JP2017207378A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクを精度良く検出することが可能なトルク検出装置を提供する。【解決手段】出力軸３２ａからプライマリ軸３２ｂに伝達されるトルクを検出するトルク検出装置１であって、出力軸３２ａの外周部に設けられた第１トルクカム部材１１と、プライマリ軸３２ｂの外周部に設けられた第２トルクカム部材１２と、複数のカムボール１３と、ばね１５と、第２トルクカム部材１２の外周面に形成された複数の歯からなるパルスギア１４と、回転中のパルスギア１４の歯を検出してパルス列を出力する回転パルス検出センサ１６と、このパルス列からトルクを取得するトルク取得部５１とを備え、歯は歯厚が軸方向の一方側から他方側に連続して大きくなるように又は小さくなるように形成され、回転パルス検出センサ１６は第２トルクカム部材１２の軸方向のスラスト移動量に応じて歯における歯厚の異なる箇所を検出する。【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の無段変速機に入力されるトルクなどを検出するトルク検出装置に関する。

近年、車両の自動変速機として変速比を無段階に変更することができる無段変速機（ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ））が広く実用化されている。無段変速機は、入力軸（プライマリ軸）に設けられたプライマリプーリと、出力軸（セカンダリ軸）に設けられたセカンダリプーリと、これらのプーリに掛け渡されるチェーンなどを備え、それぞれのプーリの溝幅を変化させてチェーンの巻き付け径を変化させることで変速比を無段階に変化させる。無段変速機では、エンジンで発生したトルクがプライマリ軸に入力され、各プーリに油圧（クランプ圧）を供給することでチェーンをクランプしてトルクを伝達している。このクランプ圧は、無段変速機に入力されるトルクに基づいて設定される。

この無段変速機に入力されるトルクを取得する方法としては、例えば、エンジンの吸入空気量などを用いて推定する方法がある。また、特許文献１には、無段変速機の各プーリの軸をベアリングを介して軸支するベアリングリテーナに発生するラジアル方向の歪みを歪センサを用いて検出し、この検出値と予め記憶されている軸トルク情報から軸トルクを推定する方法が開示されている。

特開２００６−２９３７９号公報

しかしながら、上述したトルクを推定する方法では、トルクを吸入空気量などから推定するので、推定されるトルクは精度が低いおそれがある。また、特許文献１に開示される方法では、軸をベアリングを介して軸支するベアリングリテーナに軸トルクが加わった際のラジアル方向に発生する歪みを用いているので、このラジアル方向の歪みから得られる軸トルクは精度が低いおそれがある。

無段変速機に入力されるトルクの精度が低いほど、チェーンの滑りを防止してトルクを伝達するために、入力トルクに基づいて設定されるクランプ圧に対して大きなマージンを設け、このマージン分を上乗せした油圧を発生させる必要がある。そのため、この油圧の発生源であるオイルポンプでは、チェーンのクランプに必要な油圧よりも高い油圧を発生させることになる。これにより、オイルポンプの動力損失が多くなり、車両の燃費が低下する。そこで、オイルポンプの動力損失を低減して、燃費を向上させるために、トルクを精度良く検出することが望まれている。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、トルクを精度良く検出することが可能なトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトルク検出装置は、回転軸に設けられ、前記回転軸に入力されるトルクに応じて前記回転軸の軸方向に移動するトルクカムと、トルクカムの外周面に形成された歯からなるパルスギアと、パルスギアに対向して配置され、回転中のパルスギアの歯を検出してパルス列を出力する回転パルス検出手段と、回転パルス検出手段で出力したパルス列からトルクを取得するトルク取得手段と、を備え、歯は、軸方向に延在し、歯厚が軸方向の一方側から他方側に連続して大きくなるように又は小さくなるように形成されることを特徴とする。

本発明に係るトルク検出装置では、トルクが入力される回転軸にトルクカムが設けられているので、この回転軸に入力されるトルクに応じてトルクカムに作用するスラスト力によりトルクカムが軸方向に移動する。このトルクカムのスラスト移動量が、スラスト力（ひいては、回転軸に入力されるトルク）に対応した量になる。また、本発明に係るトルク検出装置では、トルクカムの外周面にパルスギアが設けられ、このパルスギアの歯の歯厚が軸方向の一方側から他方側に連続して大きくなるように又は小さくなるように形成されている。そして、本発明に係るトルク検出装置では、パルスギアに対向して配置された回転パルス検出手段によりパルスギアの歯を検出して、パルス列を出力する。

