JPS6111627Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、自動車の駆動軸または船舶の中間軸
などの動力伝達軸のトルク検出器に関する。

トルクに比例して変化する軸のねじり角を外歯
歯車状の円環，内歯歯車状の環体を利用して検出
するものは公知であり、例えば、特公昭45−
17999号公報に示されている。

この種の装置には、被測定軸に間隔を隔てて固
定した二つの外歯歯車状円環と、それに対向して
同心に外側に配置された内歯歯車状環体と、各円
環と環体の間に磁束を通過させる永久磁石および
ヨーク体と、その磁束変化に応じた電圧信号を取
出すためのコイルとがある。そして、円環または
環体のいずれかを回転させ、円環外周面と環体内
周面の間隙が歯形に応じて変化するようにし、そ
の間隙変化に応じて生ずる磁束変化によつてコイ
ルに交流電圧信号を誘起させるようになつてい
る。こうすると、軸にトルクが加わり、軸がそれ
に比例してねじられると、二つの円環の間に、軸
のねじり角に応じた相対角変位が生じ、その結
果、二つの交流電圧信号の位相差が相対角変位に
比例して変わり、結局、位相差からトルクを求め
られることになる。

ところで、位相差からトルクを求めるにあたつ
ては、あらかじめ既知のトルクを軸に加え、その
ときの位相差を測定する校正を行つておかなけれ
ばならない。そのためには、軸の一端を固定し、
他端に既知のトルクを加え、軸を静止させた状態
で位相差を検出することになり、コイルに電圧を
誘起させるためには、環体を回転させる必要があ
る。なお、実際の測定状態では、軸と共に円環が
回転し、コイルには電圧が誘起される。このよう
に、円環と環体のいずれかを静止させ、他方を回
転させるためには、環体を円環の外周において回
転自在に支承しなければならない。

従来の装置は、その支持部材として外筒を用
い、外筒はその両端部がベアリングを介して軸上
に支承され、外筒の内部に環体が回転自在に支承
されているが、環体の支承にあたつては二つの環
体を一体化した状態で支承するために、環体を連
結環体により一体化した上で、その連結環体と外
筒の間にベアリングを介在させている。そして、
この外筒内に永久磁石とコイルを固定した構造と
している。

したがつて、軸を回転させた場合は、円環が共
に回転するが、環体および外筒は静止状態にさ
れ、また、環体を回転させる（外部モータと連結
環体間にベルトを巻装）場合は、軸および外筒が
静止状態にされることになる。すなわち、軸ある
いは環体のいずれを回転させても、外筒は静止状
態にされ、外筒に固定されたコイルから外部に交
流電圧信号が取出される。

測定にあたつては、先ず、軸と外筒を静止状態
にし、環体が固定された連結環体を回転させる。
こうすると、円環と環体の間隙が歯形に応じて変
わり、その磁束径路の磁気抵抗が変化する。した
がつて、両側のコイルにそれぞれ交流電圧信号が
誘起される。このとき、二つの円環の軸への取付
位相が完全に一致していれば、両交流電圧信号に
位相差を生じないが、完全に一致させることは不
可能に近いので、円環どうしわずかにずれている
と考えてよい。したがつて、二つの交流電圧信号
には位相差が生じており、この位相差を外部の測
定回路において測定することにより軸の無負荷時
の位相差がわかる。

次に、軸の一端を固定し、他端に既知のトルク
を加えると、軸がトルクに比例してねじれ、二つ
の円環の円周方向の相対位置関係も変化し、その
状態で前記と同様に外環体を回転させると、負荷
が加えられた状態の位相差が求められる。

そして、既知のトルクを加えた状態の位相差と
無負荷時の位相差との差が、既知のトルクに対す
る位相差となる。以上が校正である。

実際の測定にあたつては、軸は例えばエンジン
と推進器の間に介在させられ、軸の方が回転し、
外筒および環体は静止状態となる。軸と共に円環
が回転するので、環体との間の間隙が歯形に応じ
て変化し、各コイルには交流電圧が誘起される。
このとき、軸は実際の負荷トルクに比例してねじ
れており、円環の円周方向の相対位置関係もねじ
れ角に比例して変化するので、それに応じてコイ
ルに誘起された交流電圧信号の位相差が変化す
る。

円環が回転し、環体が静止している場合であつ
ても、逆の場合であつても、円環相互間の一定の
相対角変位に対してはコイルに誘起される交流電
圧信号の位相差が等しい。したがつて、実際の測
定中における位相差と校正時の位相差とを比較す
れば、測定中の実際の負荷トルクが算出される。

