轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種對(duì)安裝于主體的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置具備:應(yīng)變檢測(cè)部,其安裝于旋轉(zhuǎn)體;振蕩電路,其安裝于主體;和檢測(cè)電路,其安裝于主體,并將從應(yīng)變檢測(cè)部輸出的信號(hào)變換成轉(zhuǎn)矩信號(hào)。然后,通過電磁耦合部進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)部與振蕩電路的電連接,并通過相同的電磁耦合部進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)部與檢測(cè)電路的電連接。根據(jù)該構(gòu)成,能夠?qū)⒏邫z測(cè)精度的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置小型化。
【專利說(shuō)明】轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)作用于旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩的大小的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般已知的現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)的方法如下。首先,使被安裝于旋轉(zhuǎn)體的應(yīng)變檢測(cè)元件以規(guī)定的頻率進(jìn)行振動(dòng),對(duì)旋轉(zhuǎn)體施加轉(zhuǎn)矩。接著,若對(duì)旋轉(zhuǎn)體施加轉(zhuǎn)矩,則應(yīng)變檢測(cè)元件發(fā)生變形。然后,讀取應(yīng)變檢測(cè)元件發(fā)生變形時(shí)的振動(dòng)頻率的變化,并將該變化變換成轉(zhuǎn)矩值,由此檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩。
[0003]作為在先技術(shù)文獻(xiàn)信息,已知例如專利文獻(xiàn)I。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I JP特開2011-164042號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]使應(yīng)變檢測(cè)元件以規(guī)定的頻率進(jìn)行振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路、將從應(yīng)變檢測(cè)元件輸出的信號(hào)變換成轉(zhuǎn)矩信息信號(hào)的檢測(cè)電路,配置于安裝旋轉(zhuǎn)體的主體。在這種情況下,安裝于主體的驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路與安裝于旋轉(zhuǎn)體的應(yīng)變檢測(cè)元件之間的電連接,可以考慮使用滑環(huán)(slip ring)等機(jī)械式接觸單元。但是,在將機(jī)械式連接單元用于電連接的情況下,伴隨機(jī)械式接觸單元的磨耗、變形,會(huì)發(fā)生接觸電阻變化、轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度變化等問題。
[0008]可以考慮使用不需要機(jī)械式接觸的耦合線圈等的電磁耦合單元來(lái)取代機(jī)械式接觸單元。可以想到如下方法:使用電磁耦合單元分別將需要驅(qū)動(dòng)電路與應(yīng)變檢測(cè)元件的耦合、檢測(cè)電路與應(yīng)變檢測(cè)電路的連接這樣的電連接的部分單獨(dú)進(jìn)行耦合。但是若單獨(dú)地設(shè)置電磁耦合單元,則存在轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置自身大型化這樣的問題。
[0009]因此,本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)精度高且小型的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置。
[0010]于是,為了達(dá)成該目的,本發(fā)明的一方式是對(duì)安裝于主體的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置具備:應(yīng)變檢測(cè)部,其安裝于旋轉(zhuǎn)體;振蕩電路,其安裝于主體;和檢測(cè)電路,其安裝于主體,并將從應(yīng)變檢測(cè)部輸出的信號(hào)變換成轉(zhuǎn)矩信號(hào)。然后,通過電磁耦合部進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)部與振蕩電路的電連接,通過相同的電磁耦合部進(jìn)行應(yīng)變檢測(cè)部與檢測(cè)電路的電連接。
[0011]根據(jù)該構(gòu)成,本發(fā)明能夠?qū)⒏邫z測(cè)精度的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置小型化。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的電路方塊圖。
[0013]圖2是構(gòu)成圖1所示的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的傳感器元件的主視圖。
[0014]圖3是表示對(duì)于傳感器元件的應(yīng)變的梁部的振動(dòng)頻率的變化的圖。
[0015]圖4A是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0016]圖4B是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0017]圖4C是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0018]圖4D是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0019]圖4E是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0020]圖4F是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡的圖。
