特許 6102004 トルク変換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6102004

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】トルク変換器

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20170316BHJP

【ＦＩ】

   G01L3/10 311

【請求項の数】1

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-19355(P2012-19355)

(22)【出願日】2012年1月31日

(65)【公開番号】特開2013-156230(P2013-156230A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2014年12月4日

【審判番号】不服2016-3438(P2016-3438/J1)

【審判請求日】2016年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106378

【弁理士】

【氏名又は名称】宮川 宏一

(72)【発明者】

【氏名】李 奎

(72)【発明者】

【氏名】野木 博行

【合議体】

【審判長】 酒井 伸芳

【審判官】 高橋 克

【審判官】 中塚 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 実開平１−７４０７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−５３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１６２３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平２−８８１４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６０−１０２５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１３１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−４２５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−５５５３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６３−４５３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１３３０４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01L 3/10

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定対象である駆動部のトルクを測定するトルク変換器において、
抵抗体を用いて回転軸のトルクに応じたねじれ量を電気量に変換し、該変換した検出信号を外部に取り出すことにより前記回転軸で伝達されるトルクを測定するトルク変換器であって、
検出対象として特定された回転軸のトルクを測定するために、該トルク変換器への電力の供給を行う電力供給部と、前記回転軸の長手方向に沿って前記電力供給部と所定間隔隔てて配置された信号伝送部を有しており、かつブリッジ回路を構成したひずみ測定用の前記抵抗体が、前記電力供給部と前記信号伝送部との間に位置するように前記回転軸上に配置されたトルク変換器であり、
前記トルク変換器の前記電力供給部と前記信号伝送部は、
前記回転軸と一体的に回転するように取り付けられたロータ側電力供給構成部及びロータ側信号伝送構成部と、
前記ロータ側電力供給構成部と前記ロータ側信号伝送構成部のそれぞれと所定の空隙を介して前記回転軸の回転に追従することなく前記トルク変換器に固定配置されているステータ側電力供給構成部及びステータ側信号伝送構成部とをそれぞれ有し、
前記ロータ側信号伝送構成部から前記ステータ側信号伝送構成部への電気信号の伝達が、前記ロータ側信号伝送構成部に設けられているコイルの電圧を周波数に変換して該周波数を介することより行われ、かつ
前記トルク変換器は、前記回転軸をハウジングに回転可能に軸支する一対の軸受を有し、
前記電力供給部と前記信号伝送部は、前記一対の軸受にそれぞれ隣接し、かつ前記回転軸の長手方向においてそれぞれが隣接する前記各軸受よりも前記ブリッジ回路側に配置され、
前記ロータ側電力供給構成部及び前記ロータ側信号伝送構成部は磁気シールド部材を備えることなく、かつ
前記ステータ側電力供給構成部は、ステータ側ボビンが珪素快削鋼を用いたステータ側ボビンケースで囲われていることを特徴とするトルク変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン、モータ、トランスミッションなど各種駆動部のトルクを測定するトルク変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からエンジン、モータ、トランスミッションなど各種駆動部のトルクを測定するトルク変換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。係るトルク変換器は、電力伝送用コアの信号伝送用コアを収容する非磁性体のフレームを設けると共に、信号伝送用コアの外部の周辺にノイズ相殺用コイルを特別に設けることにより、電力伝送用コイルの漏れ磁束によるノイズを打ち消すようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１６９６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したトルク変換器は、ノイズ相殺用コイルを特別に設けているので、その分大型化すると共にコスト高となる。このような２つの不都合な点のうち特に一方を解決し、小型化を達成した本発明に関連するトルク変換器が考えられている。

【0005】

このトルク変換器５は、図６及び図７に示すようにハウジング５００と、ハウジング内に設けられた２つの軸受５１１，５１２（５１０）と、各軸受５１０を介してハウジング内に回転可能に支持され両端部が外側に突出しトルクの被測定対象物となっているシャフト（回転軸）９００と、シャフト９００の長手方向一部に形成された平面部に貼り付けられたひずみゲージ９１０を有している。そして、このトルク変換器５は、ひずみゲージ９１０の貼付位置に対してシャフト長手方向一側（図６中右側）にひずみゲージ９１０に電力を供給する電力供給部６００と、ひずみゲージ９１０からの出力を取り出す信号伝送部７００を有すると共に、信号伝送部７００から送られた信号に基づきシャフト９００のトルクを算出する電気回路の形成された回路基板８００をハウジング内に有している。