トルクカムのスラスト移動量が変化すると、回転パルス検出手段で検出する歯の歯厚が変わるので、回転パルス検出手段から出力されるパルス列のパルスの幅が変化する。このパルス幅はトルクカムのスラスト移動量に対応しており、また、スラスト移動量（スラスト力）は回転軸に入力されるトルクに対応しているので、パルス列のパルス幅はトルクに対応している。これにより、本発明に係るトルク検出装置では、パルス列からトルクを取得することができる。このように、本発明に係るトルク検出装置によれば、回転軸に入力されるトルクに対応して変化するトルクカムのスラスト移動量をパルスギアと回転パルス検出手段を用いて検出して、そのトルクを取得しているので、トルクを精度良く検出することができる。

本発明に係るトルク検出装置では、回転軸は、第１回転軸と当該第１回転軸と同軸上に配置された第２回転軸とに分割され、第１回転軸から第２回転軸にトルクが伝達され、トルクカムは、第１回転軸と共に回転するように第１回転軸の外周部に設けられた第１トルクカム部材と、第２回転軸と共に回転しかつ第２回転軸の軸方向に移動するように第２回転軸の外周部に設けられた第２トルクカム部材と、第１トルクカム部材のカム面と第２トルクカム部材のカム面との間に配置された複数のカムボールと、を有し、第２トルクカム部材におけるカム面と反対側の面と所定の固定面との間に配置され、第１回転軸から伝達されるトルクによって第２トルクカム部材に作用しているスラスト力に応じて軸方向に伸縮する弾性部材を備え、パルスギアは、第２トルクカム部材の外周面に設けられることが好ましい。

本発明に係るトルク検出装置では、分割された第１回転軸及び第２回転軸にトルクカム（第１トルクカム部材、第２トルクカム部材、複数のカムボール）が設けられ、このトルクカムを介して第１回転軸から第２回転軸にトルクを伝達する構成としている。また、本発明に係るトルク検出装置では、第２トルクカム部材のカム面とは反対面側に弾性部材が設けられている。これにより、第１回転軸から伝達されるトルクによって第２トルクカム部材に作用しているスラスト力と弾性部材の弾性力とのバランスに応じて第２トルクカム部材が軸方向に移動し、この第２トルクカム部材のスラスト移動量がスラスト力（ひいては、第１回転軸から第２回転軸に伝達されるトルク）に対応した量になる。また、本発明に係るトルク検出装置では、第２トルクカム部材の外周面にパルスギアが設けられ、回転パルス検出手段によりこのパルスギアの歯を検出する。第２トルクカム部材のスラスト移動量が変化すると、回転パルス検出手段で検出する歯の歯厚が変わるので、パルス列のパルスの幅が変化する。このパルス幅は第２トルクカム部材のスラスト移動量に対応しており、また、スラスト移動量は第１回転軸から第２回転軸に伝達されるトルクに対応しているので、パルス列のパルス幅はそのトルクに対応している。これにより、本発明に係るトルク検出装置では、パルス列からトルクを取得することができる。このように、本発明に係るトルク検出装置によれば、第１回転軸から第２回転軸に伝達されるトルクに対応して変化する第２トルクカム部材のスラスト移動量をパルスギアと回転パルス検出手段を用いて検出して、第１回転軸から第２回転軸に伝達されるトルクを取得しているので、トルクを精度良く検出することができる。

本発明に係るトルク検出装置では、歯は、歯厚が軸方向の一方側から他方側に連続して線形に大きくなるように又は小さくなるように形成されていることが好ましい。このようにすることで、スラスト移動量に対応して回転パルス検出手段で検出する歯の歯厚が線形に変わるので、回転パルス検出手段から出力されるパルス列からトルクを精度良く取得することができる。

本発明に係るトルク検出装置では、トルク取得手段は、パルス列におけるパルスが占める時間の割合を演算し、当該割合からトルクを取得することが好ましい。このようにすることで、パルスギアの回転数を検出しなくても、トルクを取得することができる。

