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JP7596682B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents
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JP7596682B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

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Description

本発明は、回転体に生じる逆磁歪効果を利用して該回転体が伝達するトルクを測定する磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that uses the inverse magnetostrictive effect that occurs in a rotating body to measure the torque transmitted by the rotating body.

例えば自動車の技術分野においては、自動変速機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、当該変速機の変速制御やエンジンの出力制御を行うことが、従来から行われている。 For example, in the field of automotive technology, it has been common to measure the torque transmitted by the rotating shaft that constitutes an automatic transmission, and use the measurement results to control the gear shifting of the transmission and the output of the engine.

また、回転軸により伝達しているトルクを測定する技術として、例えば特開2017-96826号公報(特許文献1)には、当該トルクを、回転軸の周囲に配置した磁歪式トルクセンサにより測定する技術が記載されている。 As another example of a technique for measuring the torque transmitted by a rotating shaft, JP 2017-96826 A (Patent Document 1) describes a technique for measuring the torque using a magnetostrictive torque sensor arranged around the rotating shaft.

特開2017-96826号公報JP 2017-96826 A

特開2017-96826号公報に記載の磁歪式トルクセンサは、トルクの測定精度を向上させる面からは、さらなる改良の余地がある。すなわち、磁歪式トルクセンサによるトルクの測定精度を向上させるためには、磁歪式トルクセンサの検出部と、回転軸の被検出面との間隔を精度よく規制することが効果がある。これに対し、特開2017-96826号公報に記載の構造では、エンジンのクランクシャフトとトルクコンバータのケースとをトルク伝達可能に接続するドライブプレートを被検出部材とし、該ドライブプレートに、前記エンジンのシリンダブロックに支持固定された磁歪式トルクセンサの検出部を対向させている。したがって、前記磁歪式トルクセンサの検出部と、前記回転軸の被検出面との間隔を規制するためには、エンジンやトルクコンバータを構成する各部品の形状精度及び組立精度を十分に確保する必要があり、自動車の製造コストが増大する可能性がある。 The magnetostrictive torque sensor described in JP 2017-96826 A has room for further improvement in terms of improving the torque measurement accuracy. That is, in order to improve the torque measurement accuracy of the magnetostrictive torque sensor, it is effective to precisely regulate the distance between the detection unit of the magnetostrictive torque sensor and the detection surface of the rotating shaft. In contrast, in the structure described in JP 2017-96826 A, the detection member is the drive plate that connects the engine crankshaft and the torque converter case so that torque can be transmitted, and the detection unit of the magnetostrictive torque sensor supported and fixed to the cylinder block of the engine is opposed to the drive plate. Therefore, in order to regulate the distance between the detection unit of the magnetostrictive torque sensor and the detection surface of the rotating shaft, it is necessary to sufficiently ensure the shape accuracy and assembly accuracy of each part that constitutes the engine and the torque converter, which may increase the manufacturing cost of the automobile.

本発明は、上述のような事情に鑑み、トルクの測定精度を向上することができる磁歪式トルクセンサの構造を実現することを目的としている。 In view of the above, the present invention aims to realize a magnetostrictive torque sensor structure that can improve the torque measurement accuracy.

本発明の磁歪式トルクセンサは、使用時にも回転しない部分に取り付けられた状態で、磁歪特性を有する回転体の被検出面に対向して配置され、前記回転体に生じる逆磁歪効果を利用して該回転体が伝達するトルクを測定するものである。
本発明の磁歪式トルクセンサは、合成樹脂製のホルダと、該ホルダに埋め込まれた検出部とを備える。
前記検出部は、前記被検出面の周囲に全周にわたって配置されている。
前記ホルダは、前記検出部を保持する本体部と、その先端部を、前記回転体の前記被検出面に摺接又は近接対向させた、少なくとも1個の位置決め凸部を有する。
前記少なくとも1個の位置決め凸部は、前記本体部の内周面の円周方向3箇所以上から径方向内側に向けて突出するように設けられている、又は、前記本体部の内周面から全周にわたって径方向内側に向けて突出するように設けられている。
The magnetostrictive torque sensor of the present invention is attached to a part that does not rotate even when in use, and is positioned opposite the detection surface of a rotating body having magnetostrictive properties, and measures the torque transmitted by the rotating body by utilizing the inverse magnetostriction effect generated in the rotating body.
The magnetostrictive torque sensor of the present invention comprises a holder made of synthetic resin and a detection portion embedded in the holder.
The detection portion is disposed around the entire circumference of the detection surface.
The holder has a main body portion that holds the detection portion, and at least one positioning protrusion having a tip portion that is in sliding contact with or closely facing the detection surface of the rotating body.
The at least one positioning protrusion is arranged so as to protrude radially inward from three or more circumferential locations on the inner surface of the main body portion, or is arranged so as to protrude radially inward from the inner surface of the main body portion around the entire circumference.