[0021]圖5是表示搭載了本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的電動(dòng)助力自行車的示意圖。
[0022]圖6是表示圖5所示的電動(dòng)助力自行車的鏈輪部分的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下,參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0024]圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式中的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的電路方塊圖。轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置對(duì)安裝于主體(未圖示)的旋轉(zhuǎn)體(未圖示)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)。轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置由配置于旋轉(zhuǎn)體的應(yīng)變檢測(cè)部1、和設(shè)置于主體的控制電路2構(gòu)成。
[0025]首先,對(duì)于應(yīng)變檢測(cè)部I的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]應(yīng)變檢測(cè)部I由電源電路3、傳感器部4、開關(guān)電路20和第2線圈18構(gòu)成。電源電路3向傳感器部4供給電源。傳感器部4由生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)控制部5、傳感器元件6和差分電路7構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)控制部5生成驅(qū)動(dòng)信號(hào),對(duì)于傳感器元件6,從驅(qū)動(dòng)控制部5輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)使傳感器元件6以規(guī)定的頻率進(jìn)行振動(dòng)。從傳感器元件6輸出的檢測(cè)信號(hào)由差分電路7進(jìn)行差分處理。
[0027]接著參照?qǐng)D2對(duì)傳感器元件6的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0028]如圖2所示,傳感器元件6在矩形狀的硅基板8的中央部分,設(shè)置有梁部9a、9b。梁部9a、9b分別沿附圖的橫向、附圖的縱向進(jìn)行延伸。
[0029]在各梁部9a、9b配置有通過從電源電路3輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而進(jìn)行伸縮的驅(qū)動(dòng)電極10、以及根據(jù)梁部9a、9b的振動(dòng)生成檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)電極11。
[0030]另外,例如,驅(qū)動(dòng)電極10、檢測(cè)電極11,通過由Pt電極與Au電極夾著PZT壓電體層的層疊結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。例如,若是驅(qū)動(dòng)電極10則根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率使電極伸縮而使梁部9a、9b發(fā)生振動(dòng),若是檢測(cè)電極11則激發(fā)與梁部9a、9b的振動(dòng)相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。
[0031]S卩,預(yù)先在旋轉(zhuǎn)體安裝傳感器元件6,通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)使梁部9a、9b以規(guī)定的頻率進(jìn)行基本振動(dòng)。通過對(duì)旋轉(zhuǎn)體施加轉(zhuǎn)矩從而在旋轉(zhuǎn)體發(fā)生應(yīng)變。因旋轉(zhuǎn)體所發(fā)生的應(yīng)變而引起傳感器元件6發(fā)生應(yīng)變,從檢測(cè)電極11輸出的檢測(cè)信號(hào)的振動(dòng)頻率伴隨傳感器元件6的應(yīng)變而發(fā)生變化。
[0032]若更具體地說(shuō)明,在對(duì)傳感器元件6施加了如箭頭所示來(lái)自側(cè)方(附圖左側(cè))的外力的情況下,壓縮應(yīng)力施加于延伸方向與應(yīng)變的方向一致的梁部9a。因此,如圖3的實(shí)線所示,梁部9a的振動(dòng)頻率根據(jù)外力而降低。此外,拉伸應(yīng)力施加于延伸方向與應(yīng)變的方向正交的梁部%,如圖3的實(shí)線所示,梁部%的振動(dòng)頻率根據(jù)外力而升高。因此,通過由差分電路7對(duì)從各個(gè)檢測(cè)電極11輸出的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差分處理,從而差分電路7高效地輸出與轉(zhuǎn)矩相應(yīng)的頻率的變化。
[0033]接著,參照?qǐng)D1對(duì)控制電路2的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
[0034]配置于主體的控制電路2,由生成電源電路3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振蕩電路12、和將從應(yīng)變檢測(cè)部I輸出的信號(hào)成形為規(guī)定的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的檢測(cè)電路13構(gòu)成。檢測(cè)電路13包含第I分壓電路14、2值化電路15和波形整形電路16。第I分壓電路14將從檢測(cè)部輸出的檢測(cè)信號(hào)變換成規(guī)定的電壓。2值化電路15將從第I分壓電路14輸出的分壓信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行2值化。波形整形電路16將來(lái)自2值化電路15的輸出信號(hào)波形整形為規(guī)定的輸出形態(tài)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