本発明に係るトルク検出装置では、第１回転軸は、車両のエンジンのトルクの出力軸であり、第２回転軸は、車両の無段変速機のトルクの入力軸であり、トルク取得手段は、無段変速機の制御装置に構成されることが好ましい。このように構成することで、無段変速機に入力されるトルクを精度良く検出することができるので、この高精度なトルクを用いることで、クランプ圧のマージンを低減することができる。その結果、オイルポンプの動力損失を低減することができ、車両の燃費を向上させることができる。

本発明によれば、トルクを精度良く検出することが可能となる。

実施形態に係るトルク検出装置が適用される無段変速機の構成を示す図である。 実施形態に係るトルク検出装置の構成を模式的に示す図であり、（ａ）がトルクが入力されていない場合であり、（ｂ）がトルクが入力されている場合である。 図２に示す第２トルクカム部材及びパルスギアの平面図である。 図３に示す第２トルクカム部材及びパルスギアの断面図であり、（ａ）がＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、（ｂ）がＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、（ｃ）がＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図２に示す回転パルス検出センサで検出されたパルス列の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

実施形態では、チェーン式の無段変速機（ＣＶＴ）に入力されるトルクを検出するトルク検出装置１に適用する。このトルク検出装置１について説明する前に、図１を参照して、実施形態に係るエンジン２及び無段変速機３について説明する。図１は、実施形態に係るトルク検出装置１が適用される無段変速機３の構成を示す図である。

まず、エンジン２について説明する。エンジン２は、どのような形式のものでもよいが、例えば、水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。エンジン２のクランク軸（出力軸）２ａには、無段変速機３が接続されている。エンジン２で発生したトルクは、このクランク軸２ａを介して無段変速機３に出力される。

次に、無段変速機３について説明する。無段変速機３は、エンジン２からの駆動力を変換して出力する。無段変速機３は、トルクコンバータ３０と、前後進切替機構３１と、を備えている。トルクコンバータ３０は、クラッチ機能とトルク増幅機能を有している。前後進切替機構３１は、駆動輪の正転と逆転（車両の前進と後進）とを切り替える機能を有している。このトルクコンバータ３０及び前後進切替機構３１を介して、エンジン２のクランク軸２ａから出力されたトルクが無段変速機３のバリエータ（プライマリプーリ３４、セカンダリプーリ３５、チェーン３６）に入力される。この入力トルクは、分割された２本の軸（前後進切替機構３１の出力軸３２ａ、プライマリ軸３２ｂ）を介してバリエータに伝達される。出力軸３２ａとプライマリ軸３２ｂとは、同軸上に配置されている。無段変速機３は、このプライマリ軸３２ｂと、プライマリ軸３２ｂと平行に配設されたセカンダリ軸３３と、を備えている。なお、本実施形態では、出力軸３２ａが特許請求の範囲に記載の第１回転軸に相当し、プライマリ軸３２ｂが特許請求の範囲に記載の第２回転軸に相当する。

プライマリ軸３２ｂには、プライマリプーリ３４が設けられている。プライマリプーリ３４は、固定プーリ３４ａと、可動プーリ３４ｂとを有している。固定プーリ３４ａは、プライマリ軸３２ｂに接合されている。可動プーリ３４ｂは、固定プーリ３４ａに対向し、プライマリ軸３２ｂの軸方向ＡＤに摺動自在かつ相対回転不能に装着されている。プライマリプーリ３４は、固定プーリ３４ａと可動プーリ３４ｂとの間のコーン面間隔（すなわち、プーリ溝幅）を変更できるように構成されている。

セカンダリ軸３３には、セカンダリプーリ３５が設けられている。セカンダリプーリ３５は、固定プーリ３５ａと、可動プーリ３５ｂとを有している。固定プーリ３５ａは、セカンダリ軸３３に接合されている。可動プーリ３５ｂは、固定プーリ３５ａに対向し、セカンダリ軸３３の軸方向に摺動自在かつ相対回転不能に装着されている。セカンダリプーリ３５は、固定プーリ３５ａと可動プーリ３５ｂとの間のプーリ溝幅を変更できるように構成されている。