本発明の磁歪式トルクセンサによれば、トルクの測定精度を向上させることができる。 The magnetostrictive torque sensor of the present invention can improve the torque measurement accuracy.

図1は、実施の形態の1例に係る磁歪式トルクセンサを、軸方向から見た端面図である。FIG. 1 is an end view of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention, as viewed from the axial direction. 図2は、図1のX-X断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 図3は、実施の形態の1例に係る磁歪式トルクセンサの検出部を展開した状態で示す模式図であり、(A)は第1検出コイル及び第4検出コイルを示す図であり、(B)は第2検出コイル及び第3検出コイルを示す図である。3A and 3B are schematic diagrams showing the detection unit of a magnetostrictive torque sensor according to one example of an embodiment in an expanded state, in which FIG. 3A shows the first detection coil and the fourth detection coil, and FIG. 3B shows the second detection coil and the third detection coil. 図4は、実施の形態の1例に係る磁歪式トルクセンサの測定部を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a measurement section of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention. 図5は、実施の形態の1例に係る磁歪式トルクセンサの変形例を示す、図2に相当する図である。FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2 and showing a modified example of the magnetostrictive torque sensor according to the embodiment.

本発明の実施の形態の1例について、図1~図5を用いて説明する。本例の磁歪式トルクセンサ1は、使用時にも回転しないケーシングなどの非回転部材に取り付けられ、かつ、磁歪特性を有する回転軸2の周囲に配置されて、回転軸2が伝達するトルクを測定する。すなわち、磁歪式トルクセンサ1は、検出部3を、回転軸2の外周面に備えられた被検出面4に対向させている。磁歪式トルクセンサ1は、検出部3により、逆磁歪効果に基づいて、回転軸2がトルクを伝達する際に生じる該回転軸2の透磁率の変化を検出し、回転軸2が伝達するトルクを測定する。 An example of an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 5. The magnetostrictive torque sensor 1 of this example is attached to a non-rotating member such as a casing that does not rotate even when in use, and is arranged around a rotating shaft 2 that has magnetostrictive properties to measure the torque transmitted by the rotating shaft 2. That is, the magnetostrictive torque sensor 1 has a detection unit 3 facing a detection surface 4 provided on the outer circumferential surface of the rotating shaft 2. The magnetostrictive torque sensor 1 uses the detection unit 3 to detect changes in the magnetic permeability of the rotating shaft 2 that occur when the rotating shaft 2 transmits torque, based on the inverse magnetostrictive effect, and measures the torque transmitted by the rotating shaft 2.

磁歪式トルクセンサ1は、検出部3と、ホルダ5と、測定回路6とを備える。 The magnetostrictive torque sensor 1 comprises a detection unit 3, a holder 5, and a measurement circuit 6.

検出部3は、ボビン7と、該ボビン7に巻き付けられた絶縁電線からなる複数個ずつの検出コイル8a~8dと、バックヨーク9とを備える。 The detection unit 3 includes a bobbin 7, multiple detection coils 8a to 8d each made of an insulated wire wound around the bobbin 7, and a back yoke 9.

