JP2003518240A - トルク測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ここに回転シャフトのトルク測定方法及び測定装置が提供される。一実施例において、前記装置（１０）は、シャフトに取り付けた変換器アッセンブリ（１０）を有する。前記変換機アッセンブリは、第一プレート部材（１４）と、前記第一プレート部材から伸張された複数のウエブ（１８）と、前記ウエブに接続された第二プレート部材（１６）を有する。複数のひずみゲージが選択位置に選択パターンで搭載される。トルクがシャフトに加わると、シャフトよりのねじりロードが第一プレート部材と、ウエブ部材と、第二プレート部材とにストレスを引き起こす。ひずみゲージは、このストレスを測定し、測定ストレスの信号を発生させる。検知回路より発した信号は、校正データと比較され、トルク値が推定される。一つの実施例において、ひずみゲージは、対向する対で変換器アッセンブリ上に配置され、電気的にホイートストーン・ブリッジとして接続される。そして、非ねじりロードから結果として得られるひずみが、測定信号からキャンセルされ、従ってトルク測定の正確性を改善することになる。他の実施例において、ひずみゲージは変換器アッセンブリの局部高ストレスエリアを形成する目的で形成された薄膜領域に位置される。その他の実施例において、変換器アッセンブリは、非連結アパーチユアを有する。非連結アパーチユアは、変換器アッセンブリの反り及び屈曲によるヒステリシスを最小化するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 【関連出願のクロスリファレンス】

本発明は、１９９８年１０月３０日に出願された現在継続中の米国仮特許出願
第６０／１０６，４９２号より優先権を主張する特許出願である。

【技術分野】

本発明は、トルク測定装置及びトルク測定方法に関するもので、より詳しくは
回転シャフトのトルク出力を測定するストラクチュア及びその方法に関するもの
である。

【発明の背景】

エンジン・クランクシャフト・トルクはエンジン及び自動車のパフォーマンス
にとって非常に重要な要因である。オートマッチック・トランスミッションでの
自動車運転における燃料節約、運転性、そして操作平滑度は、トランスミッショ
ン・シフトのポイント及びエンジン操作のパラメーターの作用で影響されるもの
である。クランク・シャフト・トルクは、これらのシャフト・ポイントを最適化
する目的で考慮に入れられるものである。駆動車両のデザイン及び適切な作用も
また考慮されなければならない。 一般的にクランク・シャフト・トルクは、大いに専門的で高価なダイナモメー
タ機器及び装置を利用してテスト・セル内で測定されてきた。しかし前記機器は
、大きく非常に精密なものであるため、自動車に全く適していない。 また、エンジン・クランク・シャフト・トルクを測定するその他の試みは、フ
ラッツ（FLATS）を機械加工してエンジン・クランク・シャフトを作成し、フラ
ッツにひずみゲージまたはストレス・ゲージを設置することによって行われた。
トルク・ロードがクランク・シャフトに与えられ、ひずみゲージがフラッツの位
置で導かれたストレス・ロードを検知する。ひずみゲージより結果として得られ
た信号は、トルク値を示唆するトルク校正データと比較される。 前記トルク測定装置は、幾つかの問題に悩まされる。センサーの設置及び各個
別のクランク・シャフトを物理的にロードし校正をすることが困難であり実用的
ではないことに加え、エンジン・クランク・シャフトの寿命を短縮するといった
改修が装置を設定するために必要となるため商業生産車への使用には適していな
いということである。また、ねじりロードに起因するストレス及び非ねじりロー
ド（即ち、軸ロード、シャー／ラジアルロード、屈曲ロード（BENDING LOADS）
、スキュー／ミスアレインメントロード）に起因するストレスの区別をできない
ため、不正確であるといった問題に直面する。 従来のトルク測定装置（特にスリップ・リングを用いた装置）に潜在する寸法
制約及び正確性の問題は、他の主要な自動車システムに一般的なデザイン・サイ
クルよりも長い自動車ドライブ・トレーン（AUTOMOTIVE DRIVE TRAIN）のデザ
イン・サイクルに大きく貢献することとなった。従来技術のトルク測定装置の設
置時の欠点はまた実際上商業生産自動車への組み込みを排除するものとなる。

【発明の要約】

本発明の原理に基づいて、回転シャフトのトルク測定方法とその装置が提供さ
れる。第一実施例において、前記装置はシャフトに取り付けた変換器を有する。
前記変換器は、第一プレート部材、前記第一プレートより伸張したウエブ、及び
前記ウエブに接続した第二プレート部材を有する。複数のひずみケージは、任意
位置の選択されたパターンで検知回路を形成する前記変換器に搭載される。第一
プレートは強固にシャフトに連結される。シャフトにトルクが加わると、前記変
換器も回転する。シャフトよりのねじりロードが第一プレート、ウエブ、そして
第二プレート部材にストレスを引き起こす。ひずみゲージは、ロードが変換器に
よって移動する時に通過する変換器内の位置に設置される。ひずみゲージは、ス
トレスに反応し、引き起こされたストレスの測定をする信号を発生させる。検知
回路から発せられる信号は、校正データと比較され、トルク値が推定される。 第一実施例において、前記ひずみゲージは、変換器上に対で設置され、ホウィ
ートストーン・ブリッジとして電気的に接続される。本実施例においては、非ね
じりロードより結果として受けるひずみが測定信号によってキャンセルされ、従
ってトルク測定の正確さを改善するものである。 その他の実施例において、ひずみゲージは、変換器中の薄肉部に位置する。薄
肉部は局部高ストレス領域を形成する目的で作成される。夫々のひずみゲージを
通じて常にストレスを与えるよう設計されることが望ましい。 その他の実施例において、変換器は、非連結アパーチユアを有する。非連結ア
パーチユアは、穴またはスリットを有し、変換器全体のどの位置にも配置可能で
ある。非連結アパーチユアを適切に利用することによって、変換器の反り及び屈
曲によって生じるヒステリシスが最小化される。