[0035]接著,對(duì)應(yīng)變檢測(cè)部I中所構(gòu)成的開關(guān)電路20進(jìn)行說(shuō)明。
[0036]為了將從振蕩電路12向電源電路3發(fā)送的振蕩信號(hào)與從傳感器元件6向檢測(cè)電路13發(fā)送的檢測(cè)信號(hào)分開進(jìn)行處理,設(shè)置了開關(guān)電路20。開關(guān)電路20使用來(lái)自傳感器元件6的輸出信號(hào)形成第2線圈18的感應(yīng)電壓。因此在第2線圈18形成脈動(dòng)波形。
[0037]接著,對(duì)第I分壓電路14以及第2分壓電路21進(jìn)行說(shuō)明。
[0038]第I分壓電路14與第2分壓電路21并聯(lián)連接。在第2分壓電路21中,將第2線圈18所感應(yīng)到的脈動(dòng)波形變換成規(guī)定的電壓。在變換了脈動(dòng)波形后,對(duì)變換后的信號(hào)進(jìn)行整流和平滑后將其設(shè)為2值化電路15的基準(zhǔn)電壓。在該基準(zhǔn)電壓與第I分壓信號(hào)存在伴隨溫度變化、干擾的輸出變動(dòng)的情況下,由于同樣受到影響,因而能夠抑制對(duì)比較值的影響。因此本實(shí)施方式的檢測(cè)電路13成為提高了檢測(cè)精度的構(gòu)成。
[0039]接著,關(guān)于參照?qǐng)D1進(jìn)行了說(shuō)明的本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的信號(hào)波形的過渡,參照?qǐng)D4A?圖4F進(jìn)行說(shuō)明。
[0040]首先,從振蕩電路12振蕩圖4A所示的150kHz程度的振蕩信號(hào)。接著,振蕩信號(hào)通過電磁耦合部19被第2線圈18感應(yīng),振蕩信號(hào)通過電源電路3而成為5V的電源電壓。接著,5V的電源電壓被供給到驅(qū)動(dòng)控制部5。對(duì)驅(qū)動(dòng)控制部5供給的電源電壓使傳感器元件6發(fā)生振動(dòng),結(jié)果形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所形成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)由傳感器元件6的驅(qū)動(dòng)電極10(圖2所示)被輸出到差分電路7。進(jìn)而,差分電路7生成差分信號(hào),并進(jìn)行輸出。
[0041]圖4B中示出從差分電路7輸出的差分信號(hào)。由于圖4B所示的差分信號(hào)為5kHz的信號(hào),因而難以通過電磁耦合部19對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行耦合。因此,差分信號(hào)通過開關(guān)電路20的開關(guān)動(dòng)作而生成圖4C所示的15V、150kHz程度的脈動(dòng)波形的信號(hào)。該脈動(dòng)波形的信號(hào)經(jīng)由第2線圈18耦合到第I線圈17。然后,第I線圈17所感應(yīng)到的脈動(dòng)波形的信號(hào)在第I分壓電路14中,如圖4D的實(shí)線22所示被變換成4V程度的信號(hào)。此外,同時(shí),第I線圈17所感應(yīng)到的脈動(dòng)波形的信號(hào)在第2分壓電路21中被電壓變換成規(guī)定的電壓。在第2分壓電路21中,對(duì)經(jīng)電壓變換后的脈動(dòng)波形的信號(hào)進(jìn)行整流并且平滑,生成圖4D的實(shí)線23所示的3V程度的基準(zhǔn)電壓(基準(zhǔn)信號(hào))。
[0042]由第I分壓電路14生成的信號(hào)和由第2分壓電路21形成的基準(zhǔn)信號(hào)被輸入到2值化電路15。然后,輸入到2值化電路15的信號(hào)在2值化電路15中,被變換成圖4E所示的2值化信號(hào)。
[0043]另外,變換成2值化信號(hào)的處理,是用于將為了進(jìn)行第I線圈17與第2線圈18之間的電磁耦合而進(jìn)行了高頻化的檢測(cè)信號(hào)返回到從差分電路7輸出的5kHz程度的差分信號(hào)的頻率水平的處理。成為調(diào)諧到了圖4E所示的L水平部分24與H水平部分25的脈動(dòng)波形的頻率的脈沖波形。然后,由波形整形電路16將該H水平部分25的連續(xù)脈沖波形變換成H水平電壓波形。如圖4F所示,對(duì)從差動(dòng)電路輸出的差動(dòng)信號(hào)、即與來(lái)自傳感器部4的輸出信號(hào)相同頻率的脈沖波形的轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行整形。另外,作為波形整形電路16中的信號(hào)處理,若使用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,則由于使H水平部分25的各脈沖波形在波峰值保持一定時(shí)間而將其變換成H水平部分25的波峰值連續(xù)了的波形,因此能夠高效地進(jìn)行波形整形。
[0044]從以上的說(shuō)明中可知,在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置中,通過由在控制電路2中設(shè)置的第I線圈17與在應(yīng)變檢測(cè)部I中設(shè)置的第2線圈18構(gòu)成的電磁耦合部19而進(jìn)行了應(yīng)變檢測(cè)部I與控制電路2的電連接。
[0045]S卩,通過電磁耦合部19進(jìn)行了應(yīng)變檢測(cè)部I與控制電路2的電連接。由此能夠防止伴隨機(jī)械式接觸單元的磨耗、變形的接觸電阻的變化,并抑制伴隨持續(xù)使用的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度的劣化。