【0006】

なお、このトルク変換器５は、電力供給部６００と信号伝送部７００が上述のようにひずみゲージ９１０の貼付位置に対してシャフト長手方向一側に隣接して配置されているので、信号伝送部７００が電力供給部６００から受ける磁気干渉を防止するために隣接する電力供給部６００と信号伝送部７００のそれぞれをステータ側磁気シールド部材８１０及びロータ側磁気シールド部材８２０で囲っている（図７参照）。しかし、各磁気シールド部材８１０，８２０は、珪素鋼板の積層体からなるので、このようにロータ側にも磁気干渉を防止するためのロータ側磁気シールド部材８２０を備えると、回転体であるシャフト９００の質量がその分増加してしまう。その結果、シャフト９００の慣性質量が増してシャフト９００を駆動するに際してより大きな駆動力を必要とすると共に、シャフト９００の回転数を変化する際の応答性が低下する。

【0007】

これに加えて、上述のように電力供給部６００と信号伝送部７００を珪素鋼板からなる積層体ステータ側磁気シールド部材８１０及びロータ側磁気シールド部材８２０のそれぞれをしっかりと囲うと、電力供給部におけるステータ側からロータ側への磁束ループを理想的な経路で形成することができなくなる。これは、このような磁気シールド部材８１０の存在によりループ形状が変形してしまうためである。そのため、その分の余分な磁束をコイルコアで発生させて十分な誘導効率を達成される必要がある。これに伴って、電力供給部６００においては、磁気シールド部材８１０によって変化する磁束ループを考慮した余分な電力を電力供給部６００に供給しなければならない。その結果、磁気シールド部材自体が発熱して、その周囲の回路基板８００に実装された電子部品や電気部品に悪影響を与える虞があると共に、必要以上の電力を供給することにより省エネに反する問題がある。

【0008】

本発明の目的は、回転体（シャフト）に磁気シールド等を備えることなく、その慣性質量を無駄に大きくすることなく回転体のトルクを優れた検出精度で検出可能なトルク変換器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る３軸力センサは、
被測定対象である駆動部のトルクを測定するトルク変換器において、
抵抗体を用いて回転軸のトルクに応じたねじれ量を電気量に変換し、該変換した検出信号を外部に取り出すことにより前記回転軸で伝達されるトルクを測定するトルク変換器であって、
検出対象として特定された回転軸のトルクを測定するために、該トルク変換器への電力の供給を行う電力供給部と、前記回転軸の長手方向に沿って前記電力供給部と所定間隔隔てて配置された信号伝送部を有しており、かつブリッジ回路を構成したひずみ測定用の前記抵抗体が、前記電力供給部と前記信号伝送部との間に位置するように前記回転軸上に配置されたトルク変換器であり、
前記トルク変換器の前記電力供給部と前記信号伝送部は、
前記回転軸と一体的に回転するように取り付けられたロータ側電力供給構成部及びロータ側信号伝送構成部と、
前記ロータ側電力供給構成部と前記ロータ側信号伝送構成部のそれぞれと所定の空隙を介して前記回転軸の回転に追従することなく前記トルク変換器に固定配置されているステータ側電力供給構成部及びステータ側信号伝送構成部とをそれぞれ有し、
前記ロータ側信号伝送構成部から前記ステータ側信号伝送構成部への電気信号の伝達が、前記ロータ側信号伝送構成部に設けられているコイルの電圧を周波数に変換して該周波数を介することより行われ、かつ
前記トルク変換器は、前記回転軸をハウジングに回転可能に軸支する一対の軸受を有し、
前記電力供給部と前記信号伝送部は、前記一対の軸受にそれぞれ隣接し、かつ前記回転軸の長手方向においてそれぞれが隣接する前記各軸受よりも前記ブリッジ回路側に配置され、
前記ロータ側電力供給構成部及び前記ロータ側信号伝送構成部は磁気シールド部材を備えることなく、かつ
前記ステータ側電力供給構成部は、ステータ側ボビンが珪素快削鋼を用いたステータ側ボビンケースで囲われていることを特徴としている。