【本発明の詳細な説明】

第一実施例において、本発明のトルク変換機は、ここにテストされているよう
に自動車ドライブ・トレーンに接続される。第一プレートは、クランク・シャフ
トの一端に接続され、第二プレートは、フレックス・プレートまたはフライホイ
ールに接続される。（ここでフレックス・プレートとフライホイールは交互に使
用される。）便宜上ここではフライホイールという用語は広い意味を持ち、フレ
ックスプレート、連結車輪、またはクランク・シャフトとトルク・コンバータ間
の連結部材といった用語を含むものとする。前記フライホールは、公知のベアリ
ング及び連結部材を介して公知の技術を利用してトランスミッションに接続され
る。トランスミッションの出力は駆動シャフトまたはその他のロード（OTHER L
OAD）に接続される。そしてエンジンが作動し、前記シャフトを回転させるパワ
ーを供給する。様々なロードがテスト・ルーチン全体を通してドライブ・トレー
ンに設置され、ひずみゲージの出力が検知され、テスト・ルーチン全体を通して
トルクが得られる。 その他の実施例において、トルク変換器は、エンドユーザーにより運転される
顧客購入自動車のドライブ・トレーンに接続される。トルク測定よりの出力は、
入力としてオンボード電子制御ユニットに供給され、自動車操作に微調整を行う
。また、トルクという形でオペレータに表示されるか、瞬間回転速度と合わせて
瞬間馬力の読出しを行うか、またはそれら両方を行う。 図１は、本発明の実施例に基づくトルク変換器１０の等角図である。トルク変
換器１０は、複数のウエブ部材１８によって第二プレート部材１６に取り付けら
れた第一プレート部材を有するアセンブリ１２を含むものである。第一プレート
部材１４は、第一プレート部材１４をクランク・シャフト及び第一アレインメン
ト・アパーチユア（FIRST ALIGNMENT APERTURE）２２といったトルク・ソース
に締め付けるための複数の第一ボルト穴２０を有する。第一プレート部材１４は
またストラクチャ・サポートを改善するために第一ボルト穴２０付近にタブ２４
を有する。ノッチ２６は、クランク・シャフトのオフセット・ホール・マッチン
グのインジケータとして、第一ボルト穴２０の一つに設置される。 同様に、第二プレート部材１６は、第二プレート部材１６をロードに取り付け
るために複数の第二ボルト穴２８を有する。前記ロードは、フライホイール、フ
レックス・プレート、トランスミッション、またはその他のロードである。第二
プレート部材１６は、第二アレインメント・アパーチユア３０を有し、また複数
の非連結アパーチユア（DECOUPLING APERTURE）３２も有する。図１に示した実
施例において、非連結アパーチユア３２は、第一ボルト穴２０へのアクセスを可
能とする。第二プレート部材１６は、図２に示されたアレインメント・ピン・ア
パーチユア（ALIGNMENT PIN APERTURE）３３を有する。一つ以上のひずみ取り
スリット２７は、本明細書の他の部分に説明されるその他の実施例に記載されて
いる。 図２Aは、図１のトルク変換器１０の軸方向より見たの断面図である。ウエブ
部材１８は断面で示されている。一対のひずみゲージ４２は、ウエブ部材１８の
両側に第二プレート部材１６の表面に設置される。その他の実施例において、ひ
ずみゲージ４２はウエブ部材１８に設置され、各ウエブ部材１８の何れかの側に
位置する。更にその他の実施例において、ひずみゲージ４２は第二プレート部材
１６の外側に設置され、薄膜または製造性、若しくはそれら両方を考慮に入れ、
図２Aに示されたように直接対面する位置に設置される。ひずみゲージ４２は、
これら以外の位置に異なった方向に配置可能であり、単一または対でも可能であ
り、トルク変換器１０上の図２Aに示される位置以外にも設置可能である。 ひずみゲージ４２の位置は、信頼性のあるトルク測定を提供し、非トルク方向
に発生するストレスによる影響を軽減または排除するように選択される。例えば
、ウエブ部材の何れか側（またはウエブ部材上）に位置することによって、プレ
ート回転時のトルクからのストレスを第二プレート部材で測定する。非トルク・
ソースからのストレスは信号応答の差し引きによって排除される。 図２Bは、図２Aのトルク変換器１０の一実施例に基づいた検知回路４０の回路
図である。検知回路４０は、導電素子４４によって相互に電気接続されるひずみ
ゲージ４２を有する。パワー・リード４６は、検知回路４０のひずみゲージ４２
に電力を導くものであり、主信号リード４８は、ひずみゲージよりの測定信号５
０を下記に説明する信号コンディショニング及びトランスミッション・コンポー
ネントに配送する。図示されないワイヤ・ノッチ（WIRING NOTCH）は、第二プ
レート部材２８表面に配置され、パワー・リード４６または主信号リード４８、
若しくはそれら両方が前記ワイヤ・ノッチに沿って配設される。 薄膜タイプ及び厚膜タイプといった様々なひずみゲージ４２が使用可能である
。薄膜ゲージは様々な形に形成可能であり、例えば適当な導電及び断熱性物質の
交互の膜を連続してマスキング及びスプッタリングして形成可能である。電気リ
ード４４、４６、４８は、断熱膜のスプッタリング、導線のスプッタリング、必
要な場合はエッチング、そして保護断熱膜によってコーティングするといった適
切な技術を用いてアッセンブリ１２に直接形成可能である。ひずみゲージ及び導
電リードの作成は、当業者にとって公知のものであるが、その他の適応可能な技
術も利用可能である。 図２Bに示される実施例において、ひずみゲージ４２は、各ウエブ部材１８の
相反側方向に設置され、ホイートストーン・ブリッジ５２の要領で電気的に接続
されている。ホイートストーン・ブリッジ５２は、直流定電圧、定電流類、また
は一つの実施例におけるような交流タイプであることが可能である。非ねじりロ
ード（即ち、軸ロード、シアまたはラジアルロード、屈曲ロード、若しくはスキ
ューまたはミスアラインメントロード）は、ウエブ部材１８の一方側に正値ひず
みを発生させ、ウエブ部材１８の他方側に負値ひずみを発生させる。ウエブ部材
１８と一体のひずみゲージ４２は、ホイートストーン・ブリッジ５２の隣設ブラ
ンチ５４に戦略的に向き合って配置されることによって、非ひずみロードの正負
ひずみ値がライン４８上の測定信号５０から電気的に排除される。これによって
、検知回路４０は、一つ以上のストレス値を合わせ、非ねじりストレス値の排除
を達成可能であり、ねじり力によって発生するストレス値のみからなる測定信号
５０を生成可能である。言い換えれば、ホイートストーン・ブリッジ５２の付加
効果を合わせることによって、即ち変換器上のひずみゲージの戦略的配置及びホ