ボビン7は、円筒形状を有し、非磁性体材料である樹脂材料により構成されている。ボビン7は、外周面に、ボビン7の軸方向に対して所定角度(図示の例では+45度)だけ傾斜した複数の第1傾斜溝10aと、ボビン7の軸方向に対して第1傾斜溝10aとは反対方向に所定角度(図示の例では-45度)だけ傾斜した複数の第2傾斜溝10bとを有する。なお、第1傾斜溝10a及び第2傾斜溝10bのそれぞれの傾斜角度は、任意に設定することができる。 The bobbin 7 has a cylindrical shape and is made of a resin material, which is a non-magnetic material. On the outer circumferential surface of the bobbin 7, there are a plurality of first inclined grooves 10a inclined at a predetermined angle (+45 degrees in the illustrated example) with respect to the axial direction of the bobbin 7, and a plurality of second inclined grooves 10b inclined at a predetermined angle (-45 degrees in the illustrated example) in the opposite direction to the first inclined grooves 10a with respect to the axial direction of the bobbin 7. The inclination angles of the first inclined grooves 10a and the second inclined grooves 10b can be set arbitrarily.

複数の検出コイル8a~8dのうち、第1検出コイル8a及び第4検出コイル8dのそれぞれは、ボビン7の第1傾斜溝10aに沿って絶縁電線を巻き付けてなる。これに対し、複数の検出コイル8a~8dのうち、第2検出コイル8b及び第3検出コイル8cのそれぞれは、ボビン7の第2傾斜溝10bに沿って絶縁電線を巻き付けてなる。 Of the multiple detection coils 8a to 8d, the first detection coil 8a and the fourth detection coil 8d are each formed by winding an insulated electric wire along the first inclined groove 10a of the bobbin 7. In contrast, of the multiple detection coils 8a to 8d, the second detection coil 8b and the third detection coil 8c are each formed by winding an insulated electric wire along the second inclined groove 10b of the bobbin 7.

すなわち、複数の検出コイル8a~8dは、径方向に積層されている。また、第1検出コイル8aは、円周方向に等間隔に配置され、かつ、円周方向に隣り合う第1検出コイル8a同士が直列に接続されている。第2検出コイル8bは、円周方向に等間隔に配置され、かつ、円周方向に隣り合う第2検出コイル8b同士が直列に接続されている。第3検出コイル8cは、円周方向に等間隔に配置され、かつ、円周方向に隣り合う第3検出コイル8c同士が直列に接続されている。第4検出コイル8dは、円周方向に等間隔に配置され、かつ、円周方向に隣り合う第4検出コイル8d同士が直列に接続されている。 That is, the multiple detection coils 8a to 8d are stacked in the radial direction. The first detection coils 8a are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and adjacent first detection coils 8a in the circumferential direction are connected in series. The second detection coils 8b are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and adjacent second detection coils 8b in the circumferential direction are connected in series. The third detection coils 8c are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and adjacent third detection coils 8c in the circumferential direction are connected in series. The fourth detection coils 8d are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and adjacent fourth detection coils 8d in the circumferential direction are connected in series.

第1検出コイル8a及び第4検出コイル8dは、回転軸2の軸方向に対して所定角度(図示の例では+45度)だけ傾斜した第1方向での、回転軸2の透磁率変化を検出する。第2検出コイル8b及び第3検出コイル8cは、回転軸2の軸方向に対して第1方向とは反対側に所定角度(図示の例では-45度)だけ傾斜した第2方向での、回転軸2の透磁率変化を検出する。検出コイル8a~8dを構成する絶縁電線は、測定回路6に電気的に接続される。 The first detection coil 8a and the fourth detection coil 8d detect the change in magnetic permeability of the rotating shaft 2 in a first direction inclined at a predetermined angle (+45 degrees in the illustrated example) with respect to the axial direction of the rotating shaft 2. The second detection coil 8b and the third detection coil 8c detect the change in magnetic permeability of the rotating shaft 2 in a second direction inclined at a predetermined angle (-45 degrees in the illustrated example) on the opposite side to the first direction with respect to the axial direction of the rotating shaft 2. The insulated electric wires that make up the detection coils 8a to 8d are electrically connected to the measurement circuit 6.

