WO2022059295A1 - トルク測定装置 - Google Patents

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WO2022059295A1
WO2022059295A1 PCT/JP2021/025003 JP2021025003W WO2022059295A1 WO 2022059295 A1 WO2022059295 A1 WO 2022059295A1 JP 2021025003 W JP2021025003 W JP 2021025003W WO 2022059295 A1 WO2022059295 A1 WO 2022059295A1
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WO
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case
measuring device
outer ring
magnetostrictive
torque measuring
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PCT/JP2021/025003
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貴裕 大寺
潤司 小野
昌弘 小林
晃大 福田
Original Assignee
日本精工株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G—PHYSICS
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    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a torque measuring device that measures the torque transmitted by the rotating shaft.
  • a magnetostrictive torque measuring device is known as a means for measuring the torque transmitted by the rotating shaft.
  • the magnetostrictive torque measuring device for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-61730, the magnetostrictive material is fixed on the outer peripheral surface of the rotating shaft, and the magnetostrictive material has a magnetic permeability in the vicinity of the magnetostrictive material.
  • a magnetostrictive sensor is placed to detect the change.
  • the magnetic permeability of the magnetostrictive material changes based on the magnetostrictive effect.
  • the output signal of the magnetostrictive sensor changes in response to the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive material, so that the torque transmitted by the rotating shaft can be measured.
  • An object of the present invention is to provide a torque measuring device having a structure capable of preventing a magnetostrictive sensor supported by a case from rotating with respect to the case.
  • the torque measuring device of one aspect of the present invention includes a case that does not rotate even during use, a rotating shaft that is rotatably supported by the case and has a magnetostrictive effect portion whose magnetostriction changes according to the transmitted torque. It is provided close to the magnetostrictive effect unit, has a detection unit that changes the voltage in response to a change in the magnetic permeability of the magnetostrictive effect unit, and has a magnetostrictive sensor supported by the case.
  • the torque measuring device has a rotation prevention structure that prevents the magnetostrictive sensor from rotating with respect to the case.
  • the torque measuring device further includes an outer ring that is arranged around the rotating shaft and is fitted inside the case.
  • the magnetostrictive sensor is supported by the case via the outer ring.
  • it is configured to include the outer ring, allowing rotation of the rotating shaft with respect to the case in a predetermined direction, and preventing rotation of the rotating shaft with respect to the case in a direction opposite to the predetermined direction.
  • a configuration including a clutch can be adopted.
  • the anti-rotation structure is formed by engaging a part of the case with a convex portion protruding outward in the radial direction from a part of the magnetostrictive sensor in the circumferential direction. It is composed.
  • a part of the case is provided on the inner peripheral surface of the case and is a groove extending in the axial direction, and a harness is provided on the axial side surface of the convex portion. The end of the harness is connected and a part of the harness is arranged inside the groove.
  • the anti-rotation structure is configured by engaging a part of the case with a convex portion protruding from a part of the outer ring in the circumferential direction toward the outside in the radial direction. Will be done.
  • the rotation prevention structure is configured by fitting the outer peripheral surface of the outer ring to the inner peripheral surface of the case in a non-circular manner.
  • a torque measuring device having a structure capable of preventing the magnetostrictive sensor supported by the case from rotating with respect to the case.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the torque measuring device of the first example of the embodiment of the present invention, omitting the rotation axis.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the torque measuring device of the first example.
  • FIG. 3 is a view of the torque measuring device of the first example as viewed from one side in the axial direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a reference example related to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the torque measuring device of the second example of the embodiment of the present invention, omitting the case.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the torque measuring device of the second example.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the torque measuring device of the first example of the embodiment of the present invention, omitting the rotation axis.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the torque measuring device of the first example.
  • FIG. 3 is a view of the torque measuring device of the first example as viewed from
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the torque measuring device of the third example of the embodiment of the present invention as viewed from the other side in the axial direction, omitting the rotation axis.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the torque measuring device of the fourth example of the embodiment of the present invention as viewed from the other side in the axial direction, omitting the rotation axis.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the torque measuring device of the fifth example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the torque measuring device of the sixth example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the torque measuring device of the seventh example according to the embodiment of the present invention.
  • the torque measuring device 1 of this example is a device that measures the torque transmitted by the rotating shaft 3, and can be used by incorporating it into various mechanical devices.
  • the mechanical device in which the torque measuring device 1 of this example is incorporated include a mechanical device constituting an automobile power train, for example, an automatic transmission (AT), a belt-type continuously variable transmission, a toroidal type continuously variable transmission, and the like. Examples thereof include transmissions such as an automatic manual transmission (AMT) and a dual clutch transmission (DCT) that shift gears under the control of the vehicle side, and transfers and manual transmissions (MT).
  • the drive system of the target vehicle that is, the system such as FF, FR, MR, RR, and 4WD is not particularly limited.
  • Specific examples of the mechanical device in which the torque measuring device 1 of this example is incorporated include a speed reducer and a speed increaser constituting a wind turbine, a railroad vehicle, a steel rolling mill, and the like.
  • the torque measuring device 1 of this example includes a case 2, a rotating shaft 3, and a magnetostrictive sensor 4. Further, the torque measuring device 1 has a rotation prevention structure that prevents the magnetostrictive sensor 4 from rotating with respect to the case 2.
  • the rotation prevention structure is configured by engaging a part of the case 2 with a convex portion 18 projecting outward in the radial direction from a part of the magnetostrictive sensor 4 in the circumferential direction.
  • the axial direction of the torque measuring device 1 is the axial direction of the rotating shaft 3, that is, the left-right direction in FIG. Further, one side in the axial direction is the right side in FIG. 2, and the other side in the axial direction is the left side in FIG.
  • Case 2 does not rotate even when used.
  • the case 2 has an inner peripheral surface 6 composed of a cylindrical surface extending in the axial direction. Further, the case 2 has a groove 19 extending in the axial direction over the entire length in the axial direction at one position in the circumferential direction of the inner peripheral surface 6. In the illustrated example, the groove 19 has a rectangular end face shape when viewed from the axial direction.
  • the rotating shaft 3 is rotatably supported with respect to the case 2, and has a magnetostrictive effect portion that transmits torque during use and whose magnetic permeability changes according to the transmitted torque.
  • the rotation shaft 3 is arranged coaxially with the inner peripheral surface 6 through the central hole defined by the inner peripheral surface 6 of the case 2. In this state, the rotary shaft 3 is rotatably supported with respect to the case 2 by a rolling bearing (not shown).
  • the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 shown in FIG. 2, which constitutes the axial intermediate portion of the rotating shaft 3, is composed of a cylindrical surface.
  • the rotating shaft 3 is made of magnetic metal, so that the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 functions as a magnetostrictive effect portion.
  • the magnetic metal constituting the rotating shaft 3 various magnetic steels such as carburized steels such as SCr420 and SCM420 and carbon steels such as S45C specified in JIS can be used.
  • a compression work hardening layer is formed by performing a shot peening treatment on a portion of the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 facing the coil 10 which is a detection portion of the magnetostrictive sensor 4. It is also possible to improve the mechanical and magnetic properties of the part. By doing so, the sensitivity and hysteresis of the torque measurement by the magnetostrictive sensor 4 can be improved.
  • the magnetostrictive material having an annular shape can be externally fitted and fixed to the intermediate shaft portion 8, or a film such as plating or a film-shaped magnetostrictive material can be fixed to the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8.
  • the magnetostrictive sensor 4 has a detection unit arranged close to the magnetostrictive effect unit of the rotating shaft 3, and is supported by the case 2.
  • the detection unit changes the voltage in response to a change in the magnetic permeability of the magnetostrictive effect unit.