イートストーン・ブリッジ５２中のひずみゲージの戦略的配線方向によって、ね
じりロードのみによって発生したストレスを追加し、ホイートストーン・ブリッ
ジ５２から純産出信号を作成することが可能である。それと同時に、非ねじりロ
ードが排除され、ホイートストーン・ブリッジ５２からの純産出には非ねじりロ
ードが全く入らないこととなる。 上述の実施例の一つの利点は、トルク測定の正確性が改善されることである。
非ねじりロードの効果は電気的に無効となり、測定された信号５０から排除され
るため、クランク・シャフトからのトルクのより正確な測定を提供することとな
る。 図３は、本発明の一実施例に基づいた変換器１２に搭載されたひずみゲージ４
２の部分拡大横断面図である。本実施例において、ひずみゲージ４２は薄部５７
に位置し、プレート１６の主要部の厚さｔ２より薄い厚さｌ２を有する。低減肉
厚５７は、リセス５６を有することによって達成できる。リセス５６は、第二プ
レート部材１６（または第一プレート部材１４）の厚さを変更することで形成さ
れ、夫々のひずみゲージ４２を横断して約一定のストレスを提供するようデザイ
ン可能である。リセス５６は、高ストレスが集中した領域付近に位置することが
望ましく、例えばウエブ部材１８及び第二プレート部材１６（または第一プレー
ト部材１４）のジャンクションのコーナー・フィレット５８付近であり、または
変換器１２における高ストレス集中局部を形成するのに利用可能である。 上記の薄部５７の利点は、トルク測定の正確性が改善されることである。高ス
トレスが集中した局部を形成することによって、測定信号５０が強化され、信号
対雑音比が改善される。ｔ１とｔ２の厚さにほんの少しの違いしかない場合、大
容量のトルク・ストレスは領域ｔ１に集中される。ここに記された実施例におい
て、ストレスは、ウエブ１８からの距離をベースとした長さL全体で変わる肉厚
ｔ１を有しているためにひずみゲージ４２の全長L全体において一定である。即
ち、フィレット５８のエッジは非常に高いストレス域となっている。ひずみゲー
ジ５８を前記領域またはウエブ上に搭載することが可能である。しかし、フィレ
ットの小さな曲線または不規則な表面とひずみゲージの寸法が故に実用的でない
ことがしばしある。傾斜が一定ストレス領域を維持する薄部５７に選択すること
で、ひずみゲージ４２によって均一な検知を供給することとなる。殆ど一定のス
トレスを夫々のひずみゲージ４２を横断して供給することによって、改善された
信号の質及び改善された非ねじりロード効果の取り消しを成し遂げることが可能
である。 図４は、ドライブ・トレインに取り付けた図１のトルク変換記１０の側面図で
ある。ドライブ・トレインは、クランク・シャフト６０、フライホイール６６、
転送部材６７（通常トルク・コンバーター）、トランスミッション６９、及びド
ライブ・シャフト７１を有する。第一プレート部材１４は、クランク・シャフト
・ボルト６２によってクランク・シャフト６０の端に締結される。第二プレート
部材１６は、フレックスプレート・ボルト６８を利用してフライホイール６６の
端に締結される。リング・ギアー７２は、始動電動機７４のギアとけ係合するよ
うにフライホイール６６の外周付近に位置される。通常は自動車のトルク・コン
バーターであるが如何なる連結部材でも可能である連結部材６７は、フライホイ
ール６６とランスミッション６９に接続される。トランスミッション６９は、連
結部材６７からパワーを受け、自動車の車輪７３を回転させて自動車を前進させ
るために選択された速度で駆動シャフト７１を回転させる。図４のパーツは、ス
ケール用のものではなく、ブロックで示され、トルク変換記１０がドライブ・ト
レインの一構成部品であることを示している。エンジンからのパワーは、直列で
トルク変換器１０を通過してドライブ・トレインの残り部分に通じ、従って全ロ
ードがトルク変換器１０を通過することとなる。 エンジン始動時に、始動電動機７４がリング・ギア７２と係合する場合、トル
クが第二プレート部材１６にかかり、第二プレート部材１６が回転し始める。第
二プレート部材１６は、ウエブ部材１８を通って第一プレート部材１４にトルク
を転送し、エンジンの内部摩擦力のために回転運動の妨害となる。ストレスは、
全変換器１２より展開され、必要に応じてモニタ可能な検知回路４０のひずみゲ
ージ４２によって検知される。そして、エンジン始動後は、クランク・シャフト
６０によってトルクが第一プレート部材１４に送られる。操作中、第一プレート
部材１４がエンジンのクランク・シャフトに締結可能で、第二プレート部材１６
がフライホイールに締結可能である。エンジンによってトルクが第一プレート部
材１４にかかると、第一プレート部材１４が回転し始め、ウエブ部材１８を通じ
て第二プレート部材１６にトルクを転送する。第二プレート部材１６は、フライ
ホイールの内部とその他の内部摩擦力とロードのために回転運動に弊害となる。
従って、ストレスが第一プレート部材１４、第二プレート部材１６、そしてウエ
ブ部材１８に発展する。検知回路４０のひずみゲージ４２は、変換器１２を横断
する様々な位置のストレスを測定し、測定信号５０が生成される。燃料がエンジ
ンに供給されなくなり、自動車が惰行している場合、エンジンがロードドとなり
、自動車の車輪がドライブ・トレインを回転させるパワーを供給する。ここでト
ルクは、トルク変換器１０に逆方向に与えられる。この逆トルクが検知され、測
定値が出力として供給される。 上記の実施例の一つの利点は、ひずみゲージ４２がエンジンのクランク・シャ
フトに搭載されず、むしろ変換器１２に搭載されることである。従って、殆どエ
ンジン・クランク・シャフトを変更する必要がない。このことが消費者向け大量
生産車におけるトルク変換器１０への適用性を改善することとなる。 非連結アパーチユア２７は、第一実施例の第二プレート部材１６に見られる。
その他の実施例においては、非連結アパーチユア２７が存在しない。即ち、プレ
ート１４と１６が一枚板であり、穴またはボルト穴を有していないということで
ある。非アパーチユア２７を利用することの利点は、例えば上記のようにエンジ
ンがドライブ・モードから惰行モードへと変更される時のように、与えられるト
ルクが小さな正値から小さな負値に変わる時に経験するボルト穴２８におけるバ
ックリング（ＢＵＣＫＬＩＮＧ）またはプレート移動若しくは両方を引き起こす
ロードを回避するためにヒステリシスの可能性を減少させるということである。
その他の実施例において、追加の非連結アパーチユア２７は、変換器１２全体に
位置するようサイズ可能である。例えば、追加の非連結アパーチユアの実施例は
、第二プレート部材１６中に搭載されているひずみ解消スリット２７として図１
に示されている。一つ以上のひずみ解消スリット２７が追加され、ボルト位置に