バックヨーク9は、円筒形状を有し、例えば鉄などの磁性体材料(強磁性体材料)により構成され、ボビン7に外嵌固定されている。バックヨーク9は、ボビン7の周囲に配置された検出コイル8a~8dで生じた磁束の外部への漏れを抑制する機能を有する。 The back yoke 9 has a cylindrical shape and is made of a magnetic material (ferromagnetic material) such as iron, and is fitted and fixed to the outside of the bobbin 7. The back yoke 9 has the function of suppressing leakage of magnetic flux generated by the detection coils 8a to 8d arranged around the bobbin 7 to the outside.

ホルダ5は、本体部11と、複数個(図示の例では3個)の位置決め凸部12と、コネクタ部13とを備える。 The holder 5 comprises a main body 11, a number of positioning protrusions 12 (three in the illustrated example), and a connector portion 13.

本体部11は、円筒形状を有する。本体部11は、回転軸2の周囲に配置され、内部に検出部3を保持している。換言すれば、検出部3は、本体部11の内部に埋め込まれている(モールドされている)。 The main body 11 has a cylindrical shape. The main body 11 is disposed around the rotating shaft 2 and holds the detection unit 3 inside. In other words, the detection unit 3 is embedded (molded) inside the main body 11.

位置決め凸部12のそれぞれは、本体部11の内周面の円周方向複数箇所(図示の例では円周方向等間隔3箇所)のそれぞれから径方向内側に向けて突出している。位置決め凸部12のそれぞれは、先端部(径方向内側の端部)を、回転軸2の被検出面4に摺接又は近接対向、好ましくは摺接させている。本例では、位置決め凸部12のそれぞれは、先端部に、本体部11の中心軸を中心とする部分円筒面状の凹曲面部14を有する。 Each of the positioning protrusions 12 protrudes radially inward from each of multiple circumferential locations (three locations equally spaced circumferentially in the illustrated example) on the inner peripheral surface of the main body 11. The tip portion (the radially inner end portion) of each of the positioning protrusions 12 is in sliding contact with or closely opposed to, preferably in sliding contact with, the detection surface 4 of the rotating shaft 2. In this example, each of the positioning protrusions 12 has, at its tip portion, a concave curved portion 14 in the shape of a partial cylindrical surface centered on the central axis of the main body 11.

本例では、位置決め凸部12のそれぞれは、図2に示すように、本体部11の内周面のうち、軸方向片側(図2の左側)の端部から径方向内側に向けて突出している。ただし、例えば図5に示すように、位置決め凸部12のそれぞれを、本体部11の内周面から軸方向全長にわたって突出させることもできる。または、位置決め凸部のそれぞれを、本体部の内周面の軸方向中間部若しくは軸方向他側の端部から径方向内側に向けて突出させることもできる。 In this example, as shown in FIG. 2, each of the positioning protrusions 12 protrudes radially inward from an end of the inner peripheral surface of the main body 11 on one axial side (the left side in FIG. 2). However, as shown in FIG. 5, for example, each of the positioning protrusions 12 can also protrude over the entire axial length from the inner peripheral surface of the main body 11. Alternatively, each of the positioning protrusions can protrude radially inward from an axial middle portion or an end on the other axial side of the inner peripheral surface of the main body.

コネクタ部13は、本体部11の外周面の円周方向1箇所から径方向外側に向けて突出している。コネクタ部13には、ハーネス15が接続される。ハーネス15は、検出コイル8a~8dを構成する絶縁電線と測定回路6とを電気的に接続する。あるいは、ホルダ5の内部に、測定回路6が実装された基板部を埋め込み、かつ、測定回路6のトルク演算部16が出力するトルク信号をハーネス15により取り出すように構成することもできる。 The connector portion 13 protrudes radially outward from one circumferential point on the outer circumferential surface of the main body portion 11. A harness 15 is connected to the connector portion 13. The harness 15 electrically connects the insulated wires that make up the detection coils 8a to 8d to the measurement circuit 6. Alternatively, a substrate portion on which the measurement circuit 6 is mounted can be embedded inside the holder 5, and the torque signal output by the torque calculation portion 16 of the measurement circuit 6 can be extracted by the harness 15.

