JPH07158636A - トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット - Google Patents

トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット

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JPH07158636A
JPH07158636A JP34064793A JP34064793A JPH07158636A JP H07158636 A JPH07158636 A JP H07158636A JP 34064793 A JP34064793 A JP 34064793A JP 34064793 A JP34064793 A JP 34064793A JP H07158636 A JPH07158636 A JP H07158636A
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JP
Japan
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foil
torque
magnetostrictive material
magnetization
change
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP34064793A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenjiro Soejima
健次郎 副島
Tsukasa Takeshita
司 竹下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Electronics Industries Co Ltd
Daibea Co Ltd
Original Assignee
Koyo Electronics Industries Co Ltd
Daibea Co Ltd
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Publication date
Application filed by Koyo Electronics Industries Co Ltd, Daibea Co Ltd filed Critical Koyo Electronics Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来からの形状や材質を変更することなくト
ルク検出機能を発揮する軸受ユニットを提供する。 【構成】 自転車用ボトムブラケットベアリングの回転
軸7と、回転軸7の外周面に固着される磁歪特性を有す
る箔であって、前記回転軸の軸線方向と傾斜角を有する
スリット16a,16bを設けた磁歪材料箔15a,1
5bと、回転軸7の径方向外側において磁歪材料箔に対
面して配置される検出コイル10a,10bとを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転軸などに加わる
回転トルクを自動的に検出するトルク検出装置を内蔵す
る軸受ユニットに関し、特に、回転軸などに加わる回転
トルクを、Villari効果を利用して検出する軸受
ユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】回転軸に加わる応力を検出する方法とし
て、ストレーンゲージを使用する方法や、軸ねじれを光
学的または磁気的に位相のずれとして検出する方法が提
案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、自転車用ボトムブラケットベアリングなどにおいて
は、その形状などを変更することなく上記の技術を適用
することがスペース的に不可能であるという問題点があ
った。すなわち、自転車のペダルから加わる人為的な回
転トルクを、軸受ユニットの形状や材質を変更すること
なく、簡易に検出することができず非常に不便であっ
た。
【0004】この発明は、この問題点に着目してなされ
たものであって、従来からの形状や材質を変更すること
なく簡易にトルク検出機能を発揮することのできる軸受
ユニットを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成する為、請求項1に係る軸受ユニットは、回転トル
クを受けて回転する内輪と、この内輪の外周面に固着
される磁歪特性を有する箔であって、前記内輪の軸線方
向と傾斜角を有するスリットを設けた磁歪材料箔と、
この磁歪材料箔に対面して外輪の内周面に配置される検
出コイルとを備え、前記磁歪材料箔の磁化の変化を利用
して回転トルクを検出することを特徴としている。
【0006】また、請求項2に係る軸受ユニットは、
自転車用ボトムブラケットベアリングの回転軸と、こ
の回転軸の外周面に固着される磁歪特性を有する箔であ
って、前記回転軸の軸線方向と傾斜角を有するスリット
を設けた磁歪材料箔と、前記回転軸の径方向外側にお
いて、前記磁歪材料箔に対面して配置される検出コイル
とを備え、前記磁歪材料箔の磁化の変化を利用して回転
トルクを検出することを特徴としている。
【0007】この発明は、磁歪特性を有する箔が内輪
(または回転軸)の外周面に直接的に固着されている点
と、この磁歪材料箔には、内輪(または回転軸)の軸線
方向と傾斜角を有するスリットが設けられている点に特
徴がある。
【0008】磁歪特性を有する強磁性体に応力を加える