  • the magnetostrictive sensor 4 includes a holder 9, a coil 10 as a detection unit, and a back yoke 11.
  • the holder 9 is integrally formed of synthetic resin as a whole, and has a main body 12 and a convex portion 18.
  • the main body 12 is formed in a cylindrical shape.
  • the convex portion 18 projects radially outward from one position in the circumferential direction of the main body 12.
  • the convex portion 18 is provided over the entire length of the main body 12 in the axial direction.
  • the convex portion may be present only in one axial portion of the main body in the circumferential direction.
  • the convex portion 18 has a rectangular end face shape when viewed from the axial direction.
  • the end of the harness 16 for extracting the voltage signal of the coil 10 of the magnetostrictive sensor 4 is connected to the axial side surface of the convex portion 18, specifically, the axial side surface of the convex portion 18. ing.
  • the coil 10 is entirely formed in a cylindrical shape.
  • the coil 10 is embedded in the main body 12 of the holder 9 and is arranged coaxially with the main body 12. At the time of use, an AC voltage is applied to the coil 10 to generate an AC magnetic field around the coil 10.
  • the back yoke 11 is a member that serves as a magnetic path for the magnetic flux generated by the coil 10, and is entirely formed in a cylindrical shape by a magnetic material such as mild steel.
  • the back yoke 11 is arranged so as to fit outside the coil 10, and is embedded in the main body 12 of the holder 9.
  • the magnetostrictive sensor 4 is internally fitted and held on the inner peripheral surface 6 of the case 2. Specifically, in this state, the main body 12 of the holder 9 is internally fitted to the other side portion of the inner peripheral surface 6 of the case 2 in the axial direction without any radial rattling. Further, the convex portion 18 of the holder 9 is engaged with the other side portion of the groove 19 of the case 2 in the axial direction. That is, in this example, the rotation prevention structure is configured by engaging the convex portion 18 and the groove 19 which is a part of the case 2. As a result, the magnetostrictive sensor 4 is positioned in the rotational direction with respect to the case 2, and the magnetostrictive sensor 4 is prevented from rotating with respect to the case 2.
  • the circumferential width dimension of the groove 19 is slightly larger than the circumferential width dimension of the convex portion 18, and the circle constituting the inner surface of the groove 19 is formed.
  • the coil 10 as a detection unit has the entire circumference with respect to the intermediate shaft portion 8 which is the magnetostrictive effect portion of the rotating shaft 3. It is arranged in close proximity so as to face each other in the radial direction. Further, a part of the harness 16 is arranged inside the groove 19, specifically, inside the one side portion in the axial direction of the groove 19.
  • the intermediate shaft portion 8 When torque is applied to the rotating shaft 3, the intermediate shaft portion 8 is twisted and deformed, and when the magnetic permeability of the intermediate shaft portion 8 in each direction changes, the magnetic flux passing through the inside of the coil 10 constituting the magnetostrictive sensor 4 changes. By doing so, the voltage of the coil 10 changes based on the change of the inductance of the coil 10. Therefore, the torque transmitted by the rotating shaft 3 can be measured by using the voltage of the coil 10.
  • a magnetic detection element such as a Hall element can be used in addition to the coil as the detection unit of the magnetostrictive sensor.
  • a torque measuring device 1 capable of preventing the magnetostrictive sensor 4 supported by the case 2 from rotating with respect to the case 2 is provided. That is, by engaging the convex portion 18 projecting outward in the radial direction from a part of the magnetostrictive sensor 4 in the circumferential direction with the groove 19 which is a part of the case 2, the magnetostrictive sensor 4 is attached to the case 2. It is positioned in the rotation direction and prevents the magnetostriction sensor 4 from rotating with respect to the case 2. Therefore, the position of the coil 10 of the magnetostrictive sensor 4 with respect to the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 with respect to the rotational direction can be appropriately regulated. From this aspect, the torque measurement error can be suppressed to a small value.
  • a structure that prevents the magnetostrictive sensor 4 supported by the case 2 from rotating with respect to the case 2 is provided with a convex portion 18 projecting outward in the radial direction from a part of the magnetostrictive sensor 4 in the circumferential direction.
  • the main body 12 of the holder 9 fits inside the inner peripheral surface 6 of the case 2 without radial rattling, so that the magnetostrictive sensor 4 is positioned radially with respect to the case 2. Therefore, the position of the coil 10 of the magnetostrictive sensor 4 with respect to the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 in the radial direction can be appropriately regulated. In other words, the gap, which is the facing distance between the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 and the coil 10, can be appropriately managed. From this aspect as well, the torque measurement error can be suppressed to a small value.
  • a part of the harness 16 is arranged inside the groove 19. Therefore, the structure of the case 2 can be simplified as compared with the case where the path for arranging a part of the harness 16 is separately formed for the case 2.
  • FIG. 4 shows a first example of a reference example related to the present invention.
  • the end portion of the harness 16 is connected to the axial side surface of the magnetostrictive sensor 4A.
  • the holder 9A constituting the magnetostrictive sensor 4A has a cylindrical main body 12 in which the coil 10 and the back yoke 11 are embedded, and one side surface of the main body 12 on one side in the axial direction in the circumferential direction. It is provided with a terminal portion 14A protruding toward one side.
  • the end portion of the harness 16 is connected to the front end surface, which is the axial side surface of the magnetostrictive sensor 4A, which is the end surface on one side in the axial direction of the terminal portion 14A.
  • the main body 12 of the holder 9A constituting the magnetostrictive sensor 4A is internally fitted to the inner peripheral surface 6 of the case 2A without any radial rattling.
  • the end of the harness 16 for taking out the voltage signal of the coil 10 of the magnetostrictive sensor 4A is connected to the axial side surface of the magnetostrictive sensor 4A. Therefore, it is not necessary to form a recess for arranging the terminal portion 14A or a part of the harness 16 in the case 2A. Therefore, the structure of Case 2A can be simplified. Further, the magnetostrictive sensor 4A can be easily attached to the case 2A. Other configurations and effects are the same as in the first example.
  • the torque measuring device 1b of this example includes a case 2b, a rotating shaft 3, a magnetostrictive sensor 4b, and a rolling bearing 20 that rotatably supports the rotating shaft 3 with respect to the case 2b.
  • the rolling bearing 20 is configured to include an outer ring 21 arranged around the rotating shaft 3 and internally fitted in the case 2b.
  • the magnetostrictive sensor 4b is supported by the case 2b via the outer ring 21.
  • various types of rolling bearings such as ball bearings, roller bearings and tapered roller bearings can be adopted as the rolling bearings.
  • the anti-rotation structure that prevents the magnetostrictive sensor 4b from rotating with respect to the case 2b is such that the convex portion 26 protruding from a part of the outer ring 21 in the circumferential direction toward the outside in the radial direction is one of the cases 2b. It is configured by engaging with a portion.
  • the rolling bearing 20 is a deep groove type ball bearing, and includes an outer ring 21, an inner ring 22, and a plurality of balls 23, each of which is a rolling element.
  • the outer ring 21 has a deep groove type outer ring track 24 on the inner peripheral surface.
  • the outer ring 21 has a small diameter portion 25 having a smaller outer diameter than a portion adjacent to the other side in the axial direction at an end portion on one side in the axial direction of the outer peripheral surface.
  • the outer ring 21 has a convex portion 26 that protrudes radially outward from the outer peripheral surface. Therefore, in this example, the radial inner portion of the metal pin 28 is press-fitted into the recess 27 provided at one position in the circumferential direction of the end portion on the other side in the axial direction of the outer peripheral surface of the outer ring 21. ..
  • the convex portion 26 is formed by the radial outer portion of the pin 28.
