。このため、入力軸2は、被検出部を含む一部又は全部が、磁歪特性を有する材料により造られている。なお、本例を実施する場合には、被検出部の表層部を、ショットピーニング処理により磁歪特性が改善された改質層とすることができる。このような改質層を設ければ、トルクセンサ3によるトルク測定の感度およびヒステリシスを改善することができる。
本例では、トルクセンサ3は、前記複数のコイルを含んで構成された円筒状のコイル層20と、コイル層20に外嵌された円筒状のバックヨーク21と、コイル層20及びバックヨーク21を包埋した合成樹脂製で円筒状のセンサホルダ22とを備えている。なお、図示の便宜上、コイル層20及びバックヨーク21は、図5にのみ図示し、その他の図面では図示を省略している。
センサホルダ22は、ステータシャフト8の大径円筒面部17の内径寸法よりも僅かに小さい外径寸法を有すると共に、入力軸2の被検出部(軸方向中間部の外周面)よりも少しだけ大きい内径寸法を有している。また、センサホルダ22は、軸方向他方側の端部の周方向複数箇所(図示の例では3箇所)のそれぞれに、軸方向他方側と径方向外側とに開口する矩形の収容凹部23を有している。収容凹部23のそれぞれの内側には、センサホルダ22と一体に構成された合成樹脂製のスナップフィット片24が配置されている。スナップフィット片24は、収容凹部23の内面を構成する軸方向一方側端面(奥端面)の周方向中央部から軸方向他方側に延びる矩形板状の基板部25と、基板部25の径方向外側面から径方向外側に突出した半球状の爪部26とを備えている。スナップフィット片24の自由状態で、基板部25の径方向外側面は、センサホルダ22の外周面が存在する仮想円筒面内に配置された部分円筒面になっており、爪部26は、全体がセンサホルダ22の外周面よりも径方向外側に位置している。また、センサホルダ22は、軸方向他方側の端部の周方向1箇所に、軸方向他方側に突出する突出部27を有している。そして、突出部27の軸方向他方側の端面(先端面)を通じて、ハーネス28の一端部がトルクセンサ3に接続されている。
トルクセンサ3をステータシャフト8に組み付けた状態で、センサホルダ22は、その外周面が大径円筒面部17に対して径方向のがたつきなく内嵌されると共に、その内周面が入力軸2の被検出部(軸方向中間部の外周面)に対して近接対向している。また、スナップフィット片24の爪部26のそれぞれは、ステータシャフト8の内周面のうちで該爪部26と整合する位置に設けられた凹形状の被係合部29にがたつきなく係合している。
すなわち、トルクセンサ3をステータシャフト8に組み付ける際には、入力軸2及び滑り軸受19をステータシャフト8に組み付ける前の状態で、ステータシャフト8の大径円筒面部17の径方向内側に、トルクセンサ3を軸方向他方側から挿入する。この際に、スナップフィット片24のそれぞれは、基板部25が径方向内側に弾性変形し、爪部26が収容凹部23の内側に退避することで、爪部26が大径円筒面部17の径方向内側に進入することを許容する。その後、スナップフィット片24のそれぞれは、トルクセンサ3が大径円筒面部17の軸方向一方側の端部まで移動し、かつ、爪部26が被係合部29と整合した段階で、基板部25が径方向外側に弾性復元し、爪部26が被係合部29にがたつきなく係合する。この結果、トルクセンサ3がステータシャフト8に保持され、トルクセンサ3がステータシャフト8に対して軸方向及び周方向に変位することを防止される。
なお、本例では、被係合部29の径方向深さは、爪部26の径方向高さと等しくなっている。また、図3に示すように、被係合部29の縦断面形状(ステータシャフト8の中心軸を含む仮想平面で切断した断面の形状)は、爪部26の縦断面形状とほぼ合致する円弧形状になっている。一方、図4に示すように、被係合部29の横断面形状(ステータシャフト8の中心軸に直交する仮想平面で切断した断面の形状)は、爪部26の横断面形状よりも曲率半径の大きい(周方向の幅寸法の大きい)円弧形状になっている。このため、本例では、ステータシャフト8にトルクセンサ3を挿入する際に、被係合部29と爪部26との周方向の位相が少しずれている場合でも、爪部26を被係合部29に進入させることができ、進入後は、基板部25の弾力に基づいて、爪部26の頂部を被係合部29の最深部に移動させて、被係合部29と爪部26との周方向の位相を一致させる調心機能を発揮させることができる。
また、トルクセンサ3をステータシャフト8に組み付けた状態で、ハーネス28は、ステータシャフト8とオイルポンプカバー5の側板部12との互いに整合する箇所に設けられたハーネス用通路30a、30bを通じて、オイルポンプカバー5の径方向外方に引き出されている。