おけるひずみとピンチング（ＰＩＮＣＨＩＮＧ）によって起こるヒステリシスを
軽減することが可能である。 図５は、図１のトルク変換器がフライホイール６６に連結された状態の図４の
５−５断面図である。本実施例において、検知回路４０は、コネクタ７６と、絶
縁形変成器７８と、送信機８０とを有し、それらはフライホイール６６に搭載さ
れる。図２Ｂに示されたワイ接続は、コネクタ５６に共に集められ、ライン４７
を介して第二コネクタ４９へとつながり、ライン４８を介して主コネクタ７６に
つながる。フライホイール６６は、始動電動機と係合する目的で歯７２を有して
いる。本明細書及び請求項に使用されている用語フライホイール６６は、一般的
にはクランク・シャフトをトランスミッションへ接続するプレートであり、フレ
ックスプレートを有し、オートマチック・トランスミッションまたはその種のタ
イプのプレートと呼ばれている。 何通りもある構成のうちの一つである本実施例において、８個の送信機までフ
ライホイール・サポート・ハードウエアに搭載することが可能である。これによ
って、複数のタイプのセンサー（即ち、圧力、温度、ひずみ等）を２８個まで利
用し、そこからデータを許可し、回転するハードウエアから外部受信機に同時に
送信する位置とする。着脱可能なリテーナと保護カバー６４はフライホイールの
各４分の１づつ設置される。図５は外された四つのカバー６４のうちの一つを示
している。 図６は、オートマチック・トランスミッション仕様自動車のドライブ・トレイ
ンに設置された図５のトルク変換器１０の６−６部分側面及び断面図である。本
実施例において、トルク変換器１０の第一プレート部材１４は、クランク・シャ
フト・ボルト６２を利用してクランク・シャフトに締結され、第二プレート部材
１６は、フレックスプレート・ボルト６８を利用してフライホイール６６に締結
される。フロントカバー８４とパイロット・ガイド８６を有したトルク・コンバ
ータ８２もまたフライホイール６６に取り付けられる。パイロット・ガイド８６
は、第二プレート部材１６の第二アレインメント・アパーチユア３０と、第一プ
レート部材１４の第一アレインメント・アパーチユアとを通過し、クランク・シ
ャフト６０内のパイロット・ベアリング８８(又はブッシュ)に滑動可能に係合す
る。受信アンテナ９０は、エンジン・ブロック９１に位置し、送信機８０より発
信した測定信号９０を受信するよう形成されている。二次信号リード９２は、受
信アンテナ９０から電気的に接続され、受信または検知若しくは両方をし、装置
を制御する。自動車が始動する時、スターター７４はフライホイール６６の歯７
２と係合する位置にある。 操作中、測定信号５０は、ホイーとストーン・ブリッジ５２から主信号リード
４８に沿って送信機につながるコネクター７６へと送信される。信号は調整され
増幅される。信号の調整及び像幅機能は、一般的には送信機８０の一部として含
まれるが、適用目的と回路デザインによっては別体を設けて行うことも可能であ
る。 そして送信機８０は、測定信号５０を受信アンテナ９０に送信し、二次信号リ
ード９２によって意図した如何なる位置、例えば他の自動車電機制御回路、デー
タ表示またはデータ処理システム等にも移動される。信号５０は、送信機によっ
て常に送信され、受信アンテナ９０によって常に受信される。送信機及び検知回
路へのパワーは、導電ピックアップ、ローカル・ジェネレータ、またはその他の
許容技術によって供給される。絶縁形変成器は、各送信機にパワーを供給する一
方混信妨害を回避するために電気的に区別する役割も果たす。 上記の実施例の利点は、回転送信機８０から固定受信アンテナ９０へ測定信号
を送信することにより、実際の接続が必要なくなることである。スリップ・リン
グ調整等の実際の接触が必要となるパーツの衰耗を回避でき、システムのメイン
テナンスを低減できる。 図７は、本発明のその他の実施例に基づくアンテナの設置と導電パワー供給ピ
ックアップの部分拡大側面図である。本実施例において、トルク・コンバーター
８２は、トランスミッション・ケース１９６に対面したバック・カバー１９４を
有する。トルク・コンバーター８２は、急激に回転するのに対し、トランスミッ
ション・ケース１９６は固定部材である。トルク変換器１０は、トルク・コンバ
ーター８４の正面に位置し、スケールが大きすぎるため図示されていない。送信
アンテナ１８０は、バック・カバー１９４に搭載され、受信アンテナ１９０は、
トランスミッション・ケース１９６に搭載される。主信号リード４８は、変換器
１２のひずみゲージ４２から送信機８０へのルートをカバーする。調整及び送信
信号は、送信機からリードワイヤーを介してトルク・コンバーター８２の表面を
通過し、送信アンテナ１８０にルートされる。二次信号リード１９２は、受信ア
ンテナ１９０からトランスミッション・ケース１９６上を通過し、受信または制
御装置若しくは両方へとルートされる。 第一誘導エレメント２００は、トランスミッション・ケース１９６に搭載され
、第二誘導エレメント２０２がトルク・コンバーター８２のバック・カバー１９
４に搭載される。主パワー・リード２０４は、トランスミッション・ケース１９
６上を通り、第一誘導エレメント２００に接続される。二次パワー・リード２０
６は、二次誘導エレメント２０２に接続され、トルク・コンバーター８２のバッ
クカバー１９４上とフロント・カバー８４下を通り、送信機８０と変換器１２の
ひずみゲージを含む検知回路にパワーを供給する。誘導エレメント２００と２０
２の何れか一方は、パワーを転送するために書くロケーションで円柱状にコイル
され、エア・ギャップ・トランスフォーマーに似た働きをし、コイル間のパワー
転送を行う。 操作中に、パワーは第一誘導エレメント２００に供給される。パワーは、誘導
し代に誘導エレメント２０２に転送され、送信機８０、絶縁形変成器７８、コネ
クター７６といった電気回路にルートされ、送信機８０を介して変換器１２のひ
ずみゲージ４２に転送される。同様に、測定信号５０は、変換器のひずみゲージ
４２から送信機にルートされ、主信号リード１４８によって送信アンテナ１８０
にルートされ、そこでは受信アンテナ１９０から送信され、二次信号リード１９
２によって望ましい位置に転送される。また、第一誘導エレメント２００は磁気
を有し、第二誘導エレメント２０２はワイヤー・コイルであり、従ってパワーが
トルク・コンバーター８４によって送信ケース１９６に対してパワーを発生させ
る。その他のパワー生成手段も可能である。 図７に示した実施例の利点は、信号がピックアップ及びエンジン以外の自動車
構成部にルートされるのに便利な送信ケースで受信されるということである。パ