  • the outer ring 21 is loosely fitted to the inner peripheral surface 6 of the case 2b.
  • the convex portion 26 is engaged with a groove 19a extending in the axial direction provided at one position in the circumferential direction of the inner peripheral surface 6 of the case 2b.
  • the rotation prevention structure is configured by engaging the convex portion 26 with the groove 19a which is a part of the case 2b.
  • a rotation prevention structure is formed by forming a through hole in the case that penetrates in the radial direction of the rolling bearing and engaging the tip of the pin through which the through hole is inserted with the recess formed in the outer ring. You can also. In this case, in addition to preventing the rotation of the magnetostrictive sensor and the outer ring with respect to the case, positioning in the axial direction can be achieved.
  • the inner ring 22 has a deep groove type inner ring track 29 on the outer peripheral surface.
  • the inner ring 22 is fitted to the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 by tightening.
  • the plurality of balls 23 are rotatably arranged between the outer ring track 24 and the inner ring track 29 in a state of being held by the cage 30.
  • the cage 30 is not shown.
  • the magnetostrictive sensor 4b is integrated with the rolling bearing 20 by being attached to the outer ring 21 of the rolling bearing 20.
  • the magnetostrictive sensor 4b includes a support ring 31, a holder 9b, a coil 10, and a back yoke 11.
  • the support ring 31 is made of a metal plate and is configured in an annular shape as a whole.
  • the support ring 31 includes a cylindrical fitting cylinder portion 32, a hollow disk-shaped side plate portion 33 bent at a right angle from one end of the fitting cylinder portion 32 in the axial direction toward the inside in the radial direction, and a side plate.
  • a cylindrical support cylinder portion 34 that is bent at a right angle from the radially inner end portion of the portion 33 toward one side in the axial direction is provided.
  • the fitting cylinder portion 32 is externally fitted and fixed to the small diameter portion 25 of the outer ring 21.
  • the side surface on the other side in the axial direction of the radial outer portion of the side plate portion 33 is in contact with the side surface on the one side in the axial direction of the outer ring 21.
  • the holder 9b has a cylindrical main body 12b in which the coil 10 and the back yoke 11 are embedded and internally fitted and fixed to the support cylinder portion 34 of the support ring 31, and the main body 12b from one place in the circumferential direction in the axial direction. It is provided with a terminal portion 14a protruding on one side and outward in the radial direction.
  • the coil 10 which is a detection unit is arranged close to the intermediate shaft portion 8 which is a magnetostrictive effect portion of the rotating shaft 3 so as to face the intermediate shaft portion 8 in the radial direction over the entire circumference.
  • the end portion of the harness 16 is connected to the tip end surface which is the end surface on the radial outer side of the terminal portion 14a.
  • the magnetostrictive sensor 4b is integrated with the rolling bearing 20. Therefore, the torque measuring device 1b can be easily assembled, and the magnetostrictive sensor 4b can be arranged in a small space.
  • the magnetostrictive sensor 4b is supported by the case 2b via an outer ring 21 fitted inside the case 2b. Therefore, it is possible to appropriately manage the gap which is the facing distance between the coil 10 which is the detection unit and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 which is the magnetostrictive effect portion. From this aspect, it becomes easy to secure the torque measurement accuracy.
  • the rotation prevention structure configured by engaging the convex portion 26 and the groove 19a prevents both the rotation of the outer ring 21 with respect to the case 2b and the rotation of the magnetostrictive sensor 4b with respect to the case 2b. Therefore, it is possible to avoid the inconvenience that the harness 16 is pulled by the rotation of the outer ring 21 with respect to the case 2b, that is, creep.
  • Other configurations and effects are the same as in the first example.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the torque measuring device 1c of this example as viewed from the other side in the axial direction, omitting the rotation axis.
  • the rotation prevention structure for preventing the magnetostrictive sensor from rotating with respect to the case 2c is such that the outer peripheral surface 35 of the outer ring 21a is non-circularly fitted to the inner peripheral surface 6a of the case 2c. It is composed of.
  • the flat surface portion 36 provided on a part of the outer peripheral surface 35 of the outer ring 21a in the circumferential direction and the case 2c The flat surface portion 37 provided on a part of the inner peripheral surface 6a in the circumferential direction is brought into flat contact with each other.
  • the non-circular fitting for example, fitting between an outer peripheral surface and an inner peripheral surface each having a polygonal cross-sectional shape, serration fitting, and the like can be adopted.
  • Other configurations and effects are the same as in the second example.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the torque measuring device 1d of this example as viewed from the other side in the axial direction, omitting the rotation axis.
  • the rotation prevention structure for preventing the magnetic strain sensor 4c from rotating with respect to the case 2d is a convex portion 38 protruding outward in the radial direction from a part of the circumferential direction of the magnetic strain sensor 4c. Is configured by engaging with a part of the case 2d.
  • the convex portion 38 provided on a part of the magnetic strain sensor 4c in the circumferential direction and projecting radially outward from the outer peripheral surface of the outer ring 21 is provided at one location in the circumferential direction of the inner peripheral surface 6 of the case 2d.
  • the rotation prevention structure is configured by engaging with the groove 19b extending in the axial direction provided in the above.
  • Other configurations and operations are the same as in the second example.
  • the rolling bearing 20b that rotatably supports the rotating shaft 3 with respect to the case 2b is a needle bearing, and has an outer ring 21b and a plurality of needles 39, each of which is a rolling element. Be prepared.
  • the outer ring 21b has an outer ring track 24a formed of a cylindrical surface on the inner peripheral surface of the intermediate portion in the axial direction.
  • the plurality of needles 39 are rotatably arranged between the outer ring track 24a and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 constituting the rotation shaft 3 while being held by the cage 30a.
  • the magnetostrictive sensor 4d has a support ring 31a supported and fixed to one end of the outer ring 21b in the axial direction, and a magnetic detection element 40 such as a Hall element which is a detection unit held and fixed to the support ring 31a. And.
  • the support ring 31a is made of metal and has an annular shape as a whole.
  • the support ring 31a is coupled to the fitting cylinder portion 32a that is internally fitted to the end portion of the outer ring 21b on one side in the axial direction by tightening, and the end portion of the fitting cylinder portion 32a on one side in the axial direction.
  • It is provided with an annular support portion 44 in which the side surface on the other side in the direction is brought into contact with the side surface on the one side in the axial direction of the outer ring 21b.
  • the support portion 44 has a recess 45 that opens only inward in the radial direction and is connected over the entire circumference.
  • the magnetic detection element 40 is held and fixed at one position in the circumferential direction in the recess 45 of the support ring 31a. In this state, the magnetic detection element 40 is arranged close to the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 which is the magnetostrictive effect portion of the rotating shaft 3.
  • the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 is magnetized, that is, magnetized in the circumferential direction.
  • the magnetic permeability of the intermediate shaft portion 8 changes based on the inverse magnetostrictive effect. Specifically, a tensile stress in the 45 ° direction with respect to the axial direction and a compressive stress in the ⁇ 45 ° direction with respect to the axial direction act on the intermediate shaft portion 8. Along with this, the magnetic permeability in each direction of the intermediate shaft portion 8 changes due to the inverse magnetostrictive effect. In this example, due to such a change in magnetic permeability, the magnetization of the intermediate shaft portion 8 is tilted from the circumferential direction to the axial direction.
  • the torque measuring device 1f of this example allows the rotation of the rotation shaft 3 with respect to the case 2b in a predetermined direction in addition to the case 2b, the rotation shaft 3 and the magnetic strain sensor 4d, and the rotation shaft 3 with respect to the case 2b is described above.
  • a one-way clutch 41 is provided to prevent rotation in a direction opposite to a predetermined direction.