本例のホルダ5は、例えば、エポキシ樹脂や、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、PA(ポリアミド)、PPA(ポリフタルアミド)などの熱可塑性樹脂を射出成形することにより造ることができる。すなわち、検出部3の周囲に金型を配置し、検出部3と金型との間に画成されたキャビティ内に溶融樹脂を送り込み、該溶融樹脂を冷却及び固化させる。これにより、ホルダ5を成形し、かつ、ホルダ5の本体部11の内部に検出部3を埋め込む。 The holder 5 in this example can be made by injection molding a thermoplastic resin such as epoxy resin, polyphenylene sulfide (PPS), PA (polyamide), or PPA (polyphthalamide). That is, a mold is placed around the detection unit 3, molten resin is pumped into the cavity defined between the detection unit 3 and the mold, and the molten resin is cooled and solidified. This forms the holder 5, and the detection unit 3 is embedded inside the main body 11 of the holder 5.

測定回路6は、検出コイル8a~8dのそれぞれのインダクタンスの変化を検出することで、回転軸2が伝達するトルクを測定する。測定回路6は、ブリッジ回路17と、発振器18と、電圧測定装置(ロックイン増幅器)19と、トルク演算部16とを備える。 The measurement circuit 6 measures the torque transmitted by the rotating shaft 2 by detecting the change in inductance of each of the detection coils 8a to 8d. The measurement circuit 6 includes a bridge circuit 17, an oscillator 18, a voltage measurement device (lock-in amplifier) 19, and a torque calculation unit 16.

ブリッジ回路17は、第1検出コイル8aと、第2検出コイル8bと、第3検出コイル8cと、第4検出コイル8dとを環状に接続してなる。発振器18は、第1検出コイル8aと第2検出コイル8bとの接点Aと、第3検出コイル8cと第4検出コイル8dとの接点Bとの間に、交流電圧を印加する。電圧測定装置19は、第1検出コイル8aと第3検出コイル8cとの接点Cと、第2検出コイル8bと第4検出コイル8dとの接点Dとの間の電圧を検出する。トルク演算部16は、電圧測定装置19の出力信号に基づいて、回転軸2が伝達するトルクを演算する。 The bridge circuit 17 is formed by connecting the first detection coil 8a, the second detection coil 8b, the third detection coil 8c, and the fourth detection coil 8d in a ring shape. The oscillator 18 applies an AC voltage between a contact A between the first detection coil 8a and the second detection coil 8b, and a contact B between the third detection coil 8c and the fourth detection coil 8d. The voltage measuring device 19 detects the voltage between a contact C between the first detection coil 8a and the third detection coil 8c, and a contact D between the second detection coil 8b and the fourth detection coil 8d. The torque calculation unit 16 calculates the torque transmitted by the rotating shaft 2 based on the output signal of the voltage measuring device 19.

本例の磁歪式トルクセンサ1を用いて、回転軸2が伝達するトルクを測定するには、発振器18により、A点とB点との間に交流電圧を印加し、検出コイル8a~8dのそれぞれに交流電流を流す。すると、検出コイル8a~8dのそれぞれには、円周方向に隣り合う一対の検出コイル同士で互いに逆向きの電流が流れる。この結果、検出コイル8a~8dの周囲に交流磁界が発生し、交流磁界の磁束の一部が回転軸2の表層部を通過する。この状態で、回転軸2にトルクが加わると、逆磁歪効果により、回転軸2は、軸方向に対して+45度の方向の透磁率が増加(又は減少)し、軸方向に対して-45度の方向の透磁率が減少(又は増加)する。このため、第1検出コイル8a及び第4検出コイル8dでは、インダクタンスが減少(又は増加)し、第2検出コイル8b及び第3検出コイル8cでは、インダクタンスが増加(又は減少)する。この結果、電圧測定装置19で検出される電圧の値が変化するため、トルク演算部16は、この電圧の値をもとに、回転軸2が伝達するトルクを演算する。 To measure the torque transmitted by the rotating shaft 2 using the magnetostrictive torque sensor 1 of this example, an AC voltage is applied between points A and B by the oscillator 18, and an AC current is passed through each of the detection coils 8a to 8d. Then, in each of the detection coils 8a to 8d, currents in the opposite directions flow between pairs of detection coils adjacent in the circumferential direction. As a result, an AC magnetic field is generated around the detection coils 8a to 8d, and part of the magnetic flux of the AC magnetic field passes through the surface layer of the rotating shaft 2. In this state, when torque is applied to the rotating shaft 2, the magnetic permeability of the rotating shaft 2 increases (or decreases) in the +45 degree direction relative to the axial direction due to the inverse magnetostriction effect, and the magnetic permeability of the rotating shaft 2 decreases (or increases) in the -45 degree direction relative to the axial direction. Therefore, the inductance decreases (or increases) in the first detection coil 8a and the fourth detection coil 8d, and the inductance increases (or decreases) in the second detection coil 8b and the third detection coil 8c. As a result, the voltage value detected by the voltage measuring device 19 changes, and the torque calculation unit 16 calculates the torque transmitted by the rotating shaft 2 based on this voltage value.