ワーは、誘導エレメントによって供給され、実際の接続は必要としない。実際の
接続を必要とするパーツの衰耗が回避でき、システムのメインテナンスが軽減で
きる。 本実施例のその他の利点は、受信アンテナ１９０、第一誘導エレメント２００
、そしてそれらに関連するリードが、エンジン・ブロック９１よりむしろ送信ケ
ース１９６に位置することにある。従って、望ましくないエンジン・ブロック９
１の変更が回避される。 図８は、本発明のその他の実施例に基づいたトルク変換器３１０の正面図であ
る。本実施例において、トルク変換器３１０は、第一プレート部材３１４と、前
記第一プレート部材３１４の約放射状にある第二プレート部材３１６と、第一プ
レート部３１４と第二プレート部３１６とを連結するウエブ部材３１８とより構
成される。従って、上記のようにそして図１に示されるように軸方向にスペース
を設けるよりむしろ、第一プレート部材３１４と第二プレート部材３１６は放射
状にスペースを設けている。 第一プレート部材３１４は、第一ボルト穴３２０と第一アレインメント・アパ
ーチユア３２６を有する。第二プレート部材３１６は、第二ボルト穴３２８を有
している。複数のひずみゲージ３４２は、変換器３１２の表面上に配置される。
ひずみゲージ３４２は、変換器３１２のどの部分にも配置可能であり、図８に示
されるようなウエブ部材３１８に限らないことに注意されるべきである。 図９は、クランク・シャフト６０とフライホイール６６に取り付けた図８のト
ルク変換器３１０の側面図である。第一プレート部材３１４は、クランク・シャ
フト・ボルト６８によってクランク・シャフト６０に締結される。第二プレート
部材３１６は、フレックスプレート・ボルト６８を用いてフライホイール６６に
締結される。リング・ギア７２は、始動電動機７４と係合する目的でフライホイ
ール６６の外周辺りに位置される。 図８及び図９に示されたトルク変換器３１０の実施例の利点は、軸方向により
コンパクトであることである。従って、その他の自動車構成品の変更が必要なく
なるため大量生産車のドライブ・トレインへの取り付け性を改善することとなる
。ただ変更が必要となるのは、あるデザインの場合のフライホイールである。放
射ウエブ３１８は、望ましくない信号が、上記に示した方法を用いて望ましくな
い効果をキャンセルすることにより、容易に検知トルク信号から除くことが可能
であるといった利点を持つようにデザインされる。 図１０は、本発明のその他の実施例に基づいたトルク変換器４１２の等角図で
ある。図１１は、図１０のトルク変換器４１２の側面図である。本実施例におい
て、変換器４１２は、略平面の第一環状部４１４と第一管状部４１５とより成る
第一プレート部材４１３と、略平面の第二環状部４１６と第二管状部４１７とよ
り成る第二プレート部材４１９とより構成される。第二管状部４１７は、部分的
に第一管状部４１５付近に配置され、複数の放射ウエブ部材４１８によって第一
管状部４１５に取り付けられる。 上記の実施例と同様、第一環状部４１４は、第一環状部４１４をトルク源に固
定するために配列された第一環状部４１５を貫通する複数の第一ボルト穴４２０
を有する。第二環状部４１６は、トルク変換器４１２を例えば図示されない自動
車のフライホイール連結する複数の第二ボルト穴４２８を有する。図１０及び図
１１に示されたトルク変換器４１２は、検知回路とパワーサプライ回路にアウト
フィットする。トルク変換器４１２の検知回路は、測定トルク信号をトランスミ
ッション用信号発信機に供給し、トルク変換器の外側に位置する受信機に供給す
る。トルク変換器４１２のパワーサプライ回路は、電力の外部ソースから検知回
路へ電力を供給する。 図１１及び図１２は、パワーサプライ回路のその他の実施例であり、トルク変
換器４１２と使用される検知及び信号送信回路のその他の実施例である。図１１
は、トルク変換器４１２付近に位置する静止部材４３２であるが、狭ギャップ４
３３によって第一環状部４１４から離れている。円形プレートとして本実施例に
示されている静止部材４３２は、自動車エンジンの後方またはその他の静止部材
に取り付け可能である。静止部材４３２及び第一環状部４１４は、検知回路の対
向する一対のラジオ・アンテナ４４０、４４１の有る（図１２を参照のこと）対
向円周溝４３０とパワー送信回路の誘導エレメント４３５、４３７を含んだ一対
の円周溝４３１を有する。 図１２は、本実施例における誘導エレメント４３５、４３７及びラジオ・アン
テナ４４０、４４１の配置を示している。第一誘導エレメント４３５は、トルク
変換器４１２の第一環状部４１４の円周溝４３１に位置し、誘電性絶縁素材４３
８によって第一環状部４１４より電気的に別離される。絶縁素材４３８及び誘導
エレメント４３５は、チャンネル形のフェライト素材４４４によって環状部４１
４より別離され、このことがフラックスの磁気ラインを誘導エレメント４３７付
近に位置するチャンネル形のフェライト素材４４４に集中させる役目を果たす。
第一誘導エレメント４３５は、電気コンダクター４３４によって送信機４２９に
接続される。静止部材４３２において、第二誘導エレメント４３７は、第一誘導
エレメントから殆ど反対の位置の静止部材４３２の円周溝４３１中に位置し、同
様に誘電性絶縁素材４３８によって静止部４３２から電気的に孤立される。絶縁
素材４３８及び誘導エレメント４３５はまた、チャンネル形のフェライト素材４
４４によって環状部４１４より別離され、このことがフラックスの磁気ラインを
誘導エレメント４３７付近に位置するチャンネル形のフェライト素材４４４に集
中させる役目を果たす。第二誘導エレメント４３７は、電気コンダクター４３６
によって電力の外部ソースと接続される。従って,第一及び第二誘導エレメント
４３５、４３７は、導電回路の主及び二次エレメントを形成し、電力を外部電力
源から送信機４２９へと転送する。誘導エレメント４３７は、主誘導エレメント
であり、誘導エレメント４３５は、二次誘導エレメントである。 円周溝４３１は数個の誘導エレメントを有し、それらは検知及び送信回路のパ
ワー要件に従って寸法、形状、及び構成されるといったことを理解されるべきで
ある。代わりに、誘導エレメントは、静止部材４３２中の円周溝４３１における
既定の間隔で配置された複数の永久磁石によって代替可能である。 図１１に示すように、本実施例は二つの送信機４２９を利用して図示されない
送信エレメントよりトルク・データを収集し、トルク・データを送信アンテナ４
４１を介して図示しない受信機に転送する。送信機４２９は、管状部４１５の内
面に位置し、トルク変換器４１２上の放射状に相反する位置にトルク変換器４１
２の軸中心線付近に配置される。図１１に示される送信機位置が利点となるのは
、トルク変換器４１２において回転の不安定さの許容を最小化するものであり、