  • the rotating shaft 3 is arranged coaxially with the inner peripheral surface 6 of the case 2b, and is rotatably supported with respect to the case 2b by a rolling bearing (not shown).
  • the one-way clutch 41 is configured to include an outer ring 42 arranged around the rotating shaft 3 and internally fitted in the case 2b.
  • the magnetostrictive sensor 4d is supported by the case 2b via the outer ring 42.
  • the anti-rotation structure that prevents the magnetostrictive sensor 4d from rotating with respect to the case 2b is such that the convex portion 26 protruding from a part of the outer ring 42 in the circumferential direction toward the outside in the radial direction is one of the cases 2b. It is configured by engaging with a portion.
  • the one-way clutch 41 includes an outer ring 42, a plurality of engaging elements 43, and a cage and an urging spring (not shown).
  • the outer ring 42 is internally fitted to the inner peripheral surface 6 of the case 2b by tightening.
  • Each of the plurality of engaging elements 43 is composed of a sprag.
  • the plurality of engaging elements 43 are arranged between the inner peripheral surface of the axial intermediate portion of the outer ring 42 and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3, each of which is a cylindrical surface.
  • the cage holds a plurality of engagers 43.
  • each of the engaging elements 43 is engaged with the inner peripheral surface of the axial intermediate portion of the outer ring 42 and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8. Press elastically.
  • each of the engaging elements can also be configured by a roller.
  • the inner peripheral surface of the axially intermediate portion of the outer ring is composed of a cam surface which is an uneven surface in the circumferential direction.
  • the plurality of engaging elements 43, the inner peripheral surface of the axial intermediate portion of the outer ring 42, and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 are used.
  • the engagement is disengaged and the rotation of the rotating shaft 3 with respect to the case 2b is allowed.
  • the outer peripheral surface of the shaft portion 8 engages with the rotation of the rotating shaft 3 with respect to the case 2b.
  • the outer ring 42 has a convex portion 26 protruding outward in the radial direction from the outer peripheral surface. Therefore, the radial inner portion of the metal pin 28 is press-fitted into the recess 27 provided at one position in the circumferential direction of the end portion on the other side in the axial direction of the outer peripheral surface of the outer ring 42. The radial outer portion of the pin 28 constitutes the convex portion 26.
  • the convex portion 26 is provided with a groove extending in the axial direction at one location in the circumferential direction of the inner peripheral surface 6 of the case 2b.
  • the magnetostrictive sensor 4d is integrated with the one-way clutch 41 by being attached to the outer ring 42 of the one-way clutch 41.
  • the magnetostrictive sensor 4d includes a support ring 31a that is supported and fixed to one end of the outer ring 42 in the axial direction, and a magnetic detection element 40 such as a Hall element that is a detection unit that is held and fixed to the support ring 31a.
  • the support ring 31a is made of metal and has an annular shape as a whole.
  • the support ring 31a is coupled to the fitting cylinder portion 32a that is internally fitted to the end portion of the outer ring 42 on one side in the axial direction by tightening, and the end portion of the fitting cylinder portion 32a on one side in the axial direction.
  • It is provided with an annular support portion 44 in which the side surface on the other side in the direction is brought into contact with the side surface on the one side in the axial direction of the outer ring 42.
  • the support portion 44 has a recess 45 that opens only inward in the radial direction and is connected over the entire circumference.
  • the magnetic detection element 40 is held and fixed at one position in the circumferential direction in the recess 45 of the support ring 31a. In this state, the magnetic detection element 40 is arranged close to the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 which is the magnetostrictive effect portion of the rotating shaft 3. Further, the intermediate shaft portion 8 of the rotating shaft 3 is magnetized, that is, magnetized in the circumferential direction.