と、歪みの変化Δξに応じて磁化の変化Δμが生じるこ
とは、Villari効果として良く知られている。請
求項1の発明では、内輪の外周面に磁歪材料箔が固着さ
れているので、内輪に応力が加わると、これに応じて磁
化の変化が生じることになる。一方、外輪の内周面に
は、磁歪材料箔に対面して検出コイルが配置されている
ので、磁歪材料箔の磁化の変化を電気信号に変換するこ
とができ、結果として、内輪に加わるトルクを電気信号
として検出できることになる。
【0009】また、磁歪材料箔には、内輪の軸線方向と
傾斜角を有するスリットが設けられているので、検出コ
イルからの電気信号は、内輪に加わる応力に対して方向
性を持つことになり、請求項3の発明のように、逆方向
にスリットを切った2つの磁歪材料箔を内輪に固着し、
各磁歪材料箔に対応して2つの検出コイルを配置するよ
うにすれば、より効果的にトルクを検出することが可能
となる。
【0010】
【実施例】以下、この発明をボトムブラケット用軸受ユ
ニットに適用した実施例について、図面を参照しつつ説
明する。図1は、本発明に係るボトムブラケットベアリ
ングの内挿された自転車用ボトムブラケット部を図示し
たものであり、回転力Fを受けるペダル1,1と、各ペ
ダルに接続されるクランク2,3と、ハウジング4と、
チェーン駆動ギア5と、ボトムブラケットベアリングを
固定するロックリング6と、クランク2,3に接続され
る回転軸7とが示されている。
【0011】図2は、図1に示す自転車用ボトムブラケ
ット部の内部構造を示したものであり、ハウジング4の
中に、ボトムブラケットベアリング8(図3の外観図参
照)が内挿されて、これがロックリング6によって固定
されている状態を示している。
【0012】ボトムブラケットベアリング8は、回転軸
7と、外輪9と、外輪9の内周面に配置されている検出
コイル10a,10bと、鋼球11と、保持器11aな
どで構成されている。この鋼球11は、外輪9の内周面
に形成されている保持溝12と、これに対応して回転軸
7の外周面に形成される軌道溝13との間に保持されて
いる。また、検出コイル10a,10bからの引出し線
は、外輪9の開口部9aとハウジング4の開口部4aと
を通して導出されている。なお、外輪9の両端部には弾
性シール部材14が装着されている。
【0013】この実施例の特徴は、2つの磁歪材料箔1
5a,15bが、回転軸7の中央部の外周面に固着され
ている点にある。ここで、磁歪材料箔は、特に限定され
ないが、この実施例の場合には最も特性が良いと思われ
る鉄系アモルファス合金箔(以下、アモルファス箔とい
う)を使用している。
【0014】アモルファス箔に関して更に説明すると、
25μm程度のアモルファス箔15a,15bは、検出
コイル10a,10bに対応した回転軸7の外周面にそ
れぞれ固着されており、各アモルファス箔15a,15
bには、逆向きのスリット16a,16bが設けられて
いる。図4は、回転軸7にアモルファス箔15a,15
bが固着されている状態を図示したものであり、軸方向
に対して各々逆向きに、角度45°のスリット16a,
16bが切られていることを示している。
【0015】図6は、検出コイル10a,10bの出力
信号を処理する電子回路部分を図示したものである。検
出コイル10a,10bからの引出線は、発振部20の
出力端子に接続されると共に、増幅部21a,21bに
接続されている。増幅部21a,21bの出力信号は比
較部22に供給されて、比較部22の出力信号は、増幅
部23に供給されている。なお、検出コイル10a,1
0bは、発振部20によって常に励磁されており、回転
軸7にトルクが加わらない状態では、各検出コイル10
a,10bの両端電圧が一致するようになっている。
【0016】続いて、以上の構成からなる自転車のボト
ムブラケット部について、その動作内容を説明する(図
4など参照)。人間が自転車のペダル1,1を踏むこと
によって、回転軸7が矢印17の向きに駆動される場合
を考える。この場合、回転軸7には、矢印18の向きの
ねじり応力が生じるが、回転軸7にはアモルファス合金
箔15a,15bが固着されているので、歪みの変化Δ
ξによって磁化の変化Δμが生じることになる。
【0017】この実施例の場合、各アモルファス箔15
a,15bには、角度45°のスリットが互いに逆向き
に切られているので、各アモルファス箔15a,15b
の磁化の変化が大きく異なることになる。つまり、アモ
ルファス箔15bのスリット16bは、応力の向きと直
交するので、磁化の変化は殆ど無いのに対して、アモル
ファス箔16aでは磁化の変化が生じることになる。
【0018】外輪9の内周面には、前記アモルファス箔
16a,16bに対応して検出コイル10a,10bが
配置されているので、前記した磁化の変化に応じて、2
つの検出コイル10a,10bの端子電圧が不一致の状
態になり、この電圧がそれぞれ増幅部21a,21bで
増幅されて比較部22に供給されることになる。比較部
22からは、増幅部21a,21bの増幅出力の差に応
じた出力が得られるが、この値は、アモルファス箔15
a,15bの磁化の変化に対応した値、すなわち、回転
軸7に加わるトルク値に対応した値となる。つまり、以
上の動作によって、増幅部23からトルク信号が得られ
ることになる。
【0019】このようにして得られるトルク信号の利用
法は特に限定されないが、例えば、自転車走行中のトル
ク変化に応じて、変速ギアを自動的に切り替えるなどの
利用が考えられ、この場合には、坂道における運転者の
エネルギーの均一化を図ることが可能となる。また、こ
のボトムブラケットベアリングを美容健康器具としての
室内用自転車に適用した場合にも、トルク信号に基づい