【0010】

本発明に係るトルク変換器がこのような構成を有することで、本発明に関連したトルク変換器のように、電力供給部と信号伝送部がひずみゲージの貼付位置に対してシャフト（回転体）の長手方向一側に隣接して配置させずに済む。その結果、ロータ側において磁気干渉を防止するために電力供給部と信号伝送部のそれぞれに磁気シールド部材を備える必要がなくなる。このように、ロータ側に磁気干渉を防止するための磁気シールド部材を備えないで済むと、回転体であるシャフトの慣性質量がその分増加せず、シャフトを回転させるに際して大きな駆動力を必要としなくなると共に、シャフトの回転数を変化させる際の応答性を低下させずに済む。

【0011】

また、本発明に関連したトルク変換器と異なり、電力供給部におけるステータ側とロータ間磁束ループを必要最小限のループとすることができる。これにより、電力供給部においては、磁気シールド部材によって吸収される磁束に相当する分を考慮した余分な電力を供給する必要がなくなる。その結果、磁気シールド部材自体が発熱してその周囲の回路基板に実装された電子部品や電気部品に悪影響を及ぼすというような不具合を防止できると共に、必要以上の電力を供給することがなく消費電力を抑えたトルク変換器とすることができる。

【0013】

また、本発明に係るトルク変換器が、ロータ側信号伝送構成部からステータ側信号伝送構成部での電気信号の伝達を、ロータ側信号伝送構成部に設けられているコイルの電圧を周波数に変換することより行っているので、この電気信号の伝達時に例えば電力供給部が発生する磁束等から受けるノイズが重畳し難くなる。その結果、ロータ側電力供給構成部に磁気シールドをわざわざ設けることなくロータ側信号伝送構成部からステータ側信号伝送構成部に電気信号を正確に伝達することができる。
また、本発明に係るトルク変換器によると、ステータ側電力供給構成部のステータ側ボビンケースに珪素快削鋼を用いることで、大きさの小さい磁気シールド部材で済む。また、前記ステータ側ボビンケースを、珪素快削鋼を加工するだけで製造することができ、加工し易くなると共に組付も容易にすることができるようになるので、磁気シールドに関するコスト低減化を図り、ひいてはトルク変換器のコスト低減に貢献する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によると、回転体（シャフト）の慣性質量を無駄に大きくしないで優れた検出精度で回転体のトルクを検出可能なトルク変換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係るトルク変換器をシャフトの軸線方向に沿って切断し、これをケーブル導出側と垂直方向から示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るトルク変換器をシャフトの軸線方向に沿って切断し、これをケーブル導出側から示す断面図である。

【図3】図１及び図２に示したトルク変換器の電力供給部を拡大して示す断面図である。

【図4】図１及び図２に示したトルク変換器の信号伝送部を拡大して示す断面図である。

【図5】図１及び図２に示したトルク変換器の電力供給部及び信号伝送部の電気的構成を示すブロック図である。

【図6】本発明に関連するトルク変換器の図１に対応する断面図である。

【図7】図６に示したトルク変換器の電力供給部及び信号伝送部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態に係るトルク変換器を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るトルク変換器をシャフトの軸線方向に沿って切断し、これをケーブル導出側と垂直方向から示す断面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係るトルク変換器をシャフトの軸線方向に沿って切断し、これをケーブル導出側から示す断面図である。また、図３は、図１及び図２に示したトルク変換器の電力供給部を拡大して示す断面図である。また、図４は、図１及び図２に示したトルク変換器の信号伝送部を拡大して示す断面図である。

【0017】

なお、以下の説明において上下方向（高さ方向）及び左右方向（シャフトの長手方向）については、図１に示したトルク変換器の配置状態を基準として示すものとする。また、幅方向については図２に示すシャフトの長手方向と垂直方向を基準として示すものとする。

【0018】

本発明の一実施形態に係るトルク変換器１は、例えばエンジン、モータ、トランスミッションなど各種駆動部のトルクを測定するのに利用される。このトルク変換器１は、シャフト９００に備わったひずみゲージ９１０を用いて回転軸のトルクに応じたねじれ量を電気量に変換し、この変換した検出信号を外部に取り出し伝達されるようになっている。