一方、回転軸2がトルクを伝達していない状態では、検出コイル8a~8dのそれぞれのインダクタンスは互いに等しくなる。このため、電圧測定装置19で検出される電圧は0になる。 On the other hand, when the rotating shaft 2 is not transmitting torque, the inductances of the detection coils 8a to 8d are equal to each other. Therefore, the voltage detected by the voltage measuring device 19 is zero.

本例の磁歪式トルクセンサ1は、ホルダ5の本体部11を、回転軸2の被検出面4の周囲に配置し、かつ、位置決め凸部12の凹曲面部14を、回転軸2の被検出面4に摺接又は近接対向させる。これにより、磁歪式トルクセンサ1は、検出部3を、被検出面4の周囲に配置し、該被検出面4に対向させている。回転軸2のうち、少なくとも被検出面4を含む部分は、SCr420(クロム鋼)、SCM420(クロムモリブデン鋼)、SNCM420(ニッケルクロムモリブデン鋼)などの鋼(鉄合金)などの磁歪特性を有する材料により構成されている。具体的には、回転軸2全体を、磁歪特性を有する材料により構成することができる。あるいは、被検出面4を含む部分を、磁歪特性を有する材料により構成し、残部を構成する部品と結合固定することもできる。 In the magnetostrictive torque sensor 1 of this example, the main body 11 of the holder 5 is disposed around the detection surface 4 of the rotating shaft 2, and the concave curved surface 14 of the positioning protrusion 12 is in sliding contact with or close to the detection surface 4 of the rotating shaft 2. As a result, the magnetostrictive torque sensor 1 has the detection unit 3 disposed around the detection surface 4 and facing the detection surface 4. At least the part of the rotating shaft 2 that includes the detection surface 4 is made of a material having magnetostrictive properties, such as steel (iron alloy) such as SCr420 (chrome steel), SCM420 (chrome molybdenum steel), and SNCM420 (nickel chrome molybdenum steel). Specifically, the entire rotating shaft 2 can be made of a material having magnetostrictive properties. Alternatively, the part including the detection surface 4 can be made of a material having magnetostrictive properties and can be fixed to the parts that make up the remaining part.

なお、被検出面4に、ショットピーニング処理を施して、磁歪特性を改善した改質層を形成することもできる。このような改質層を形成すれば、磁歪式トルクセンサ1によるトルク測定の感度及びヒステリシスを改善することができる。 In addition, a modified layer with improved magnetostrictive properties can be formed on the detection surface 4 by performing a shot peening process. By forming such a modified layer, it is possible to improve the sensitivity and hysteresis of torque measurement by the magnetostrictive torque sensor 1.