  • the magnetostrictive sensor 4d is integrated with the one-way clutch 41. Therefore, the torque measuring device 1f can be easily assembled, and the magnetostrictive sensor 4d can be arranged in a small space.
  • the magnetostrictive sensor 4d is supported by the case 2b via an outer ring 42 fitted inside the case 2b. Therefore, it is possible to appropriately manage the gap which is the facing distance between the magnetic detection element 40 which is the detection unit and the outer peripheral surface of the intermediate shaft portion 8 which is the magnetostrictive effect unit. From this aspect, it becomes easy to secure the torque measurement accuracy.
  • the rotation prevention structure formed by engaging the convex portion 26 and the groove 19a prevents both the rotation of the outer ring 42 with respect to the case 2b and the rotation of the magnetostrictive sensor 4d with respect to the case 2b. To. Therefore, it is possible to avoid the inconvenience that the harness (not shown) connected to the magnetostrictive sensor 4d is pulled by the rotation of the outer ring 42 with respect to the case 2b, that is, creep.
  • Other configurations and effects are the same as in the first example.
  • the outer ring 42a constituting the one-way clutch 41a has a cylindrical support portion 46 having a smaller outer diameter than a portion adjacent to the other side in the axial direction at an end portion on one side in the axial direction. Be prepared.
  • the outer diameter of the support portion may be equal to the outer diameter of the portion adjacent to the other side in the axial direction.
  • the magnetostrictive sensor 4e provided with the magnetic detection element 40 which is a detection unit, is supported on the radial inner surface of the support portion 46.
  • Other configurations and effects are the same as in the sixth example.

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Abstract

【課題】ケースに支持された磁歪センサが、該ケースに対して回転することを防止できる構造のトルク測定装置を提供する。 【解決手段】トルク測定装置１は、使用時にも回転しないケース２と、ケース２に対して回転可能に支持され、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部８を有する回転軸３と、磁歪効果部８に近接配置され、磁歪効果部８の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出部１０を有し、かつ、ケース２に支持された磁歪センサ４とを備え、および、ケース２に対して磁歪センサ４が回転することを防止する回転防止構造を有する。

Description

トルク測定装置
　本発明は、回転軸が伝達しているトルクを測定するトルク測定装置に関する。
　近年、自動車の分野では、パワートレインすなわち動力伝達機構を構成する回転軸により伝達しているトルクを測定し、その測定結果を利用して、動力源であるエンジンや電動モータの出力制御や、変速機の変速制御を実行するシステムの開発が進んでいる。
　従来、回転軸が伝達しているトルクを測定するための手段として、磁歪式のトルク測定装置が知られている。磁歪式のトルク測定装置では、たとえば特開昭５９－６１７３０号公報に記載されているように、回転軸の外周面に磁歪材が固定され、かつ、磁歪材の近傍に磁歪材の透磁率の変化を検出するための磁歪センサが配置される。回転軸にトルクが加わり、磁歪材に弾性的な捩れ変形が生じると、逆磁歪効果に基づいて磁歪材に透磁率の変化が生じる。これにより、磁歪センサの出力信号が、磁歪材の透磁率の変化に対応して変化するため、回転軸が伝達しているトルクを測定することが可能となる。
特開昭５９－６１７３０号公報
　従来の磁歪式のトルク測定装置では、磁歪材の近傍に配置された磁歪センサが、該磁歪センサを支持するケースに対して回転すると、測定されるトルクに誤差が生じる可能性がある。
　本発明は、ケースに支持された磁歪センサが、該ケースに対して回転することを防止できる構造のトルク測定装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様のトルク測定装置は、使用時にも回転しないケースと、該ケースに対して回転可能に支持され、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部を有する回転軸と、前記磁歪効果部に近接配置され、前記磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出部を有し、かつ、前記ケースに支持された磁歪センサとを備える。
　特に、本発明の一態様のトルク測定装置は、前記ケースに対して前記磁歪センサが回転することを防止する回転防止構造を有する。
　本発明の一態様のトルク測定装置は、前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記ケースに内嵌される外輪をさらに備える。そして、前記磁歪センサは、前記外輪を介して前記ケースに支持されている。
　この場合、前記外輪を含んで構成され、かつ、前記ケースに対して前記回転軸を回転自在に支持する、転がり軸受を備える構成を採用することができる。
　代替的に、前記外輪を含んで構成され、前記ケースに対する前記回転軸の所定方向の回転を許容し、かつ、前記ケースに対する前記回転軸の前記所定方向と反対方向の回転を阻止する、一方向クラッチを備える構成を採用することができる。
　本発明の一態様のトルク測定装置では、前記回転防止構造は、前記磁歪センサの円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部を、前記ケースの一部に係合させることにより構成される。
　この場合、本発明の一態様のトルク測定装置では、前記ケースの一部は、前記ケースの内周面に備えられ、軸方向に伸長する溝であり、前記凸部の軸方向側面に、ハーネスの端部が接続され、かつ、該ハーネスの一部が前記溝の内側に配置されている。
　本発明の一態様のトルク測定装置では、前記回転防止構造は、前記外輪の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部を、前記ケースの一部に係合させることにより構成される。
　本発明の一態様のトルク測定装置では、前記回転防止構造は、前記外輪の外周面を、前記ケースの内周面に非円形嵌合させることにより構成される。
　本発明の一態様によれば、ケースに支持された磁歪センサが、該ケースに対して回転することを防止できる構造のトルク測定装置が提供される。
図１は、本発明の実施の形態の第１例のトルク測定装置を、回転軸を省略して示す斜視図である。 図２は、第１例のトルク測定装置を示す断面図である。 図３は、第１例のトルク測定装置を軸方向一方側から見た図である。 図４は、本発明に関連する参考例の１例を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の第２例のトルク測定装置を、ケースを省略して示す斜視図である。 図６は、第２例のトルク測定装置を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態の第３例のトルク測定装置を、回転軸を省略して、軸方向他方側から見た部分断面図である。 図８は、本発明の実施の形態の第４例のトルク測定装置を、回転軸を省略して、軸方向他方側から見た断面図である。 図９は、本発明の実施の形態の第５例のトルク測定装置の断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態の第６例のトルク測定装置の断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態の第７例のトルク測定装置の断面図である。