また、本例では、ステータシャフト8に対するトルクセンサ3の周方向の誤組み付けを防止できるように、ステータシャフト8とトルクセンサ3とが周方向に関して所定の位置関係となる場合(ハーネス28の一端部とハーネス用通路30a、30bとの周方向に関する配置の位相が互いに一致する位置関係となる場合)にのみ、総てのスナップフィット片24の爪部26が被係合部29に係合した状態となるようにしている。このために、具体的には、互いに係合するスナップフィット片24と被係合部29との組み合わせを、周方向に関して不等間隔に配置している。具体的には、図4の上部に位置する2つの組み合わせ同士の間の中心角幅を100゜にすると共に、これら2つの組み合わせのそれぞれと、図4の下部に位置する1つの組み合わせとの間の中心角幅を130゜にしている。ただし、これらの中心角幅は、本例と異なる角度にすることもできる。

上述のような構成を有する本例のトルク伝達装置では、入力軸2が伝達するトルクを、トルクセンサ3により測定することができる。このため、このトルクの測定結果を利用して、自動変速機の変速制御やエンジンの出力制御などを行うことができる。
また、本例では、トルクセンサ3に設けたスナップフィット片24の爪部26を、ステータシャフト8に設けた被係合部29に係合させることに基づいて、ステータシャフト8にトルクセンサ3を保持している。このため、ステータシャフト8にトルクセンサ3を保持するための別部材を設ける必要がなく、その分、部品点数を少なくすることができる。また、本例では、トルクセンサ3を構成するバックヨーク21をステータシャフト8に直接圧入内嵌していないため、バックヨーク21に割れが生じることを回避できる。さらに、本例では、コイル層20を包埋した合成樹脂製のセンサホルダ22をステータシャフト8に直接圧入内嵌していないため、コイル層20が変形することを防止できる。
なお、本発明を実施する場合には、実施の形態の第1例の変形例として、図6(a)や図6(b)に示す構成を採用することもできる。なお、図6(a)及び図6(b)は、トルクセンサ3の外周面の周方向一部の展開図を示している。図6(a)及び図6(b)では、図示の便宜上、トルクセンサ3を組み付けるステータシャフト(被係合部)の図示は省略している。
図6(a)に示す構成では、互いに係合するスナップフィット片24と被係合部との組み合わせのうち、一部の組み合わせが、残部の組み合わせと異なる軸方向位置に配置されている。これにより、ステータシャフトとトルクセンサ3とが周方向に関して所定の位置関係になる場合にのみ、総てのスナップフィット片24の爪部26が被係合部と係合可能となるようにしている。
図6(b)に示す構成では、互いに係合するスナップフィット片24a(24b)と被係合部との組み合わせのうち、一部の組み合わせを構成するスナップフィット片24aの爪部26aが、残部の組み合わせを構成する被係合部(スナップフィット片24bの爪部26bを係合させる被係合部)に対して係合できない形状又は大きさ(図示の例では、周方向の幅寸法)を有している。なお、該形状又は大きさは、たとえば径方向高さとすることもできる。何れにしても、このような構成により、ステータシャフトとトルクセンサ3とが周方向に関して所定の位置関係になる場合にのみ、総てのスナップフィット片24a(24b)の爪部26a(26b)が被係合部と係合可能となるようにしている。
[実施の形態の第2例]
実施の形態の第2例について、図7を用いて説明する。
本例では、オイルポンプカバー5aは、側板部12aの軸方向中央部よりも軸方向一方側部を構成する第一カバー部品31と、側板部12aの軸方向中央部よりも軸方向他方側部を構成する第二カバー部品32とに、2分割可能な構成を有している。第一カバー部品31と第二カバー部品32とは、互いに対向する軸方向側面同士を当接させた状態で、オイルポンプカバー5aをオイルポンプハウジング4に結合するための図示しないボルトにより、互いに結合されている。
ステータシャフト8aは、第一カバー部品31の径方向内側部から軸方向一方側に延びるように、第一カバー部品31と一体に設けられている。トルクセンサ3に一端部を接続されたハーネス28は、第一カバー部品31の軸方向他方側の側面と第二カバー部品32の軸方向一方側の側面との間に設けられたハーネス用通路30cを通じて、オイルポンプカバー5の径方向外方に引き出されている。
以上のような構成を有する本例のトルク伝達装置では、第一カバー部品31に対して第二カバー部品32を取り付ける前に、トルクセンサ3をステータシャフト8aの内側に挿入できるため、組立性を向上させることができる。
その他の構成及び作用は、実施の形態の第1例と同様である。
本発明を実施する場合には、トルクセンサとして、検出部にホール素子などの磁気検出素子を組み込んだ磁気センサを用いることもできる。この場合には、トルク伝達軸の被検出部を磁化しておき、トルク伝達軸が伝達するトルクに応じて、すなわち、トルク伝達軸に生じる逆磁歪効果に基づいて、被検出部の外部に発生する磁束を変化させる。そして、この磁束の変化を磁気センサにより検出することに基づいて、トルクを測定する。