【0019】

トルク変換器１は、本実施形態ではハウジング１００と、ハウジング内の両端に設けられた２つのベアリング１１１，１１２（１１０）と、各ベアリング１１０を介してハウジング内に回転可能に支持され両端部が外側に突出しトルクの被測定対象物をなすシャフト（回転軸）９００を有している。なお、シャフト９００の長手方向ほぼ中央部分に形成された平面部にはホイートストンブリッジ回路９１１を構成するひずみゲージ９１０が貼り付けられている。また、シャフト９００の軸径は長手方向先端部両側から一定の距離だけわずかに小さく、その後中心方向に向かって一定距離だけわずかに大きくなり、ひずみゲージ９００の配置された平面部前までさらにわずかに大きくなっている。これによって、このシャフト９００の軸径の変化部分が段部として形成されている。具体的には、シャフト軸線上にベアリング１１１及び１１２を位置決めするために、長手方向両外側に段部９０１，９０５を形成している。また、この段部９０１，９０５に挟まれる段部で、段部９０２はロータ側電力供給構成部２２０をシャフト軸線上に位置決めする役割を果たし、段部９０６は回路基板固定カバー２２６をシャフト軸線上に位置決めする役目を果たしている。

【0020】

ハウジング１００は、直方体形状を有し、その長手方向にシャフト９００の外径よりかなり大きく、開口部付近の内径がシャフト９００を支持するベアリング１１０の外径に合致し、かつ後述するロータ側とステータ側の電力供給部２００及び信号伝送部３００を構成する部品を収容する空間１２０が形成されている。また、ハウジング１００の図１における上部には基板収容用の空間１３０が形成され、その空間１３０の内部にステータ側回路基板１３５が収容されている。また、空間１３０の底面と空間１２０との間には、ステータ側電力供給構成部２１０及びロータ側電力供給構成部２２０とステータ側回路基板１３５を図示しない電線で電気的に繋ぐステータ側コイル接続用貫通孔１３１，１３２が形成されている。

【0021】

空間１２０は、ベアリング１１０及びステータ側電力供給構成部２１０、並びにステータ側信号伝送構成部３１０の外径と同等の内径を有し、図１中のハウジング左右側面を貫通する貫通孔として形成されている。そして、ステータ側電力供給構成部２１０がハウジング１００の電力供給部位置決め用の段部１０２に当接した状態、かつベアリング１１１が段部９０１に当接した状態でこれらが空間１２０に収容されている。

【0022】

また、ステータ側信号伝送構成部３１０がハウジング１００の信号伝送部位置決め用の段部１０６に当接した状態、かつベアリング１１２がシャフト９００の段部９０５に当接した状態でこれらが空間１２０に収容されている。

【0023】

このような構成を有することで、予めシャフト９００にベアリング１１０、ロータ側電力供給構成部２２０、ロータ側信号伝送構成部３２０、ロータ側回路基板２２５．回路基板固定カバー２２６を嵌合させてサブアッシーとしてこれらをシャフト９００に組付た状態でハウジング１００の空間１２０に一度に挿入することができるので、組付効率を向上させるようになっている。

【0024】

ハウジング１００の空間１２０には２つのベアリング１１０の外側に隣接してＣリング係合溝が形成され、このＣリング係合溝にＣリング１２９が係合することで空間１２０からベアリング１１０が脱落するのを防止している。また、２つのベアリング１１０とＣリング１２９との間には、それぞれベアリングカバー１１５（図２参照）が挟まっている。

【0025】

また、ハウジング１００の空間１３０は、ハウジングカバー１４０で覆われている。ハウジングカバー１４０の中央部からは、トルク変換器１に電力を供給したり、トルク変換器１から得られた出力信号を外部に伝達したりするためのケーブル１４５が導出している。

【0026】

また、シャフト９００の段部９０２によりロータ側電力供給構成部２２０をシャフト軸線上に位置決め固定されている。一方、ステータ側電力供給構成部２１０は、その一方の端面がハウジング１００の段部１０２に突き当って固定されている。また、シャフト９００の段部９０６により回路基板固定カバー２２６をシャフト軸線上に位置決固定されている。一方、ステータ側信号伝送構成部３１０は、その一方の端面がハウジング１００の段部１０６に突き当って固定されている。そして、ハウジング１００に固定されたステータ側電力供給構成部２１０と、後述する回路基板固定カバー２２６を介してシャフト９００に固定されたロータ側電力供給構成部２２０がシャフト長手方向で見て対応するように配置される共に、ハウジング１００に固定されたステータ側信号伝送構成部３１０と、シャフト９００に固定されたロータ側信号伝送構成部３２０がシャフト長手方向で見て対応するように配置されている。