[0046]此外,另外,通過一個(gè)電磁耦合部19進(jìn)行了電源電路3與振蕩電路12的電連接、以及傳感器部4與檢測(cè)電路13的電連接這2個(gè)電連接。因此,能夠?qū)崿F(xiàn)電磁耦合所需的電磁耦合部19的共有化,從而能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置小型化。即,在本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置中,通過相同的電磁耦合部19共享地進(jìn)行了電源電路3與振蕩電路12的電連接以及傳感器部4與檢測(cè)電路13的電連接。因此,能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及高精度化。
[0047]接著,最后對(duì)本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的活用例進(jìn)行說(shuō)明。
[0048]在圖5所示的例子中,在轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)助力自行車中的踏板26時(shí)檢測(cè)鏈輪27所涉及的轉(zhuǎn)矩來(lái)決定在主體安裝的輔助動(dòng)力部28的輔助量時(shí),使用本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置。在這種情況下,如圖6所示,在作為旋轉(zhuǎn)體的鏈輪27的梁部29的表面配置傳感器部4并且繞著旋轉(zhuǎn)軸配置第2線圈18。然后如圖5所示,通過在自行車的主體側(cè)配置包含第I線圈17的控制電路2,從而能夠得到與上述的本實(shí)施方式同樣的作用效果,并且在應(yīng)變檢測(cè)部I與控制電路2分別分開的狀態(tài)下配置于主體以及旋轉(zhuǎn)體,因此能夠用樹脂蓋等對(duì)它們逐個(gè)進(jìn)行機(jī)密密封,能夠進(jìn)行防塵、防水的對(duì)策。
[0049]工業(yè)實(shí)用性
[0050]本發(fā)明涉及對(duì)施加給安裝于主體的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè)的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,能夠?qū)⒏邫z測(cè)精度的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置小型化。
[0051]此外,本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置在謀求小型輕量化的電動(dòng)助力自行車等用途上很有效。
[0052]符號(hào)說(shuō)明
[0053]I 應(yīng)變檢測(cè)部
[0054]3 電源電路
[0055]6 傳感器元件
[0056]12振蕩電路
[0057]13檢測(cè)電路
[0058]14第I分壓電路
[0059]15 2值化電路
[0060]16波形整形電路
[0061]17第I線圈
[0062]18第2線圈
[0063]19電磁稱合部
[0064]20開關(guān)電路
[0065]21第2分壓電路
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,對(duì)安裝于主體的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測(cè), 所述轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置的特征在于,具備: 應(yīng)變檢測(cè)部,其安裝于所述旋轉(zhuǎn)體; 振蕩電路,其安裝于所述主體;和 檢測(cè)電路,其安裝于所述主體,并將從所述應(yīng)變檢測(cè)部輸出的信號(hào)變換成轉(zhuǎn)矩信號(hào), 通過電磁耦合部進(jìn)行所述應(yīng)變檢測(cè)部與所述振蕩電路的電連接, 通過所述電磁耦合部進(jìn)行所述應(yīng)變檢測(cè)部與所述檢測(cè)電路的電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,其特征在于, 所述電磁耦合部由第I線圈與第2線圈構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,其特征在于, 所述應(yīng)變檢測(cè)部具有: 傳感器部,其具有頻率輸出型的傳感器元件; 電源電路,其根據(jù)從所述振蕩電路供給的振蕩信號(hào),生成驅(qū)動(dòng)所述傳感器元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào);和 開關(guān)電路, 所述第I線圈連接所述振蕩電路和所述檢測(cè)電路, 所述第2線圈連接所述電源電路和所述傳感器部, 所述開關(guān)電路使用來(lái)自所述傳感器元件的輸出信號(hào)形成所述第2線圈的感應(yīng)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,其特征在于, 所述檢測(cè)電路,具備: 2值化電路;和 波形整形電路,其對(duì)從所述2值化電路輸出的2值化信號(hào)進(jìn)行波形整形, 所述2值化電路,具有: 第I分壓電路;其根據(jù)所述第2線圈中振蕩的感應(yīng)電壓,將所述第I線圈所感應(yīng)的脈動(dòng)波形變換成規(guī)定的電壓,輸出第I分壓信號(hào);和 第2分壓電路,其在將所述脈動(dòng)波形變換成規(guī)定的電壓而形成第2分壓信號(hào)之后進(jìn)行整流和平滑而生成基準(zhǔn)電壓, 將所述第I分壓信號(hào)與所述基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行2值化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,其特征在于, 所述波形整形電路由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)矩檢測(cè)裝置,其特征在于, 所述應(yīng)變檢測(cè)部具有電源電路和傳感器部, 通過所述電磁耦合部進(jìn)行所述電源電路與所述振蕩電路的電連接, 通過所述電磁耦合部進(jìn)行所述傳感器部與所述檢測(cè)電路的電連接。
【文檔編號(hào)】G01L1/10GK104350367SQ201380028011
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】地頭所典行 申請(qǐng)人:松下知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)營(yíng)株式會(huì)社