プライマリプーリ３４とセカンダリプーリ３５との間には、駆動力を伝達するチェーン３６が掛け渡されている。無段変速機３は、プライマリプーリ３４とセカンダリプーリ３５の各プーリ溝幅を変化させて、各プーリ３４，３５に対するチェーン３６の巻き付け径の比率（プーリ比）を変化させることで変速比を無段階で変更する。なお、チェーン３６のプライマリプーリ３４に対する巻き付け径をＲｐとし、セカンダリプーリ３５に対する巻き付け径をＲｓとすると、変速比ｉは、ｉ＝Ｒｓ／Ｒｐで表される。

プライマリプーリ３４の可動プーリ３４ｂには、プライマリ駆動油室（油圧シリンダ室）３４ｃが形成されている。セカンダリプーリ３５の可動プーリ３５ｂには、セカンダリ駆動油室（油圧シリンダ室）３５ｃが形成されている。プライマリ駆動油室３４ｃには、プーリ比（変速比）を変化させるための変速圧とチェーン３６の滑りを防止するためのクランプ圧が導入される。セカンダリ駆動油室３５ｃには、クランプ圧が導入される。

無段変速機３を変速させるための油圧（変速圧、クランプ圧）は、バルブボディ４０によって供給される。バルブボディ４０には、コントロールバルブ機構（図示省略）が組み込まれている。コントロールバルブ機構は、例えば、複数のスプールバルブ（図示省略）と当該スプールバルブを動かすソレノイドバルブ（図示省略）を用いてバルブボディ４０内に形成された油路を開閉することで、オイルポンプ４１から吐出された油圧（ライン圧）を調圧した各油圧（変速圧、クランプ圧）をプライマリ油圧室３４ｃ及びセカンダリ油圧室３５ｃに供給する。また、コントロールバルブ機構は、例えば、車両の前進／後進を切替える前後進切替機構３１などにも調圧した油圧を供給する。

無段変速機３は、ＴＣＵ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０によって制御される。ＴＣＵ５０は、無段変速機３を総合的に制御する制御装置である。ＴＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムなどを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が維持されるバックアップＲＡＭ及び入出力Ｉ／Ｆなどを有して構成されている。なお、本実施形態では、ＴＣＵ５０が特許請求の範囲に記載の制御装置に相当する。

ＴＣＵ５０は、変速マップに従い、車両の運転状態に応じて自動で変速比を変速する制御を行う。この制御では、例えば、所定の変速比となるようにプライマリ回転数（プライマリプーリ３４の回転数）の目標値を設定し、実際のプライマリ回転数が目標プライマリ回転数になるようにバルブボディ４０の各ソレノイドバルブを制御することで変速圧を発生させ、変速比を変化させる。変速マップは、ＴＣＵ５０内のＲＯＭに格納されている。

また、ＴＣＵ５０は、プライマリ軸３２ｂに入力されるトルクに基づいてクランプ圧を設定し、クランプ圧によってチェーン３６をクランプする制御を行う。この制御では、例えば、マップを用いて入力トルクに応じたクランプ圧を設定し、バルブボディ４０の各ソレノイドバルブを制御することでクランプ圧を発生させる。このクランプ圧には、チェーン３６の滑りを防止して、入力トルクをプライマリプーリ３４からセカンダリプーリ３５に確実に伝達するためにマージン分の油圧が上乗せされる。

無段変速機３０に入力されるトルクの検出精度が高いほど、クランプ圧のマージン分の油圧を小さくすることができる（マージン分の油圧が０の場合も含む）。そこで、本実施形態では、トルク検出装置１により無段変速機３０に入力されるトルクを精度良く検出する。

それでは、図１に加えて図２〜図５を参照して、トルク検出装置１について説明する。図２は、実施形態に係るトルク検出装置１の構成を模式的に示す図であり、（ａ）がトルクが入力されていない場合であり、（ｂ）がトルクが入力されている場合である。図３は、図２に示す第２トルクカム部材１２及びパルスギア１４の平面図である。図４は、図３に示す第２トルクカム部材１２及びパルスギア１４の断面図であり、（ａ）がＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、（ｂ）がＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、（ｃ）がＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図２に示す回転パルス検出センサ１６で検出されたパルス列の一例を示す図である。