［第１例］
　本発明の実施の形態の第１例のトルク測定装置について、図１～図３を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１は、回転軸３により伝達しているトルクを測定する装置であり、各種の機械装置に組み込んで用いることができる。本例のトルク測定装置１が組み込まれる機械装置の具体例としては、自動車のパワートレインを構成する機械装置、たとえば、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、および、トランスファー、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）などが挙げられる。なお、対象となる車両の駆動方式、すなわち、ＦＦ、ＦＲ、ＭＲ、ＲＲ、４ＷＤなどの方式は、特に問われない。本例のトルク測定装置１が組み込まれる機械装置の具体例として、風車、鉄道車両、鉄鋼の圧延機などを構成する、減速機や増速機なども挙げられる。
　本例のトルク測定装置１は、ケース２と、回転軸３と、磁歪センサ４とを備える。また、トルク測定装置１は、ケース２に対して磁歪センサ４が回転することを防止する回転防止構造を有する。本例では、回転防止構造は、磁歪センサ４の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部１８を、ケース２の一部に係合させることにより構成される。
　特に断らない限り、トルク測定装置１に関して、軸方向は、回転軸３の軸方向、すなわち、図２における左右方向である。また、軸方向一方側は、図２における右側であり、軸方向他方側は、図２における左側である。
　ケース２は、使用時にも回転しない。ケース２は、軸方向に伸長する円筒面により構成された、内周面６を有する。また、ケース２は、内周面６の円周方向１箇所に、軸方向全長にわたり、軸方向に伸長する溝１９を有する。図示の例では、溝１９は、軸方向から見て矩形の端面形状を有する。
　回転軸３は、ケース２に対して回転可能に支持され、使用時にトルクを伝達し、かつ、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部を有する。
　回転軸３は、ケース２の内周面６により画成される中心孔を挿通し、かつ、内周面６と同軸に配置されている。この状態で、回転軸３は、図示しない転がり軸受により、ケース２に対して回転可能に支持されている。回転軸３の軸方向中間部を構成する、図２に示された中間軸部８の外周面は、円筒面により構成されている。
　本例では、回転軸３を磁性金属により構成することにより、回転軸３の中間軸部８を磁歪効果部として機能させている。回転軸３を構成する磁性金属としては、たとえば、ＪＩＳに規定されている、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼、Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼といった、各種磁性鋼を用いることができる。
　回転軸３にトルクが加わり、中間軸部８に捩れ変形が生じると、中間軸部８にトルクに応じた応力、すなわち、軸方向に対して４５゜方向の引っ張り応力、および、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力が作用する。これに伴い、逆磁歪効果によって、中間軸部８の各方向の透磁率が変化する。
　本発明を実施する場合に、中間軸部８の外周面のうち、磁歪センサ４の検出部であるコイル１０を対向させる部分に、ショットピーニング処理を施すことによって圧縮加工硬化層を形成し、該部分の機械的特性および磁気的特性を改善することもできる。このようにすれば、磁歪センサ４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。
　本発明を実施する場合に、中間軸部８自体を磁歪効果部として機能させずに、中間軸部８の外周面に、磁歪効果部として機能する、中間軸部８とは別体の磁歪材を固定することもできる。たとえば、円環状に構成された磁歪材を中間軸部８に外嵌固定したり、めっきなどの被膜やフィルム状の磁歪材を中間軸部８の外周面に固定したりすることができる。
　磁歪センサ４は、回転軸３の前記磁歪効果部に近接配置された検出部を有し、ケース２に支持されている。前記検出部は、前記磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる。
　磁歪センサ４は、ホルダ９と、検出部であるコイル１０と、バックヨーク１１とを備える。
　ホルダ９は、合成樹脂により全体を一体に構成されており、本体１２と、凸部１８とを有する。本体１２は、円筒状に構成されている。凸部１８は、本体１２の円周方向１箇所から径方向外側に向けて突出している。本例では、凸部１８は、本体１２の軸方向の全長にわたり備えられている。ただし、本発明を実施する場合に、凸部は、本体の円周方向１箇所の軸方向一部分にのみ存在させることもできる。図示の例では、凸部１８は、軸方向から見て矩形の端面形状を有する。本例では、磁歪センサ４のコイル１０の電圧信号を取り出すためのハーネス１６の端部は、凸部１８の軸方向側面、具体的には、凸部１８の軸方向一方側の側面に接続されている。
　コイル１０は、全体を円筒状に構成されている。コイル１０は、ホルダ９の本体１２に包埋され、かつ、本体１２と同軸に配置されている。使用時には、コイル１０に交流電圧を印加することで、コイル１０の周囲に交流磁場を発生させる。
　バックヨーク１１は、コイル１０により発生する磁束の磁路となる部材であって、軟鋼などの磁性材により、全体を円筒状に構成されている。バックヨーク１１は、コイル１０に外嵌するように配置され、かつ、ホルダ９の本体１２に包埋されている。
　磁歪センサ４は、ケース２の内周面６に内嵌保持されている。具体的には、この状態で、ホルダ９の本体１２が、ケース２の内周面６の軸方向他方側部に径方向のがたつきなく内嵌されている。また、ホルダ９の凸部１８が、ケース２の溝１９の軸方向他方側部と係合している。すなわち、本例では、凸部１８とケース２の一部である溝１９とが係合することによって、前記回転防止構造が構成されている。これにより、ケース２に対して磁歪センサ４が回転方向に位置決めされ、かつ、ケース２に対して磁歪センサ４が回転することを防止される。
　本例では、図１および図３に示すように、溝１９の円周方向幅寸法が、凸部１８の円周方向幅寸法よりも少しだけ大きくなっており、溝１９の内面を構成する円周方向両側の内側面と、凸部１８の円周方向両側の側面との間に、円周方向の隙間が存在している。したがって、本例では、このような円周方向の隙間の存在に基づいて、溝１９の内側に凸部１８を軸方向に挿入する作業を行いやすい。ただし、本発明を実施する場合、ケース２ａに対する磁歪センサ４ａの円周方向のがたつきを抑える面からは、このような円周方向の隙間を十分に小さくするか、または、なくすことが好ましい。
　本例では、磁歪センサ４がケース２の内周面６に内嵌保持された状態で、検出部であるコイル１０は、回転軸３の磁歪効果部である中間軸部８に対し、全周にわたり、径方向に対向するように近接配置されている。また、ハーネス１６の一部が、溝１９の内側、具体的には、溝１９の軸方向一方側部の内側に配置されている。
　回転軸３にトルクが加わることで中間軸部８に捩れ変形が生じ、中間軸部８の各方向の透磁率がそれぞれ変化すると、磁歪センサ４を構成するコイル１０の内側を通過する磁束が変化することにより、コイル１０のインダクタンスが変化することに基づいて、コイル１０の電圧が変化する。このため、コイル１０の電圧を利用して、回転軸３が伝達しているトルクを測定できる。
　本発明を実施する場合、磁歪センサの検出部として、コイルのほか、ホール素子などの磁気検出素子を用いることもできる。
　本例では、ケース２に支持された磁歪センサ４が、ケース２に対して回転することを防止できるトルク測定装置１が提供される。すなわち、磁歪センサ４の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部１８を、ケース２の一部である溝１９に係合させることにより、ケース２に対して磁歪センサ４が回転方向に位置決めされ、かつ、ケース２に対する磁歪センサ４の回転が防止される。したがって、回転軸３の中間軸部８に対する磁歪センサ４のコイル１０の回転方向に関する位置を適切に規制することができる。この面から、トルクの測定誤差を小さく抑えることができる。
　本例では、ケース２に支持された磁歪センサ４が、ケース２に対して回転することを防止する構造を、磁歪センサ４の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部１８を、ケース２の一部である溝１９に係合させるだけの簡易な構成で実現することができる。
　本例では、ホルダ９の本体１２がケース２の内周面６に径方向のがたつきなく内嵌することにより、ケース２に対して磁歪センサ４が径方向に位置決めされている。したがって、回転軸３の中間軸部８に対する磁歪センサ４のコイル１０の径方向に関する位置を適切に規制することができる。換言すれば、中間軸部８の外周面とコイル１０との対向距離であるギャップを適切に管理することができる。この面からも、トルクの測定誤差を小さく抑えることができる。
　本例では、ハーネス１６の一部を、溝１９の内側に配置している。このため、ハーネス１６の一部を配置するための経路を、ケース２に対して別途形成する場合に比べて、ケース２の構造を簡略化できる。
［参考例の第１例］