【0027】

また、シャフト９００のひずみゲージ９１０の貼付位置とロータ側信号伝送構成部３２０との間には、ロータ側回路基板２２５が固定されている。なお、ロータ側回路基板２２５には、回路基板固定カバー２２６が取付けられている。回路基板固定カバー２２６は、シャフト９００が貫通する異形カップ形状を有し、ロータ側回路基板２２５をシャフト９００にしっかりと固定する役目を果たしている。これによって、ロータ側信号伝送構成部３２０及びロータ側回路基板２２５は、シャフト９００と一体に回転するようになっている。

【0028】

一方、ベアリング１１１の段部９０１側端面とステータ側電力供給構成部２１０の前記ベアリング端面に対向する端面との間、及びベアリング１１１の前記端面に対向するロータ側電力供給構成部２２０の端面との間にはわずかな隙間Ｇが形成されている。

【0029】

これによって、シャフト９００が回転しても、ハウジング１００に固定されたステータ側電力供給構成部２１０がベアリング１１１に干渉せず、かつシャフト９００と一体に回転するロータ側電力供給構成部２２０がベアリング１１２に干渉するのを防止している。

【0030】

同様に、ベアリング１１２の段部９０５側端面とステータ側信号伝送構成部３１０の前記ベアリング端面に対向する端面との間、及び前記ベアリング１１２の前記端面に対向するロータ側信号伝送構成部３２０の端面との間にもわずかな隙間Ｇが形成されている。

【0031】

これによって、シャフト９００が回転しても、ハウジング１００に固定されたステータ側信号伝送構成部３１０がベアリング１１１に干渉せず、かつシャフト９００と一体に回転するロータ側信号伝送構成部３２０がベアリング１１２に干渉するのを防止している。

【0032】

続いて、ひずみゲージ９１０に電力を供給する電力供給部２００について説明する。電力供給部２００は、図３に示すように、ハウジング１００に固定されたステータ側電力供給構成部２１０と、シャフト９００の上述したステータ側電力供給構成部２１０に対応する長手方向の位置に固定されシャフト９００と一体に回転するようになったロータ側電力供給構成部２２０から構成されている。

【0033】

ステータ側電力供給構成部２１０は、断面角形Ｃ字状のステータ側ボビン２１１と、ステータ側ボビン２１１を介して巻回されたステータ側電力供給コイル２１２と、磁気シールド部材で形成され、ステータ側ボビン２１１を囲うように形成されたステータ側ボビンケース２１３を有している。なお、ステータ側ボビン２１１には、ベークライト等の絶縁性を有する透磁製の材料が用いられ、ステータ側ボビンケース２１３には珪素快削鋼が用いられている。

【0034】

一方、ロータ側電力供給構成部２２０は、断面角形Ｃ字状のロータ側ボビン２２１と、このボビンを介して巻回されたロータ側電力供給コイル２２２を備えているが、ロータ側ボビン２２１は、磁気シールド部材からなるボビンケースを備えておらず、これによってシャフト９００の慣性質量が図６及び図７に示した構造のトルク変換器５よりも小さくなっている。なお、ロータ側電力供給構成部２２０の各部品の材質は、ステータ側電力供給構成部２１０の各部品の材質と同等である。

【0035】

続いて、ひずみゲージ９１０からの出力信号をステータ側に取り出す信号伝送部３００について説明する。信号伝送部３００は、図４に示すように、ハウジング１００に固定されたステータ側信号伝送構成部３１０と、シャフト９００の上述したステータ側信号伝送構成部３１０に対応するシャフト長手方向の位置に固定されシャフト９００と一体に回転するようになったロータ側信号伝送構成部３２０から構成されている。ステータ側信号伝送構成部３１０は、断面角形Ｃ字状のステータ側ボビン３１１と、このステータ側ボビン３１１を介して巻回されたステータ側信号伝送コイル３１２と、磁気シールド部材で形成され、ステータ側ボビン３１１を囲うように形成されたステータ側ボビンケース３１３を有している。なお、ステータ側ボビン３１１には、ベークライト等の絶縁性を有する透磁製の材料が用いられ、ステータ側ボビンケース３１３には珪素快削鋼が用いられている。