て適宜な制御が可能となり有用である。更に、例えば、
電動モータ付きの自転車などにおいて、トルク信号に基
づいて電動モータの駆動タイミングを決定することも可
能となる。
【0020】なお、トルク発生は、クランク2のペダル
を踏んだ時のみであるので、実用的には、最大トルク値
を一定時間ホールドする回路を設けて、クランク2が力
を伝達していない間を補ってやる必要がある。このホー
ルド機能を実現するには、オペアンプを用いたピークホ
ールド回路を応用したり、或いは、A/D変換機能を付
加したマイクロプロセッサによってデジタル的に処理す
れば良い。
【0021】以上、主として、自転車用ブラケットベア
リングについて説明したが、この発明はこれに限定され
る必要はなく、内輪と外輪と転動体とからなる一般の軸
受に適用することも可能である。この場合には、内輪の
外周面にスリットを設けたアモルファス箔を接着し、外
輪の内周面に検出コイルを配置すれば良い。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る軸
受ユニットは、内輪(または回転軸)と、内輪(または
回転軸)の外周面に固着される磁歪材料箔と、磁歪材料
箔に対面して外輪の内周面に配置される検出コイルとを
備えて構成されているので、軸受ユニットの形状や材質
を従来のものから特に変更することなく、トルク検出装
置を内蔵した軸受ユニット、例えば自転車用ボトムブラ
ケットベアリングを実現できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】自転車用ボトムブラケット部を図示した外観図
である。
【図2】図1に示す自転車用ボトムブラケット部につい
て、その内部構造を図示した一部断面図である。
【図3】ボトムブラケットベアリングの外観図である。
【図4】スリットを有するアモルファス箔の作用を説明
するための図面である。
【図5】この発明の一実施例であるトルク検出装置を内
蔵したボトムブラケットベアリングの内部構造を図示し
た一部断面図である。
【図6】トルク信号を得るための電子回路部分を図示し
た回路図である。
【符号の説明】
7 回転軸 11 鋼球 10a,10b 検出コイル 15a,15b アモルファス箔 16a,16b スリット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転トルクを受けて回転する内輪と、 この内輪の外周面に固着される磁歪特性を有する箔であ
    って、前記内輪の軸線方向と傾斜角を有するスリットを
    設けた磁歪材料箔と、 この磁歪材料箔に対面して外輪の内周面に配置される検
    出コイルとを備え、 前記磁歪材料箔の磁化の変化を利用して回転トルクを検
    出することを特徴とするトルク検出装置を内蔵した軸受
    ユニット。
  2. 【請求項2】 自転車用ボトムブラケットベアリングの
    回転軸と、 この回転軸の外周面に固着される磁歪特性を有する箔で
    あって、前記回転軸の軸線方向と傾斜角を有するスリッ
    トを設けた磁歪材料箔と、 前記回転軸の径方向外側において、前記磁歪材料箔に対
    面して配置される検出コイルとを備え、 前記磁歪材料箔の磁化の変化を利用して回転トルクを検
    出することを特徴とするトルク検出装置を内蔵した自転
    車用軸受ユニット。
  3. 【請求項3】前記磁歪材料箔と前記検出コイルとがそれ
    ぞれ2つあり、各磁歪材料箔のスリットの傾斜方向が逆
    方向であることを特徴とする請求項1又は2に記載の軸
    受ユニット。
JP34064793A 1993-12-07 1993-12-07 トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット Withdrawn JPH07158636A (ja)

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JP34064793A JPH07158636A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット

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JP34064793A JPH07158636A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット

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JPH07158636A true JPH07158636A (ja) 1995-06-20

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ID=18338978

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JP34064793A Withdrawn JPH07158636A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 トルク検出装置を内蔵した軸受ユニット

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JP (1) JPH07158636A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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