本例の磁歪式トルクセンサ1は、ホルダ5の位置決め凸部12のそれぞれの先端部に備えられた凹曲面部14を、回転軸2の被検出面4に摺接又は近接対向、好ましくは摺接させている。このため、磁歪式トルクセンサ1及び回転軸2を備える機械装置の部品の形状精度及び組立精度を過度に高くすることなく、ホルダ5の本体部11の内部に埋め込まれた検出部3と、回転軸2の被検出面4との間隔を精度よく規制することができる。換言すれば、回転軸2の被検出面4に対する検出部3の径方向の位置決めを高精度に行うことができる。したがって、前記機械装置の製造コストを過度に増大させることなく、磁歪式トルクセンサ1によるトルクの測定精度を向上させることができる。 In the magnetostrictive torque sensor 1 of this example, the concave curved surface portion 14 provided at the tip of each of the positioning protrusions 12 of the holder 5 is in sliding contact with or close to the detection surface 4 of the rotating shaft 2, preferably in sliding contact with it. Therefore, the distance between the detection unit 3 embedded inside the main body portion 11 of the holder 5 and the detection surface 4 of the rotating shaft 2 can be precisely regulated without excessively increasing the shape precision and assembly precision of the parts of the mechanical device including the magnetostrictive torque sensor 1 and the rotating shaft 2. In other words, the radial positioning of the detection unit 3 relative to the detection surface 4 of the rotating shaft 2 can be precisely performed. Therefore, the torque measurement precision of the magnetostrictive torque sensor 1 can be improved without excessively increasing the manufacturing cost of the mechanical device.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this and can be modified as appropriate without departing from the technical concept of the invention.

例では、検出部3を埋め込んだホルダ5に、位置決め凸部12を形成している。本発明の技術的範囲からは外れるが、検出コイルを巻き付けたボビンに位置決め凸部を形成し、かつ、該位置決め凸部の先端部を、回転体の被検出面に摺接又は近接対向させることもできる。この場合、ボビンの径方向外側を、合成樹脂製のホルダにより覆うことができる。 In this example, the positioning protrusion 12 is formed on the holder 5 in which the detection unit 3 is embedded . Although it is outside the technical scope of the present invention , it is also possible to form a positioning protrusion on a bobbin around which a detection coil is wound, and to place the tip of the positioning protrusion in sliding contact with or adjacent to the detection surface of the rotating body. In this case, the radial outside of the bobbin can be covered with a holder made of synthetic resin.

本例では、位置決め凸部12を円周方向複数箇所に配置しているが、位置決め凸部を全周にわたり円環状に形成することもできる。ただし、位置決め凸部の先端部を、回転体の被検出面に摺接する場合、位置決め凸部の先端部と回転体の被検出面との摺接面積を小さくして、摺接抵抗を抑える面から、位置決め凸部を円周方向複数箇所、好ましくは3箇所以上に間欠的に配置することが好ましい。 In this example, the positioning protrusions 12 are arranged at multiple locations in the circumferential direction, but the positioning protrusions can also be formed in an annular shape around the entire circumference. However, when the tip of the positioning protrusion comes into sliding contact with the detected surface of the rotating body, it is preferable to arrange the positioning protrusions intermittently at multiple locations in the circumferential direction, preferably at three or more locations, in order to reduce the sliding contact resistance by reducing the sliding contact area between the tip of the positioning protrusion and the detected surface of the rotating body.

本例では、4組の検出コイル8a~8dによりブリッジ回路17を構成しているが、ブリッジ回路を構成する4組の検出コイルのうち、2組の検出コイルを抵抗に置き換えて使用することができる。あるいは、複数の検出コイルとボビンとからなるコイル部材に代えて、ホール素子、ホールIC、MR素子、GMR素子、AMR素子、TMR素子、MI素子などの磁気検出素子を備えた磁気センサを使用することもできる。 In this example, the bridge circuit 17 is made up of four detection coils 8a to 8d, but two of the four detection coils that make up the bridge circuit can be replaced with resistors. Alternatively, instead of the coil member made up of multiple detection coils and a bobbin, a magnetic sensor equipped with a magnetic detection element such as a Hall element, a Hall IC, an MR element, a GMR element, an AMR element, a TMR element, or an MI element can be used.

本例では、磁歪式トルクセンサ1の検出部3を、回転軸2の外周面に備えられた被検出面4の周囲に配置しているが、本発明の技術的範囲からは外れるが、検出部を、回転体の軸方向側面に備えられた被検出面に、軸方向に対向させることもできる。この場合、位置決め凸部は、被検出面に向けて軸方向に突出するように形成される。 In this example, the detection unit 3 of the magnetostrictive torque sensor 1 is disposed around the detection surface 4 provided on the outer circumferential surface of the rotating shaft 2, but the detection unit may be arranged to face the detection surface provided on the axial side surface of the rotating body, although this is outside the technical scope of the present invention. In this case, the positioning protrusion is formed to protrude in the axial direction toward the detection surface.