しかし、このような従来の装置では、円環，環
体，外筒の三者を相対的に回転可能にするため
に、円環の外周と環体の内周の間および環体の外
周と外筒の内周の間にベアリングを介在させるた
めの間隙が必要となり、それだけ全体の外径が大
形になることは避けられない。

本考案は、構造を簡単にし、かつ全体の外径を
小さくするために、外筒を省き、環体が固定され
た連結環体を軸に支承して軸，環体をそれぞれ
別々に回転可能にし、環状永久磁石，コイルおよ
びヨーク体とからなる磁気回路は、連結環体の両
外側に配置し、これら磁気回路のうちの少なくと
もコイルは、連結環体，軸のいずれに対しても着
脱自在とした切替部材に固定して軸を回転させる
場合には、切替部材を連結環体に締結し、連結環
体を回転させる場合には、切替部材を軸に締結
し、いずれの場合もコイルが静止状態に保たれる
ようにしたものである。

以下、本考案の実施例を詳細に説明する。

第１図において、１は例えば船舶の中間軸であ
り、軸１上には、間隔を隔てて円環２，３が固定
され、その円環２，３の外周面には外歯歯車状凹
凸が形成されている。円環２，３の外周に対向し
て環体４，５が配置され、環体４，５の内周面に
は内歯歯車状凹凸が形成されている。環体２，３
の間の軸１上にはベアリング６，６′を介して連
結環体７が支承されており、その内壁に前記の環
体４，５の外周面が固着され、環体４と円環２お
よび５と３は同心状態となつている。環体４，５
の外側側面には環状永久磁石８，９の内側面が固
定され、その外側面は、連結環体７の外側端面に
固着された環状ヨーク体７１，７２の内側端面に
接している。ヨーク体７１，７２の両外側には非
磁性の環状の結合切替板１０，２０が配置され、
その切替板の内側面には、コイル１１，２１が固
定され、コイル１１，２１は円環２，３の内方に
位置している。また、切替板１０，２０には、通
孔１３，２３およびねじ孔１４，２４が内外に穿
設され、その外方の通孔１３，２３と対向する前
記のヨーク体７１，７２にはねじ孔７３，７４が
穿設され、通孔１３，２３を介してボルト１５，
２５をねじ孔に螺入した際には、切替板１０，２
０とヨーク体７１，７２とが一体的に締結される
ようになつている。

また、前記の切替板の内方のねじ孔１４，２４
は切替板１０，２０の外側の軸１上に固定された
固定片１６，２６の通孔１７，２７と対向してお
り、通孔１７，２７を介してボルトをねじ孔１
４，２４に螺入した際には、切替板１０，２０と
固定片１６，２６とが一体的に締結されるように
なつている。

なお、連結環体７の中央外周面にはプーリ７５
が形成され、外部モータ軸との間にベルトを介在
させれば、連結環体７を回転させられるようにし
てある。

以上のように構成されたトルク検出器における
校正と測定は、次のようにして行われる。

先ず、校正は軸１を静止させ、ボルトを固定片
１６，２６の通孔１７，２７を介して切替板１
０，２０のねじ孔１４，２４に螺入し、固定片１
６，２６と切替板１０，２０を一体的に締結す
る。その後、ボルト１５，２５を切替板１０，２
０の通孔１３，２３から取外すと、切替板１０，
２０とヨーク体７１，７２間のわずかな間隙によ
つて切替板１０，２０は連結環体７の回転運動と
無関係になる。この状態で、連結環体７のブーリ
７５と外部モータ間にベルトを巻装して連結環体
７を回転させる。そうすると、環体４，５も一体
的に回転するので、円環２，３との間の間隙が歯
形に応じて変わり、コイル１１，２１には、その
変化に応じて交流電圧が誘起される。このとき、
コイル１１，２１は軸１と共に静止しているた
め、コイル１１，２１の出力を外部に取出すこと
ができ、その位相差を測定すると、無負荷時の位
相差が求められる。次に、軸１に既知のトルクを
加えると、軸１はそのトルクに比例してねじれ、
円環２と３の円周方向の相対的位置関係が変化
し、コイル１１，２１の出力の位相差を求めるこ
とにより、既知トルクに対する位相差が求められ
る。そして、既知トルクに対する位相差と無負荷
時の位相差との差から所定のトルクに対する位相
差が求められることになる。