【0036】

一方、ロータ側信号伝送構成部３２０は、断面角形Ｃ字状のロータ側ボビン３２１と、このボビンを介して巻回されたロータ側信号伝送コイル３２２を備えているが、ロータ側ボビンケースからなる磁気シールド部材については備えておらず、これによって、上述した通りシャフトの慣性質量が図６及び図７に示した構造のトルク変換器５よりも小さくなっている。なお、ロータ側信号伝送構成部３２０の各部品の材質は、ステータ側信号伝送構成部３１０の各部品の材質と同等である。なお、ロータ側信号伝送構成部３２０とロータ側回路基板２２５とは電気的に接続されている。

【0037】

続いて、ステータ側回路基板１３５及びロータ側回路基板２２５に実装された電子部品や電子回路の構成及び回路動作について説明する。最初に図５の回路ブロック図に基づいて本実施形態に係るトルク変換器１の回路構成について説明する。図５の回路ブロック図においては、ステータ側には、ステータ側電力供給構成部２１０として、発振回路２１５と、ドライブ回路２１６と、電力供給部２００のトランスを構成する一方のステータ側電力供給コイル２１２が備わっている。また、ステータ側には、ハウジング外部に導出されたケーブル１４５から１５ボルトと５ボルトの電圧を発生させる（直流）電源回路２５０が備わっている。また、ステータ側には、ステータ側信号伝送構成部３１０のトランスを構成する一方のステータ側信号伝送コイル３１２、Ｆ／Ｖ変換モジュール（周波数／電圧変換モジュール）３１５、ステータ側出力信号増幅回路（ＡＭＰ）３１６、及びノイズ除去用の出力フィルター回路３１７が備わっている。

【0038】

一方、ロータ側には、ロータ側電力供給構成部２２０として、ロータ側電力供給構成部２２０のトランスを構成する他方のロータ側電力供給コイル２２２、交流電流を直流電流に整流し、直流電源をロータ側に構成させる整流回路２２３が備わっている。そして、ひずみゲージ９１０により構成されるホイートストンブリッジ回路９１１、ロータ側出力信号増幅回路（ＡＭＰ）３２５、ノイズ除去用のロータ側フィルター回路３２６、Ｖ／Ｆ変換モジュール（電圧／周波数変換モジュール）３２７、ロータ側信号伝送構成部のトランスを構成する他方のロータ側信号伝送コイル３２２が備わっている。なお、ロータ側の回路は、ホイートストンブリッジ回路９１１を除いてロータ側回路基板２２５に全て形成され、ステータ側の回路は、ステータ側回路基板１３５に全て形成されている。

【0039】

続いて、上述した回路構成に基づくトルク変換器１の動作について説明する。最初に、外部から電源回路２５０にケーブル１４５（図１参照）を介して直流電流が供給され、発振回路２１５によって所定の周波数に変換すると共に、ドライブ回路２１６によって電力供給部２００のトランスのステータ側電力供給コイル２１２に交流電流を流す。これによって、電力供給部２００のトランスを構成するロータ側電力供給コイル２２２に交流電流が励磁される。そして、この励磁された交流電源を整流回路２２３によって、本実施形態では５ボルトの直流電源に変換する。

【0040】

そして、この直流電源を用いて、ひずみゲージ９１０により構成されるホイートストンブリッジ回路９１１に電力を供給する。そして、トルク検出中にひずみゲージ９１０のわずかな出力変化を検出して、この出力信号をロータ側出力信号増幅回路３２５で増幅し、ロータ側フィルター回路３２６でノイズを除去する。

【0041】

そして、この出力信号をＶ／Ｆ変換モジュール３２７によって電圧から周波数に変換して信号伝送部３００のトランスのロータ側信号伝送コイル３２２に伝える。そして、信号伝送部３００のトランスを構成するロータ側信号伝送コイル３２２からステータ側信号伝送コイル３１２にこの周波数を伝え、Ｆ／Ｖ変換モジュール３１５でこの周波数を電圧に変換し、ステータ側出力信号増幅回路３１６によって増幅して、出力フィルター回路３１７によりノイズを除去し、ひずみに関する検出出力信号としてケーブル１４５を介して外部に伝える。