本発明の磁歪式トルクセンサは、例えば、自動車のパワートレインに組み込んで使用することができる。この場合、組み込み対象となる装置は、特に限定されず、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)、ダブ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、又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)も、特に問わない。 The magnetostrictive torque sensor of the present invention can be incorporated into, for example, an automobile powertrain for use. In this case, the device into which it is incorporated is not particularly limited, and can be a transmission that changes gears under vehicle control, such as an automatic transmission (AT), a belt-type continuously variable transmission, a toroidal-type continuously variable transmission, an automatic manual transmission (AMT), or a double clutch transmission (DCT), or a transfer case. In addition, the drive system (FF, FR) of the target vehicle is also not particularly important.

さらに、本発明の磁歪式トルクセンサは、自動車のパワートレインに限らず、電動アシスト自転車を含む自転車、風車、鉄道車両、圧延機、工作機械、建設機械、農業機械、家庭用電気器具などの各種機械装置に組み込んで使用することができる。 Furthermore, the magnetostrictive torque sensor of the present invention can be incorporated and used not only in automobile powertrains, but also in various types of machinery and equipment such as bicycles, including electrically assisted bicycles, windmills, railway vehicles, rolling mills, machine tools, construction machinery, agricultural machinery, and household electrical appliances.

1 磁歪式トルクセンサ
2 回転軸
3 検出部
4 被検出面
5 ホルダ
6 測定回路
7 ボビン
8a 第1検出コイル
8b 第2検出コイル
8c 第3検出コイル
8d 第4検出コイル
9 バックヨーク
10a 第1傾斜溝
10b 第2傾斜溝
11 本体部
12 位置決め凸部
13 コネクタ部
14 凹曲面部
15 ハーネス
16 トルク演算部
17 ブリッジ回路
18 発振器
19 電圧測定装置
REFERENCE SIGNS LIST 1 magnetostrictive torque sensor 2 rotating shaft 3 detection section 4 detected surface 5 holder 6 measurement circuit 7 bobbin 8a first detection coil 8b second detection coil 8c third detection coil 8d fourth detection coil 9 back yoke 10a first inclined groove 10b second inclined groove 11 main body 12 positioning protrusion 13 connector 14 concave curved surface 15 harness 16 torque calculation section 17 bridge circuit 18 oscillator 19 voltage measurement device

Claims (1)

使用時にも回転しない部分に取り付けられた状態で、磁歪特性を有する回転体の被検出面に対向して配置され、前記回転体に生じる逆磁歪効果を利用して該回転体が伝達するトルクを測定する、磁歪式トルクセンサであって、
合成樹脂製のホルダと、
該ホルダに埋め込まれた検出部と、
を備え、
前記検出部が、前記被検出面の周囲に全周にわたって配置されており、
前記ホルダが、前記検出部を保持する本体部と、その先端部を、前記回転体の前記被検出面に摺接又は近接対向させた、少なくとも1個の位置決め凸部を有しており、
前記少なくとも1個の位置決め凸部が、前記本体部の内周面の円周方向3箇所以上から径方向内側に向けて突出するように設けられている、又は、前記本体部の内周面から全周にわたって径方向内側に向けて突出するように設けられている、
磁歪式トルクセンサ。
A magnetostrictive torque sensor that is attached to a part that does not rotate even when in use, is disposed opposite to a detection surface of a rotating body having magnetostrictive properties, and measures a torque transmitted by the rotating body by utilizing an inverse magnetostrictive effect generated in the rotating body,
A holder made of synthetic resin;
A detection unit embedded in the holder;
Equipped with
The detection portion is disposed around the entire circumference of the detection surface,
the holder has a main body portion that holds the detection portion , and at least one positioning protrusion having a tip portion that is in sliding contact with or closely opposed to the detection surface of the rotating body ,
The at least one positioning protrusion is provided so as to protrude radially inward from three or more circumferential positions on the inner circumferential surface of the main body, or is provided so as to protrude radially inward from the inner circumferential surface of the main body over the entire circumference.
Magnetostrictive torque sensor.
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