以上の校正の後、実際の測定を行う場合は、軸
１が回転状態となるので、固定片１６，２６と切
替片１０，２０を締結していたボルトを外し、第
１図に示すようにボルト１５，２５により取付環
体１０，２０をヨーク体７１，７２に締結する。
そして、連結環体７は適当な制止手段により静止
状態にする。測定状態では、軸１と共に円環２，
３が回転し、円環２，３と環体４，５間の間隙が
歯形に応じて変わり、コイル１１，２１には、そ
の変化に応じて交流電圧が誘起される。このと
き、軸１は負荷トルクに応じてねじられており、
円環２，３の円周方向の相対位置関係が変化し、
コイル１１，２１に誘起された交流電圧の位相差
もそれに応じて変化する。したがつて、静止状態
にあるコイル１１，２１からその出力を外部に取
出し、その位相差を求め、前記校正時の位相差と
比較することにより測定状態での負荷トルクが求
められる。

なお、上記実施例においては、切替板１０，２
０を固定片１６，２６を介して軸１に締結した場
合につき例示したが、第２図に示すように切替板
を断面Ｌ字状の環状切替片１０′で形成し、その
軸１との嵌合部分に軸周面方向に向つてねじ孔を
穿ち、そのねじ孔に螺入したボルト１５′により
軸１に直接固着するようにしてもよい。この軸１
への固定の際、切替片１０′の内側端面とヨーク
体７１の外側端面間に間隙を設けることもちろん
であるが、その間隙に応じたスペーサを用意して
おき、ボルト１５′を取外し、切替片１０′とヨー
ク体７１を締結する際に、両者間にそのスペーサ
を挿入した状態で締結すれば、コイル１１の内方
への突出量が軸固定の場合と同一に保たれ、より
一層校正時と測定時の磁気回路特性を同一化させ
られる。また、上記実施施例においては、ヨーク
体７１の内周面をコイル１１の外周面より大径に
形成した場合につき例示したが、第３図に示すよ
うに、ヨーク体７１の内周径より外径が小さく、
内径が軸１よりわずかに大きな第２のヨーク体７
１′にコイルを装着し、そのヨーク体７１′をヨー
ク体７１と同心状態に切替片１０′の端面に固定
し、その１０′をヨーク体７１または軸１に着脱
自在にして、磁束が効率よく永久磁石−ヨーク体
７１，第２のヨーク体７１′−軸１−円環−環体
−永久磁石の経路と通るように形成してもよい。

また、上記実施例においては、切替板１０，２
０にはコイル１１，２１を装着した場合につき例
示したが、第４図に示すように、連結環体７の端
面とヨーク体７１″を独立に形成し、ヨーク体７
１″の内側端面に永久磁石とコイルを固定し、ヨ
ーク体７１″の外側端面に断面Ｌ字状の切替片１
０″を固定し、これら磁気回路を軸に固定する場
合には、第２図と同様に切替片１０″をボルト１
５で軸１に締結し、連結環体７に固定する場合に
は、連結環体７の端面とヨーク体７１″の端面を
ボルト締結するようにしてもよい。

以上のとおりであり、本考案は、連結環体を軸
に支承し、その両外側には切替部材を軸または連
結環体に着脱自在に設け、その切替部材には少な
くとも磁気回路のうちのコイルを固定しているの
で、構造が簡単で、かつ全体が小型化され、ま
た、その軸，連結環体のいずれか一方を回転さ
せ、他方を静止させた状態でのトルクを検出する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す正面図、第２図
〜４図は本考案の他の実施例を示す部分正面図で
ある。 １……軸、２，３……円環、４，５……環体、
６，６′……ベアリング、７……連結環体、７
１，７２，７１′，７１″……ヨーク体、１０，２
０，１０′，１０″……切替部材、８，９……永久
磁石、１１，２１……コイル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定軸に適宜間隔を隔てて固着された二つの
   外歯歯車状円環と、被測定軸に回転自在に支承さ
   れた連結環体と、前記円環と同心に連結環体の内
   壁に固着された内歯歯車状環体と、各円環と環体
   を経路とする磁路を形成する環状永久磁石，コイ
   ル，ヨーク体とからなる磁気回路を有するトルク
   検出器において、切替部材を連結体の両外側と対
   向させて配設し、切替部材には少なくとも磁気回
   路のコイルを装着し、切替部材は被測定軸，連結
   環体のいずれに対しても着脱自在に形成したこと
   を特徴とするトルク検出器。