【0042】

以下、上述した本実施形態に係るトルク変換器１の作用について説明する。本実施形態に係るトルク変換器１がこのような構成を有することで、図６及び図７に基づいて説明した本発明に関連したトルク変換器５のような構成、即ち電力供給部２００と信号伝送部３００がひずみゲージ９１０の貼付位置に対してシャフト長手方向一側に隣接して配置する構成をとらずに済む。その結果、ロータ側において磁気干渉を防止するために電力供給部２００と信号伝送部３００のそれぞれに例えば珪素鋼板の積層体からなる磁気シールド部材を備える必要がなくなる。このようにロータ側に磁気干渉を防止するための磁気シールド部材を備えなくて済むと、回転体であるシャフト９００の慣性質量がその分増加することなく、シャフト９００を回転駆動させる際に大きな駆動力を必要としなくなると共に、シャフトの回転数の変化に関する応答性を低下させずに済む。

【0043】

また、本発明に関連したトルク変換器５と異なり、電力供給部２００におけるステータとロータ間に形成される磁束のループを必要最小限のループとして形成することができる。これにより、電力供給部２００において、磁気シールド部材において熱に変化する磁束に相当する分を考慮した余分な電力を供給する必要がなくなる。その結果、磁気シールド部材自体が発熱して、その周囲の回路基板に実装された電子部品や電気部品に悪影響を与える虞がなくなると共に、必要以上の電力を供給することがなく消費電力を抑えたトルク変換器とすることができる。

【0044】

また、本実施形態に係るトルク変換器１は、ロータ側信号伝送構成部３２０からステータ側信号伝送構成部３１０への電気信号の伝達を、ロータ側信号伝送構成部３２０に設けられているロータ側信号伝送コイル３２２の電圧を周波数に変換することより行っているので、この電気信号の伝達時にノイズが重畳し難くなる。その結果、ロータ側電力供給構成部２２０及びロータ側信号伝送構成部３２０に磁気シールド部材をわざわざ設けることなくロータ側信号伝送構成部３２０からステータ側信号伝送構成部３１０に電気信号を正確に伝送することができる。

【0045】

また、ステータ側ボビンケース２１３には珪素快削鋼が用いられているので、磁気シールド部材を構成する部分の大きさが小さくて済む。これによって、この磁気シールド部材の部分を、珪素鋼板を積層させて構成する代わりに珪素快削鋼で構成することができ、磁気シールドに関するコスト低減化を図り、ひいてはトルク変換器のコスト低減に貢献する。

【0046】

これは、例えばシャフト長手方向に約３ｍｍの長さを有する磁気シールド部材を用いる場合、この磁気シールド部材を製造するにあたって一般的に用いられている厚さ約０．５ｍｍの珪素鋼板を６枚から７枚積層して一体化させなければならないことに対して、本発明の場合、大きさの小さい磁気シールド部材で済むので、珪素快削鋼を加工するだけで製造することができ、加工し易くなると共に組付も容易にすることができるようになる。

【0047】

なお、本発明は、上述した実施形態の例示的構成や材質には必ずしも限定されず、本発明の作用を発揮しうる範囲で様々な材質を使用したり、形状の設計変更を行ったりすることが可能である。具体的には、上述の実施形態においては、ひずみゲージとしてホイートストンブリッジ回路からなる抵抗体を用いたが、シャフトのひずみを検出できるのであれば、必ずしもこのような構成には限定されず簡易型のブリッジ回路であっても構わない。また、ひずみゲージを構成する抵抗体は、薄膜抵抗体の他に、半導体を利用した抵抗体やその他本実施形態と同様の作用を奏するものを用いても構わない。また、上述の実施形態ではひずみゲージをシャフトの平面部に貼り付けたが、シャフトの曲面部に貼り付けても構わない。

【符号の説明】

【0048】

１ トルク変換器
１００ ハウジング
１１１，１１２（１１０） ベアリング
１２０ 空間
１３５ ステータ側回路基板
２００ 電力供給部
２１０ ステータ側電力供給構成部
２２０ ロータ側電力供給構成部
２２５ ロータ側回路基板
２２６ 回路基板固定カバー
３００ 信号伝送部
３１０ ステータ側信号伝送構成部
３１５ Ｆ／Ｖ変換モジュール（周波数／電圧変換モジュール）
３２０ ロータ側信号伝送構成部
３２７ Ｖ／Ｆ変換モジュール（電圧／周波数変換モジュール）
９００ シャフト（回転軸）
９０１，９０２，９０５，９０６ 段部
９１０ ひずみゲージ
９１１ ホイートストンブリッジ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】