回転作用時に送信機４２９に作用する遠心荷重を減少させる。 トルク変換器１２上の複数送信機４２９の使用が、潜在的に各変換器４２９の
使用率を減少させる一方、受信機へのデータの送信量を増加させることによって
検知システムのパフォーマンスと信頼性を高めるが、検知回路の送信機４２９の
数は、一つに減少させることが可能である。更に、複数の送信機４２９を配置及
び利用することによって、多重復送信機（ＲＥＤＵＮＤＡＮＴ ＴＲＡＮＳＭＩ
ＴＴＥＲ）の性能を得、送信機の効果または局地構成部品の故障をオフセットす
ることとなる。従って、多数の送信機４２９をトルク変換器４１２に利用するこ
とが可能であり、トルク変換器４２９のデザインまたは検知システムの必要条件
いかんでは、トルク変換器４１２に沿って如何なる位置にも配置可能であること
を理解されるべきである。 図１２に最も良く示されるように、本実施例の検知回路は、第一プレート部材
４１４上の円周溝４３０中に位置する送信機アンテナ４４１を含み、適当な送信
ライン４４２によって送信機４２９へと接続される。受信機アンテナ４４０は、
送信機アンテナを含む円周溝４３０から殆ど相反する位置の静止部材４３２上の
円周溝４３０に配置される。受信機アンテナ４４０は、送信ライン４３９によっ
て単純に受信機に接続される。無線周波信号が円周溝４３０で構成されるスペー
スに限られるため、送信機アンテナ４４１、受信機アンテナ、及び円周溝４３０
が送信機４２９と受信装置との間の無線周波信号の導波管を形成する。従って,
送信機アンテナ４４１及び受信機アンテナ４４０を配置した円周溝４３０は、導
波管に沿った無線周波信号の効率性を高めるために導波管材４４３を利用して構
成することが可能である。特定の送信及び受信アンテナのデザイン・コンフィギ
ュレーションの詳細は、トルク変換器、検知システム、または適用条件によって
大きく変わる。 電力トランスミッション及び検知回路の実施例は、トルク変換木４１２につい
ての記載を参考に説明されたが、本実施例が他のトルク変換器の実施例と同じよ
うに適用可能であると理解されるべきである。 変換器の実施例４１２は、望ましい絶縁機能と代替の実施例においても適応可
能な耐久性を都合よく提供するようヒート・コンパクトな設計となっている。第
一及び第二管状部４１５、４１７夫々を有した第一及び第二プレート部材４１３
、４１９は、都合よく代替の実施例においても変換器４１２の剛度及び耐久性を
改善するものである。従って、変換器の操作期待寿命を伸ばすこととなる。 一実施例に基づいて、複数のトルク変換器がドライブ・トレインの異なった場
所に位置される。自動車が道路を走行中様々な道路状況に直面している間、これ
によって異なった場所でのトルク測定が可能となる。説明された実施例において
は、トルク変換器は、トランスミッション前の直背後のエンジンに接続される。
これがエンジンによって供給される直接のパワーのトルク測定を許すものである
。オンボード・コンピューターに供給されるトルク情報とは、オンボード・コン
ピューターが自動車運転中に直面する全操作局面に対するエンジン操作パラメー
ターの全てを常に調整し最適化することを可能ならしめるために必要なフィード
バック情報である。更なる実施例において、追加的なトルク変換器は、ドライブ
・シャフト前のトランスミッションの出力部に設置される。追加的なトルク変換
器は、パワーを車輪へ与えるドライブ・トレイン上の直接のトルク測定を許す。
従って、様々なギアを通じてトランスミッションのシフトによって生じるトルク
の変化は検知されてユーザーまたは電気制御下でデータを利用してシフトのポイ
ントを調整することが可能なオンボード・コンピューターに提供される。 更なる代替の実施例では、トルク変換器がトランスミッション自体の内の異な
った場所に設置されることが可能となる。第一ギアまたはその他のギアからのト
ルクが測定され、入力トルクと比較され、夫々のギア・チェンジのシフトのポイ
ントが詳しく検知され選択され、好ましい車輪へのパワーの転送がスムーズに行
われる。また。開発された新しい連続可変トランスミッション（ＣＯＮＴＩＮＵ
ＯＵＳＬＹ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ又はＣＶＴ）及び（
トルク・コンバータなしの）自動シフト・マニュアル・タイプ・トランスミッシ
ョンは、このトルク測定システムをトランスミッション及びドライブ・トレイン
全体に利用することができ、データ・フィードバックをオンボード・コンピュー
ター制御システムの計測読み出し装置、その他のデータ取得システム、またはそ
の他のデータ取得装置に供給することによって開発と生産の両方の目的で利用可
能となる。 同じように、トルク変換器は、後差動装置内または車輪にかかるトルクを直接
測定するために差動装置の各出力部に設置可能である。また、前輪駆動車におい
ては、車輪を駆動するパワーを供給する適切な軸位置に設置することも可能であ
る。こうすることによって、改善されたトラクション制御、操作安全性、運転パ
フォーマンスを車道においても車道外においてもそして悪天候時においても提供
することとなる。また、エンジン及びトランスミッション用のオンボード診断器
具としても使用することも可能である。ここで実行可能となる技術は、自動車用
から産業用、そして海事用から航空用を含むがこれらに限らない全タイプのトラ
ンスミッション、パワー・トレイン、そしてエンジン・システムに有益なものと
なる。 ここに説明された本発明は、モーターまたはドライブ・トレインとの如何なる
タイプまたは応用の組み合わせにおけるトルクの測定に有益なものである。ガソ
リン、ディーゼル、電気、プロパン等の自動車ドライブ・トレインに有益なもの
である。また飛行機エンジンとドライブ・トレイン、油井掘削装置、例えば水ま
たは油井ポンプ・システムのポンプ、水力発電機及び水力発電モーター、または
その他のドライブ・トレインに接続されるモーターを有したシステムにも利用可
能である。従って、ここに示されたモーターとドライブ・トレインのコンビネー
ションは、如何なる上記のコンビネーションにも応用にも適用可能である。 前述から、改善されたトルク測定の手段及び装置が示され説明された。本発明
のコンビネーションは説明を目的としてここに記されたが、様々な変更が本発明
の精神より逸脱しない範囲において可能である。従って、本発明はこれより続く
請求項に定義されたことによってむしろ限定されるが、ここに説明された実施例
に限定されることない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の実施例に基づくトルク変換器の等角図である。