トルク検出装置１は、トルクカム１０（第１トルクカム部材１１、第２トルクカム部材１２、カムボール１３）と、パルスギア１４と、ばね１５と、回転パルス検出センサ１６と、トルク取得部５１と、を備えている。トルク取得部５１は、ＴＣＵ５０においてＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることで構成される。なお、本実施形態では、トルクカム１０が特許請求の範囲に記載のトルクカムに相当し、第１トルクカム部材１１が特許請求の範囲に記載の第１トルクカム部材に相当し、第２トルクカム部材１２が特許請求の範囲に記載の第２トルクカム部材に相当し、カムボール１３が特許請求の範囲に記載のカムボールに相当し、パルスギア１４が特許請求の範囲に記載のパルスギアに相当し、ばね１５が特許請求の範囲に記載の弾性手段に相当し、回転パルス検出センサ１６が特許請求の範囲に記載の回転パルス検出手段に相当し、トルク取得部５１が特許請求の範囲に記載のトルク取得手段に相当する。

第１トルクカム部材１１について説明する。第１トルクカム部材１１は、トルクカム１０を構成する部材の一つである。第１トルクカム部材１１は、略円環形状である。第１トルクカム部材１１は、前後進切替機構３２の出力軸３２ａの端部に設けられている。特に、第１トルクカム部材１１は、出力軸３２ａの軸方向ＡＤに摺動不能かつ出力軸３２ａと共に回転（出力軸３２ａに対して相対回転不能）するように出力軸３２ａの外周部に設けられている。第１トルクカム部材１１は、例えば、スプライン嵌合により出力軸３２ａに連結されて、固定されている。

第１トルクカム部材１１のカム面１１ａは、第２トルクカム部材１２のカム面１２ａと対向している。このカム面１１ａには、第２トルクカム部材１２の各カム溝１２ｂにそれぞれ対向した各位置にカム溝１１ｂが形成されている。カム溝１１ｂは、カムボール１３の一部を収容し、カムボール１３が移動可能な溝であり、例えば、深さが連続して変化している溝である。

第２トルクカム部材１２について説明する。第２トルクカム部材１２は、トルクカム１０を構成する部材の一つである。第２トルクカム部材１２は、第１トルクカム部材１１と同径の略円環形状である。第２トルクカム部材１１は、プライマリ軸３２ｂの端部に設けられている。特に、第２トルクカム部材１２は、プライマリ軸３２ｂの軸方向ＡＤ（スラスト方向）に摺動自在かつプライマリ軸３２ｂと共に回転（プライマリ軸３２ｂに対して相対回転不能）するようにプライマリ軸３２ｂの外周部に設けられている。第２トルクカム部材１２は、例えば、スプライン嵌合によりプライマリ軸３２ｂに連結されている。

第２トルクカム部材１２のカム面１２ａは、第１トルクカム部材１１のカム面１１ａと対向している。このカム面１２ａには、第１トルクカム部材１１のカム面１１ａと同様に、カム溝１２ｂが複数形成されている。カム溝１２ｂは、カム溝１１ｂと同様の形状の溝である。

カムボール１３について説明する。カムボール１３は、トルクカム１０を構成する部材の一つである。カムボール１３は、第１トルクカム部材１１のカム溝１１ｂと第２トルクカム部材１２のカム溝１２ｂとの間に配置されており、このカム溝１１ｂとカム溝１２ｂとの間で移動自在である。

トルクカム１０では、出力軸３２ａの回転に伴って第１トルクカム部材１１が回転する。そして、トルクカム１０では、第１トルクカム部材１１の回転に伴って複数のカムボール１３を介して第２トルクカム部材１２が相対回転し、第１トルクカム部材１１のトルク（出力軸３２ａのトルク）を複数のカムボール１３を介して第２トルクカム部材１２（プライマリ軸３２ｂ）に伝達する。トルクカム１０では、出力軸３２ａのトルクの大きさに応じて、カムボール１３が移動し、第２トルクカム部材１２にスラスト力が発生する。なお、プライマリ軸３２ｂ（プライマリプーリ３４）に伝達されたトルクは、クランプ圧によってクランプされたチェーン３６を介してセカンダリプーリ３５に伝達される。