　図４は、本発明に関連する参考例の第１例を示している。
　本参考例のトルク測定装置１Ａでは、磁歪センサ４Ａの軸方向側面に、ハーネス１６の端部が接続されている。
　具体的には、磁歪センサ４Ａを構成するホルダ９Ａは、コイル１０およびバックヨーク１１を包埋した円筒状の本体１２と、本体１２の軸方向一方側の側面の円周方向１箇所から軸方向一方側に向けて突出した端子部１４Ａとを備える。ハーネス１６の端部は、磁歪センサ４Ａの軸方向側面である、端子部１４Ａの軸方向一方側の端面である先端面に接続されている。
　磁歪センサ４Ａを構成するホルダ９Ａの本体１２は、ケース２Ａの内周面６に径方向のがたつきなく内嵌されている。
　本参考例では、磁歪センサ４Ａの軸方向側面に、磁歪センサ４Ａのコイル１０の電圧信号を取り出すためのハーネス１６の端部を接続している。このため、ケース２Ａに、端子部１４Ａやハーネス１６の一部を配置するための凹部などを形成する必要がない。したがって、ケース２Ａの構造を簡素化できる。また、ケース２Ａに対する磁歪センサ４Ａの取り付けを容易に行うことができる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。
［第２例］
　本発明の実施の形態の第２例について、図５および図６を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｂは、ケース２ｂと、回転軸３と、磁歪センサ４ｂとに加え、ケース２ｂに対して回転軸３を回転自在に支持する転がり軸受２０を備える。
　転がり軸受２０は、回転軸３の周囲に配置され、かつ、ケース２ｂに内嵌される外輪２１を含んで構成される。磁歪センサ４ｂは、外輪２１を介してケース２ｂに支持されている。本発明を実施する場合、転がり軸受は、玉軸受、ころ軸受、円すいころ軸受などの各種形式の転がり軸受を採用できる。
　本例では、ケース２ｂに対して磁歪センサ４ｂが回転することを防止する回転防止構造は、外輪２１の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部２６を、ケース２ｂの一部に係合させることにより構成される。
　より具体的には、本例では、転がり軸受２０は、深溝型の玉軸受であり、外輪２１と、内輪２２と、それぞれが転動体である複数個の玉２３とを備える。
　外輪２１は、内周面に深溝型の外輪軌道２４を有する。外輪２１は、外周面の軸方向一方側の端部に、軸方向他方側に隣接する部分よりも外径が小さい小径部２５を有する。外輪２１は、外周面から径方向外側に向けて突出する凸部２６を有する。このために、本例では、外輪２１の外周面の軸方向他方側の端部の円周方向１箇所に備えられた凹部２７に、金属製のピン２８の径方向内側部が圧入されている。そして、ピン２８の径方向外側部により、凸部２６が構成されている。
　外輪２１は、ケース２ｂの内周面６にルーズフィットで内嵌されている。この状態で、凸部２６は、ケース２ｂの内周面６の円周方向１箇所に備えられた、軸方向に伸長する溝１９ａに係合している。すなわち、本例では、凸部２６とケース２ｂの一部である溝１９ａとが係合することによって、前記回転防止構造が構成されている。なお、ケースに、転がり軸受の径方向に貫通する通孔を形成し、該通孔を挿通したピンの先端部を、外輪に形成した凹部に係合させることで、回転防止構造を構成することもできる。この場合、ケースに対する磁歪センサおよび外輪の回転防止に加え、軸方向の位置決めも図ることができる。
　内輪２２は、外周面に深溝型の内輪軌道２９を有する。内輪２２は、回転軸３の中間軸部８に締り嵌めで外嵌されている。
　複数個の玉２３は、外輪軌道２４と内輪軌道２９との間に、保持器３０により保持された状態で転動自在に配置されている。なお、図６では、保持器３０の図示が省略されている。
　本例では、磁歪センサ４ｂは、転がり軸受２０の外輪２１に取り付けられることで、転がり軸受２０と一体化されている。磁歪センサ４ｂは、支持環３１と、ホルダ９ｂと、コイル１０と、バックヨーク１１とを備える。
　支持環３１は、金属板製で、全体を円環状に構成されている。支持環３１は、円筒状の嵌合筒部３２と、嵌合筒部３２の軸方向一方側の端部から径方向内側に向けて直角に折れ曲がった中空円板状の側板部３３と、側板部３３の径方向内側の端部から軸方向一方側に向けて直角に折れ曲がった円筒状の支持筒部３４とを備える。嵌合筒部３２は、外輪２１の小径部２５に外嵌固定されている。側板部３３の径方向外側部の軸方向他方側の側面は、外輪２１の軸方向一方側の側面に当接している。
　ホルダ９ｂは、コイル１０およびバックヨーク１１を包埋し、かつ、支持環３１の支持筒部３４に内嵌固定された、円筒状の本体１２ｂと、本体１２ｂの円周方向１箇所から軸方向一方側および径方向外側に突出した、端子部１４ａとを備える。
　検出部であるコイル１０は、回転軸３の磁歪効果部である中間軸部８に対し、全周にわたり、径方向に対向するように近接配置されている。ハーネス１６の端部は、端子部１４ａの径方向外側の端面である先端面に接続されている。
　本例の構造では、磁歪センサ４ｂが転がり軸受２０と一体化されている。このため、トルク測定装置１ｂの組み立てを容易に行うことができ、かつ、少ないスペースで磁歪センサ４ｂを配置することができる。
　磁歪センサ４ｂは、ケース２ｂに内嵌される外輪２１を介して、ケース２ｂに支持されている。このため、検出部であるコイル１０と磁歪効果部である中間軸部８の外周面との対向距離であるギャップを適切に管理することができる。この面から、トルクの測定精度を確保しやすくなる。
　本例の構造では、凸部２６と溝１９ａとが係合することによって構成された回転防止構造により、ケース２ｂに対する外輪２１の回転およびケース２ｂに対する磁歪センサ４ｂの回転の両方が防止される。このため、ケース２ｂに対する外輪２１の回転、すなわちクリープによって、ハーネス１６が引っ張られるといった不都合が生じることを回避できる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。
［第３例］
　本発明の実施の形態の第３例について、図７を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｃでは、第２例のトルク測定装置１ｂと同様に、全体を円環状に構成された磁歪センサが、転がり軸受２０ａを構成する外輪２１ａの軸方向一方側の端部に取り付けられている。図７は、本例のトルク測定装置１ｃを、回転軸を省略して、軸方向他方側から見た部分断面図である。
　本例のトルク測定装置１ｃでは、ケース２ｃに対して磁歪センサが回転することを防止する回転防止構造は、外輪２１ａの外周面３５を、ケース２ｃの内周面６ａに非円形嵌合させることにより構成される。
　このため、外輪２１ａの外周面３５とケース２ｃの内周面６ａとを嵌合させた状態で、外輪２１ａの外周面３５の円周方向一部に備えられた平面部３６と、ケース２ｃの内周面６ａの円周方向一部に備えられた平面部３７とを、互いに平面接触させている。本発明を実施する場合に、前記非円形嵌合として、たとえば、それぞれが多角形の断面形状を有する外周面と内周面との嵌合、セレーション嵌合なども採用することもできる。その他の構成および作用効果は、第２例と同様である。
［第４例］
　本発明の実施の形態の第４例について、図８を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｄでは、第２例のトルク測定装置１ｂと同様に、全体を円環状に構成された磁歪センサ４ｃが、転がり軸受２０を構成する外輪２１の軸方向一方側の端部に取り付けられている。図８は、本例のトルク測定装置１ｄを、回転軸を省略して、軸方向他方側から見た部分断面図である。
　本例のトルク測定装置１ｄでは、ケース２ｄに対して磁歪センサ４ｃが回転することを防止する回転防止構造は、磁歪センサ４ｃの円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部３８を、ケース２ｄの一部に係合させることにより構成される。
　具体的には、磁歪センサ４ｃの円周方向一部に備えられた、外輪２１の外周面よりも径方向外側に突出する凸部３８を、ケース２ｄの内周面６の円周方向１箇所に備えられた、軸方向に伸長する溝１９ｂに係合させることで、前記回転防止構造を構成している。その他の構成および作用は、第２例と同様である。
［第５例］
　本発明の実施の形態の第５例について、図９を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｅでは、ケース２ｂに対して回転軸３を回転自在に支持する転がり軸受２０ｂは、ニードル軸受であり、外輪２１ｂと、それぞれが転動体である複数個のニードル３９とを備える。外輪２１ｂは、軸方向中間部内周面に、円筒面により構成された外輪軌道２４ａを有する。複数個のニードル３９は、外輪軌道２４ａと、回転軸３を構成する中間軸部８の外周面との間に、保持器３０ａにより保持された状態で転動自在に配置されている。
　本例では、磁歪センサ４ｄは、外輪２１ｂの軸方向一方側の端部に支持固定された支持環３１ａと、支持環３１ａに保持固定された、検出部であるホール素子などの磁気検出素子４０とを備える。
　支持環３１ａは、金属製であり、全体を円環状に構成されている。支持環３１ａは、外輪２１ｂの軸方向一方側の端部に締り嵌めで内嵌された嵌合筒部３２ａと、嵌合筒部３２ａの軸方向一方側の端部に結合され、かつ、軸方向他方側の側面を、外輪２１ｂの軸方向一方側の側面に当接させた、円環状の支持部４４とを備える。支持部４４は、径方向内側にのみ開口し、かつ、全周にわたりつながった凹部４５を有する。
　磁気検出素子４０は、支持環３１ａの凹部４５内の円周方向１箇所に保持固定されている。この状態で、磁気検出素子４０は、回転軸３の磁歪効果部である中間軸部８の外周面に近接配置されている。
　回転軸３の中間軸部８は、周方向に着磁すなわち磁化されている。