本発明のトルク伝達装置を自動車のパワートレインに組み込んで使用する場合、対象となる装置は、特に問わない。たとえば、マニュアルトランスミッション(MT)、オートマチックトランスミッション(AT)、ベルト式無段変速機、トロイダル型無段変速機、オートマチックマニュアルトランスミッション(AMT)、デュアルクラッチトランスミッション(DCT)などの車側の制御で変速を行うトランスミッション、またはトランスファーを対象とすることができる。また、対象となる車両の駆動方式(FF、FR、MR、RR、4WDなど)も、特に問わない。
また、本発明のトルク伝達装置は、自動車のパワートレインに限らず、たとえば、風車、圧延機、鉄道車両、工作機械、建設機械、農業機械、家庭用電気器具、モータなど、各種機械装置に組み込んで使用することができる。
また、本発明を実施する場合、トルクセンサは、磁歪式に限らず、各種方式のものを採用することができる。
1 オイルポンプ
2 入力軸
3 トルクセンサ
4 オイルポンプハウジング
5、5a オイルポンプカバー
6 インナギヤ
7 アウタギヤ
8、8a ステータシャフト
9 収容空間
10 環状凹部
11 通孔
12、12a 側板部
13 筒状部
14 通孔
15 ねじ孔
16 小径円筒面部
17 大径円筒面部
18 段部
19 滑り軸受
20 コイル層
21 バックヨーク
22 センサホルダ
23 収容凹部
24、24a、24b スナップフィット片
25 基板部
26、26a、26b 爪部
27 突出部
28 ハーネス
29 被係合部
30a、30b、30c ハーネス用通路
31 第一カバー部品
32 第二カバー部品

Claims (7)

  1. トルクコンバータを構成するステータを支持するためのステータシャフトである、外筒と、
    前記外筒の径方向内側に、前記外筒に対する相対回転を可能に設けられたトルク伝達軸と、
    筒状に構成され、かつ、前記外筒の内周面と前記トルク伝達軸の外周面との間に配置された、前記トルク伝達軸が伝達するトルクを測定するためのトルクセンサと、
    を備え、
    前記外筒は、内周面に凹形状の被係合部を有しており、
    前記トルクセンサは、前記被係合部と整合する箇所に爪部を備えた合成樹脂製のスナップフィット片を有しており、前記被係合部と前記スナップフィット片の前記爪部との係合に基づいて前記外筒に保持されている、
    トルク伝達装置。
  2. 前記爪部が、円弧形の横断面形状を有しており、
    前記被係合部が、前記爪部の横断面形状よりも曲率半径が大きくかつ周方向の幅寸法が大きい円弧形の横断面形状を有している、
    請求項1に記載のトルク伝達装置。
  3. 前記被係合部と前記スナップフィット片とを複数ずつ有しており、かつ、前記外筒と前記トルクセンサとが周方向に関して所定の位置関係になる場合にのみ、総ての前記被係合部と前記スナップフィット片の前記爪部とが係合可能となる、
    請求項1または2に記載のトルク伝達装置。
  4. 互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせが、周方向に関して不等間隔に配置されている、
    請求項に記載のトルク伝達装置。
  5. 互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせのうち、一部の組み合わせが、残部の組み合わせと異なる軸方向位置に配置されている、
    請求項に記載のトルク伝達装置。
  6. 互いに係合する前記被係合部と前記スナップフィット片との組み合わせのうち、一部の組み合わせを構成するスナップフィット片の前記爪部が、残部の組み合わせを構成する被係合部に対して係合できない形状又は大きさを有している、
    請求項に記載のトルク伝達装置。
  7. 環状のオイルポンプカバーをさらに備え、
    前記オイルポンプカバーは、軸方向一方側部を構成する第一カバー部品と、軸方向他方側部を構成する第二カバー部品との互いに対向する軸方向側面同士を当接させた状態で、前記第一カバー部品と前記第二カバー部品とを結合固定することにより構成されており、
    前記ステータシャフトは、前記第一カバー部品の径方向内側部から軸方向一方側に延びるように、前記第一カバー部品と一体に設けられており、
    前記トルクセンサの周方向一部にハーネスの一端が接続されていると共に、前記ハーネスが、前記第一カバー部品の軸方向他方側の側面と前記第二カバー部品の軸方向一方側の側面との間に設けられたハーネス用通路を通じて、前記オイルポンプカバーの外部に引き出されている、
    請求項1~6のうちのいずれかに記載のトルク伝達装置。
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