パルスギア１４について説明する。パルスギア１４は、第２トルクカム部材１２の外周面１２ｃに形成されている。パルスギア１４は、第２トルクギア部材１２の周方向に沿って等間隔で配置された複数の歯１４ａからなる。歯１４ａは、プライマリ軸３２ｂの軸方向ＡＤに延在し、図３に示すように歯厚（歯１４ａの周方向の長さ）が第１トルクカム部材１１側からプライマリプーリ３４（固定プーリ３４ａ）側に連続して線形に小さくなるように形成されている。パルスギア１４の歯数、歯幅（歯１４ａの軸方向ＡＤの長さ）、歯厚の最大値、最小値、変化度合いなどは、適合で決められる。

図４には、軸方向ＡＤにおける異なる３箇所でのパルスギア１４の各断面を示している。図４（ａ）は第１トルクカム部材１１に近い箇所での断面であり、この箇所での歯１４ａの歯厚を符号Ｔ１で示している。図４（ｂ）は中間の箇所での断面であり、この箇所での歯１４ａの歯厚を符号Ｔ２で示している。図４（ｃ）は固定プーリ３４ａに近い箇所での断面であり、この箇所での歯１４ａの歯厚を符号Ｔ３で示している。この３箇所での歯厚を比較すると、歯厚Ｔ１＞歯厚Ｔ２＞歯厚Ｔ３である。なお、図４の断面図では、カムボール１３、カム溝１２ｂの図示を省略している。

ばね１５について説明する。ばね１５は、第２トルクカム部材１２を第１トルクカム部材１１側に付勢するばねである。ばね１５は、第２トルクカム部材１２のカム面１２ａと反対側の面１２ｄと固定プーリ３４ａの一端面３４ｄ（特許請求の範囲に記載の所定の固定面に相当）との間に配置されている。ばね１５の中心部には、プライマリ軸３２ｂが配置されている。ばね１５は、プライマリ軸３２ｂの軸方向ＡＤに沿って伸縮する。

第２トルクカム部材１２には、上述したように出力軸３２ａのトルクの大きさに応じてスラスト力が発生する。このスラスト力とばね１５のばね力（弾性力）とのバランスに応じて、第２トルクカム部材１２は軸方向ＡＤの固定プーリ３４ａ側に移動する。この移動量を「スラスト移動量」と呼ぶ。図２（ａ）に示す状態は、出力軸３２ａからトルクが出力されていないときであり、スラスト力が発生していない。この状態では、第２トルクカム部材１２は第１トルクカム部材１１に最も接近した位置である（スラスト移動量＝０）。図２（ｂ）に示す状態は、出力軸３２ａからトルクが出力されているときであり、このトルクの大きさに応じて第２トルクカム部材１２にスラスト力が発生している。この状態では、スラスト力の大きさ（ひいては、出力軸３２ａのトルクの大きさ）に応じてばね１５が縮み、第２トルクカム部材１２は固定プーリ３４ａに接近する側にスラスト移動量分移動した位置である。

回転パルス検出センサ１６について説明する。回転パルス検出センサ１６は、回転中のパルスギア１４の歯１４ａを検出して、パルス列を出力するセンサである。回転パルス検出センサ１６は、第２トルクカム部材１２（パルスギア１４）の近傍の所定の箇所に配設され、歯１４ａとの間に僅かな隙間をあけてパルスギア１４に対向して配置されている。特に、回転パルス検出センサ１６は、図２（ａ）に示すように、第２トルクカム部材１２が第１トルクカム部材１１に最も接近した位置のときに（出力軸３２ａからトルクが出力されていないときに）、歯１４ａにおける歯厚が略最小の箇所（パルスギア１４の固定プーリ３４ａ側の端部）を検出する位置に配置されている。したがって、回転パルス検出センサ１６は、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量が大きくなるほど（第２トルクカム部材１２が固定プーリ３４ａ側に接近するほど）、歯１４ａにおける歯厚が大きき箇所を検出する。特に、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量に応じて回転パルス検出センサ１６で検出する歯１４ａの歯厚が線形に変化する。回転パルス検出センサ１６は、例えば、電磁ピックアップ式のセンサ、ＭＲ素子を用いたセンサ、ホール素子を用いたセンサである。