　本例の構造においても、回転軸３にトルクが加わり、中間軸部８に捩れ変形が生じると、逆磁歪効果に基づいて、中間軸部８の透磁率が変化する。具体的には、中間軸部８に、軸方向に対して４５ ゜方向の引っ張り応力、および、軸方向に対して－４５゜方向の圧縮応力が作用する。これに伴い、逆磁歪効果によって、中間軸部８の各方向の透磁率が変化する。本例では、このような透磁率の変化によって、中間軸部８の磁化が、周方向から軸方向に倒される。この結果、中間軸部８の外部に漏れ磁束が発生し、この漏れ磁束が磁気検出素子４０を通過することによって、磁気検出素子４０の電圧が変化する。したがって、磁気検出素子４０の電圧を利用して、回転軸３により伝達しているトルクを測定できる。その他の構成及び作用効果は、第２例と同様である。
［第６例］
　本発明の実施の形態の第６例について、図１０を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｆは、ケース２ｂと、回転軸３と、磁歪センサ４ｄとに加え、ケース２ｂに対する回転軸３の所定方向の回転を許容し、かつ、ケース２ｂに対する回転軸３の前記所定方向と反対方向の回転を阻止する、一方向クラッチ４１を備える。本例の構造でも、回転軸３は、ケース２ｂの内周面６と同軸に配置され、かつ、図示しない転がり軸受により、ケース２ｂに対して回転可能に支持されている。
　一方向クラッチ４１は、回転軸３の周囲に配置され、かつ、ケース２ｂに内嵌される外輪４２を含んで構成される。磁歪センサ４ｄは、外輪４２を介してケース２ｂに支持されている。本例では、ケース２ｂに対して磁歪センサ４ｄが回転することを防止する回転防止構造は、外輪４２の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部２６を、ケース２ｂの一部に係合させることにより構成される。
　より具体的には、本例では、一方向クラッチ４１は、外輪４２と、複数個の係合子４３と、図示しない保持器および付勢ばねとを備える。外輪４２は、ケース２ｂの内周面６に締り嵌めで内嵌される。複数個の係合子４３は、それぞれがスプラグにより構成されている。複数個の係合子４３は、それぞれが円筒面である、外輪４２の軸方向中間部の内周面と回転軸３の中間軸部８の外周面との間に配置される。前記保持器は、複数個の係合子４３を保持する。前記付勢ばねは、前記保持器に係止され、かつ、係合子４３のそれぞれを、外輪４２の軸方向中間部の内周面と中間軸部８の外周面とに対し係合する方向に弾性的に押圧する。なお、係合子のそれぞれを、ローラにより構成することもできる。係合子のそれぞれをローラにより構成する場合には、外輪の軸方向中間部の内周面を、円周方向に関する凹凸面であるカム面により構成する。
　ケース２ｂに対して回転軸３が所定方向に回転する傾向となる場合には、複数個の係合子４３と、外輪４２の軸方向中間部の内周面および中間軸部８の外周面との係合が解除され、ケース２ｂに対する回転軸３の回転が許容される。これに対し、ケース２ｂに対して回転軸３が前記所定方向と反対方向に回転する傾向となる場合には、複数個の係合子４３と、外輪４２の軸方向中間部の内周面および中間軸部８の外周面とが係合し、ケース２ｂに対する回転軸３の回転が阻止される。
　本例では、外輪４２は、外周面から径方向外側に向けて突出する凸部２６を有する。このため、外輪４２の外周面の軸方向他方側の端部の円周方向１箇所に備えられた凹部２７に、金属製のピン２８の径方向内側部が圧入されている。ピン２８の径方向外側部が、凸部２６を構成している。
　外輪４２がケース２ｂの内周面６に締り嵌めで内嵌された状態で、凸部２６は、ケース２ｂの内周面６の円周方向１箇所に備えられた、軸方向に伸長する溝１９ａに係合している。すなわち、本例では、凸部２６とケース２ｂの一部である溝１９ａとが係合することによって、前記回転防止構造が構成されている。
　本例では、磁歪センサ４ｄは、一方向クラッチ４１の外輪４２に取り付けられることで、一方向クラッチ４１と一体化されている。磁歪センサ４ｄは、外輪４２の軸方向一方側の端部に支持固定された支持環３１ａと、支持環３１ａに保持固定された、検出部であるホール素子などの磁気検出素子４０とを備える。
　支持環３１ａは、金属製であり、全体を円環状に構成されている。支持環３１ａは、外輪４２の軸方向一方側の端部に締り嵌めで内嵌された嵌合筒部３２ａと、嵌合筒部３２ａの軸方向一方側の端部に結合され、かつ、軸方向他方側の側面を、外輪４２の軸方向一方側の側面に当接させた、円環状の支持部４４とを備える。支持部４４は、径方向内側にのみ開口し、かつ、全周にわたりつながった凹部４５を有する。
　磁気検出素子４０は、支持環３１ａの凹部４５内の円周方向１箇所に保持固定されている。この状態で、磁気検出素子４０は、回転軸３の磁歪効果部である中間軸部８の外周面に近接配置されている。また、回転軸３の中間軸部８は、周方向に着磁、すなわち磁化されている。
　本例の構造では、磁歪センサ４ｄが一方向クラッチ４１と一体化されている。このため、トルク測定装置１ｆの組み立てを容易に行うことができ、かつ、少ないスペースで磁歪センサ４ｄを配置することができる。
　磁歪センサ４ｄは、ケース２ｂに内嵌される外輪４２を介して、ケース２ｂに支持されている。このため、検出部である磁気検出素子４０と磁歪効果部である中間軸部８の外周面との対向距離であるギャップを適切に管理することができる。この面から、トルクの測定精度を確保しやすくなる。
　本例の構造では、凸部２６と溝１９ａとが係合することによって構成された回転防止構造により、ケース２ｂに対する外輪４２の回転、および、ケース２ｂに対する磁歪センサ４ｄの回転の両方が防止される。このため、ケース２ｂに対する外輪４２の回転、すなわちクリープによって、磁歪センサ４ｄに接続された図示しないハーネスが引っ張られるといった不都合が生じることを回避できる。その他の構成および作用効果は、第１例と同様である。
［第７例］
　本発明の実施の形態の第７例について、図１１を用いて説明する。
　本例のトルク測定装置１ｇでは、一方向クラッチ４１ａを構成する外輪４２ａは、軸方向一方側の端部に、軸方向他方側に隣接する部分よりも外径が小さい円筒状の支持部４６を備える。本発明を実施する場合、支持部の外径は、軸方向他方側に隣接する部分の外径と等しくすることもできる。
　本例では、検出部である磁気検出素子４０を備えた磁歪センサ４ｅは、支持部４６の径方向内側面に支持されている。その他の構成および作用効果は、第６例と同様である。
　上述した各実施の形態および参考例の構造は、矛盾が生じない範囲で、適宜組み合わせて実施することができる。
　１、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１Ａ　トルク測定装置
　２、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２Ａ　ケース
　３　回転軸
　４、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４Ａ　磁歪センサ
　６、６ａ　内周面
　８　中間軸部
　９、９ｂ、９Ａ　ホルダ
　１０　コイル
　１１　バックヨーク
　１２、１２ｂ　本体
　１４ａ、１４Ａ　端子部
　１６　ハーネス
　１８　凸部
　１９、１９ａ、１９ｂ　溝
　２０、２０ａ、２０ｂ　転がり軸受
　２１、２１ａ、２１ｂ　外輪
　２２　内輪
　２３　玉
　２４、２４ａ　外輪軌道
　２５　小径部
　２６　凸部
　２７　凹部
　２８　ピン
　２９　内輪軌道
　３０、３０ａ　保持器
　３１、３１ａ　支持環
　３２、３２ａ　嵌合筒部
　３３　側板部
　３４　支持筒部
　３５　外周面
　３６　平面部
　３７　平面部
　３８　凸部
　３９　ニードル
　４０　磁気検出素子
　４１、４１ａ　一方向クラッチ
　４２、４２ａ　外輪
　４３　係合子
　４４　支持部
　４５　凹部
　４６　支持部

Claims (8)

  1. 　使用時にも回転しない、ケースと、
    　前記ケースに対して回転可能に支持され、伝達するトルクに応じて透磁率が変化する磁歪効果部を有する、回転軸と、
    　前記磁歪効果部に近接配置され、前記磁歪効果部の透磁率の変化に対応して電圧を変化させる検出部を有し、かつ、前記ケースに支持された、磁歪センサと、
    を備え、
    　前記ケースに対して前記磁歪センサが回転することを防止する回転防止構造を有する、
    トルク測定装置。
  2. 　前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記ケースに内嵌される外輪を備え、および、前記磁歪センサは、前記外輪を介して前記ケースに支持されている、請求項１に記載のトルク測定装置。
  3. 　前記外輪を含んで構成され、かつ、前記ケースに対して前記回転軸を回転自在に支持する、転がり軸受を備える、請求項２に記載のトルク測定装置。
  4. 　前記外輪を含んで構成され、前記ケースに対する前記回転軸の所定方向の回転を許容し、かつ、前記ケースに対する前記回転軸の前記所定方向と反対方向の回転を阻止する、一方向クラッチを備える、請求項２に記載のトルク測定装置。
  5. 　前記回転防止構造は、前記磁歪センサの円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部を、前記ケースの一部に係合させることにより構成される、請求項１に記載のトルク測定装置。
  6. 　前記ケースの一部は、前記ケースの内周面に備えられた、軸方向に伸長する溝であり、
    　前記凸部の軸方向側面に、ハーネスの端部が接続され、かつ、該ハーネスの一部が前記溝の内側に配置されている、請求項５に記載のトルク測定装置。
  7. 　前記回転防止構造は、前記外輪の円周方向一部から径方向外側に向けて突出する凸部を、前記ケースの一部に係合させることにより構成される、請求項２～４のうちのいずれかに記載のトルク測定装置。
  8. 　前記回転防止構造は、前記外輪の外周面を、前記ケースの内周面に非円形嵌合させることにより構成される、請求項２～４のうちのいずれかに記載のトルク測定装置。
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