【図２】 図２Ａは、第二実施例に基づく図１のトルク変換器の断面図である。 図２Ｂは、第二実施例に基づく図１に示したトルク変換器と共に利用
する検知回路の部分回路図である。

【図３】 図３は、図１に示した実施例のトルク変換器に設置したひずみゲージ
の部分拡大横断面図である。

【図４】 図４は、自動車ドライブ・トレーンに取り付けられた図１のトルク変
換器を示す概要ブロック図である。

【図５】 図５は、フレックス・プレートに接続された図１のトルク変換器の正
面図である。

【図６】 図６は、図５に示したアッセンブリの５−５側面図である。

【図７】 図７は、本発明の実施例に基づいたアンテナ及び電源転送の部分側面
図である。

【図８】 図８は、本発明の他の実施例に基づいたトルク変換器の正面図である
。

【図９】 図９は、クランク・シャフト及びフレックス・プレートに取り付けた
図８のトルク変換器の側面図である。

【図１０】 図１０は、本発明の他の実施例に基づいたトルク変換器の等角図で
ある。

【図１１】 図１１は、図１０のトルク変換器の側面図である。

【図１２】 図１２は、図１０のトルク変換器のアンテナ及び電源回路の部分拡
大断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１１月１５日（１９９９．１１．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 器アッセンブリの局部高ストレスエリアを形成する目的 で形成された薄膜領域に位置される。その他の実施例に おいて、変換器アッセンブリは、非連結アパーチユアを 有する。非連結アパーチユアは、変換器アッセンブリの 反り及び屈曲によるヒステリシスを最小化するものであ る。

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一プレート部材と、 第二プレート部材と、 前記第一プレート部材を第二プレート部材に接続する複数のウエブ部材と、 変換器アッセンブリに取り付けられた検知回路とよりなる、 トルク測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 前記検知回路が対で変換器アッセンブリに取り付けられた複数のひずみゲージ
   を有することを特徴とする、 トルク測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 対のひずみゲージの配置が、ひずみゲージが対で電気的に検知回路に接続され
   るような電気的な配置であることを特徴とする、 トルク測定装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 対のひずみゲージの配置が、対のひずみゲージが変換器アッセンブリの選択機
   能付近に物理的に互いに対称的に配置されるような物理的な配置であることを特
   徴とする、 トルク測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージが変換器アッセンブリ上のハイ・ストレスな位置に配置されたこ
   とを特徴とする、 トルク測定装置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージがウエブ部材に取り付けられたことを特徴とする、 トルク測定装置。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージが第二プレート部材に取り付けられたことを特徴とする、 トルク測定装置。
8. 【請求項８】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージが薄膜ゲージであることを特徴とする、 トルク測定装置。
9. 【請求項９】 請求項２に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージが厚膜ゲージであることを特徴とする、 トルク測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 第一プレート部材は、略平な第一平板であり、第二プレート部材は、略平な第
    二平板であり、 第二プレート部材が、第一プレート部材から第一平板と第一平板に略平行の第
    二平板と垂直関係にある軸に沿って離間することを特徴とする、 トルク測定装置。
11. 【請求項１１】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 第一プレート部材は、略平な第一平板であり、第二プレート部材は、略平な第
    二平板であり、 第二プレート部材が、第一プレート部材から第一平板と第一平板に略平行の第
    二平板と放射線状に離間することを特徴とする、 トルク測定装置。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 検知回路が送信アンテナを含むことを特徴とする、 トルク測定装置。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 検知回路が導波管を含むことを特徴とする、 トルク測定装置。
14. 【請求項１４】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 検知回路が変換器アッセンブリ上の選択位置に連結された複数のひずみゲージ
    を含むことを特徴とする、 トルク測定装置。
15. 【請求項１５】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 ひずみゲージがホイートストン・ブリッジに電気的に接続されることを特徴と
    する、 トルク測定装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のトルク測定装置において、 幾つかのひずみゲージが四つのグループに集められ、 各グループがホイートストーン・ブリッジの各脚部夫々に一つのひずみゲージ
    を持ち、 変換器アッセンブリの非トルク・ストレスをキャンセルすることを特徴とする
    、 トルク測定装置。
17. 【請求項１７】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 変換器アッセンブリが複数の薄肉部を含み、前記薄肉領域は変換器アッセンブ
    リ上のその他の領域よりも薄く、 ひずみゲージが薄肉領域に取り付けられることを特徴とする、 トルク測定装置。
18. 【請求項１８】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 更に検知回路に電気的に接続されるパワーサプライ回路を有したことを特徴と
    する、 トルク測定装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載のトルク測定装置において、 パワーサプライ回路が少なくとも一つの第一誘導エレメントと少なくとも一つ
    の第二誘導エレメントとを有し、 パワー転送時に第一誘導エレメントに対して前記第二誘導エレメントが移動す
    ることを特徴とする、 トルク測定装置。
20. 【請求項２０】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 更にクランクシャフトを持ったエンジンを有し、 前記クランクシャフトが第一プレート部材に強固に取り付けられていることを
    特徴とする、 トルク測定装置。
21. 【請求項２１】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 更にフライホイールを持ったドライブ・トレインを有し、 前記フライホイールが第二プレート部材に強固に取り付けられていることを特
    徴とする、 トルク測定装置。
22. 【請求項２２】 請求項１に記載のトルク測定装置において、 変換器アッセンブリには非連結アパーチユアを含むことを特徴とする、 トルク測定装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２に記載のトルク測定装置において、 非連結アパーチユアが第二プレート部材内に形成した穴を有することを特徴と
    する、 トルク測定装置。
24. 【請求項２４】 請求項２２に記載のトルク測定装置において、 非連結アパーチユアが第二プレート部材内に形成した一つ以上のスリットを有
    することを特徴とする、 トルク測定装置。
25. 【請求項２５】 複数のウエブ部材によって略平の第二プレート部材に連結さ
    れた略平の第一平板を有する変換器アッセンブリと、 変換器アッセンブリに取付けられた複数のひずみゲージと、 ひずみゲージを電気的に接続する複数の誘導エレメントと、 ひずみゲージに電気的に連結される送信アンテナと送信機とよりなる、 トルク測定装置。
26. 【請求項２６】 複数のウエブ部材によって第二プレート部材に連結される第
    一プレート部材を持つ変換器アッセンブリと、 変換器アッセンブリに取り付けられた複数のひずみゲージと、 ひずみゲージに電気的に接続される複数の誘導エレメントと、 ひずみゲージに電気的に連結される送信アンテナと送信機とよりなる、 トルク測定装置。
27. 【請求項２７】 請求項２６に記載のトルク測定装置において、 第一プレート部材が略平な環状部を有し、 環状部がそこから突出した管状部を有することを特徴とする、 トルク測定装置。
28. 【請求項２８】 請求項２７に記載のトルク測定装置において、 第二プレート部材が略平な環状部を有し、 環状部がそこから突出した管状部を有することを特徴とする、 トルク測定装置。
29. 【請求項２９】 請求項２６に記載のトルク測定装置において、 第一プレート部材が、第一環状部から突出する第一管状部を有した略平状の第
    一環状部と、第二環状部から突出する第二管状部を有した略平状の第二環状部と
    よりなり、 第二管状部が第一管状部付近に少なくとも部分的に配置され、 複数のウエブ部材が第一管状部と第二管状部の間に架設されることを特徴とす
    る、 トルク測定装置。
30. 【請求項３０】 請求項２９に記載のトルク測定装置において、 前記第一環状部がそこに形成された円周溝を有し、 更に、少なくとも部分的に溝内に配置された少なくとも一つの第一誘導エレメ
    ントとより成り、 第一誘導エレメントが少なくとも一つの前記第一誘導エレメントに対して静止
    状態の第二誘導エレメントと係合可能であることを特徴とする、 トルク測定装置。
31. 【請求項３１】 請求項２９に記載のトルク測定装置において、 前記第一環状部がそこに形成された円周溝を有し、 更に、少なくとも部分的に溝内に配置された送信アンテナとより成り、 第一円周溝が、前記第一誘導エレメントに対して静止状態の第二誘導エレメン
    ト付近に位置されることを特徴とする、 トルク測定装置。
32. 【請求項３２】 請求項２９に記載のトルク測定装置において、 更に、少なくとも一つの送信機が電気的にひずみゲージに連結されることを特
    徴とする、 トルク測定装置。
33. 【請求項３３】 変換器アッセンブリをトルク源であるシャフトに取り付け、 変換器アッセンブリ上に位置する複数のハイストレス部におけるストレス値を
    検知し、 非ねじりロードより誘導されたストレス値を電気的にキャンセルし、ねじりロ
    ードより誘導されたストレス値をキャンセルしないように、少なくとも二つのス
    トレス値を組み合わせ、 回転シャフトのトルク機能としてのねじりロードの誘導測定信号を出力する、 トルク測定方法。
34. 【請求項３４】 請求項３３に記載のトルク測定方法において、 更に、測定信号と校正データを比較することを特徴とする、 トルク測定方法。