回転パルス検出センサ１６は、パルスギア１４の歯１４ａを検出しているときに歯１４ａを検出していないときよりも高い所定の電圧を出力する。この高い所定の電圧が出力されている期間と出力されていない期間とが繰り返されることで、パルス列となる。このパルス列において、高い所定の電圧が出力されている期間がパルス（オン）となる。パルス列におけるパルスの幅（オン時間）は、歯１４ａにおける歯厚に対応している。第２トルクカム部材１２のスラスト移動量が変わると、回転パルス検出センサ１６が検出している歯１４ａの歯厚が変わるので、パルス列における各パルスの幅が変化し、オン時間（オフ時間）が変化する。回転パルス検出センサ１６からのパルス列は、トルク取得部５１に出力される。

図５には、回転パルス検出センサ１６から出力されたパルス列の例を示している。図５（ａ）には、図４（ａ）に示す歯１４ａにおける歯厚Ｔ１の箇所を検出しているとき（第２トルクギア部材１２のスラスト移動量が大きいとき）のパルス列Ｐ１を示しており、オン時間（パルスの幅）を符号ＯＮ１、オフ時間を符号ＯＦＦ１で示している。図５（ｂ）には、図４（ｂ）に示す歯１４ａにおける歯厚Ｔ２の箇所を検出しているとき（第２トルクギア部材１２のスラスト移動量が中程度のとき）のパルス列Ｐ２を示しており、オン時間を符号ＯＮ２、オフ時間を符号ＯＦＦ２で示している。図５（ｃ）には、図４（ｃ）に示す歯１４ａにおける歯厚Ｔ３の箇所を検出しているとき（第２トルクギア部材１２のスラスト移動量が小さいとき）のパルス列Ｐ３を示しており、オン時間を符号ＯＮ３、オフ時間を符号ＯＦＦ３で示している。この３つのパルス列Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を比較すると、オン時間ＯＮ１＞オン時間ＯＮ２＞オン時間ＯＮ３（オフ時間ＯＦＦ１＜オフ時間ＯＦＦ２＜オフ時間ＯＦＦ３）である。

この回転パルス検出センサ１６のパルス列におけるオン時間（パルスが占める時間）の割合は、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量（スラスト力）に対応しており、スラスト移動量が大きくなるほど大きくなる。この第２トルクカム部材１２のスラスト移動量（スラスト力）は、出力軸３２ａから伝達されるトルクの大きさに対応しており、トルクが大きいほど大きくなる。したがって、オン時間の割合は、出力軸３２ａから伝達されるトルクの大きさに対応しており、トルクが大きいほど大きくなる。この関係から、このパルス列におけるオン時間の割合により、出力軸３２ａからプライマリ軸３２ｂに伝達されたトルクを取得できる。なお、トルクを取得するためには、パルス列におけるオン時間の割合以外にも、パルス列におけるオフ時間の割合などを用いてよい。

トルク取得部５１について説明する。トルク取得部５１は、回転パルス検出センサ１６のパルス列を用いて、出力軸３２ａからプライマリ軸３２ｂに伝達されたトルクを取得する処理部である。具体的には、トルク取得部５１は、パルス列からオン時間とオフ時間を順次計測し、このオン時間とオフ時間からパルス列におけるオン時間の割合を演算する。この割合の演算方法としては、例えば、１個分のパルスのオン時間とオフ時間を加算し、オン時間をその加算値で除算して割合を求める方法、所定個数分のパルスのオン時間とオフ時間を積算し、所定個数分のオン時間をその積算値で除算して割合を求める方法がある。そして、トルク取得部５１では、このオン時間の割合からトルクを取得する。この取得方法としては、例えば、オン時間の割合とトルクとの関係を示したマップを用意しておき、マップを参照してオン時間の割合からトルクを取得する。

以上の構成のトルク検出装置１の作用について説明する。前後進切替機構３２の出力軸３２ａにトルクが出力されていない場合（エンジン２が停止中）、トルクカム１０ではスラスト力が発生しない。この場合、第２トルクカム部材１２は、固定プーリ３４ａ側に移動せず、第１トルクカム部材１１側に最も接近した位置である。

前後進切替機構３２の出力軸３２ａから任意の大きさのトルクが出力されている場合（エンジン２が作動中）、トルクカム１０では、複数のカムボール１３を介して、出力軸３２ａに連結された第１トルクカム部材１１から第２トルクカム部材１２（プライマリ軸３２ｂ）にトルクを伝達する。このとき、トルクカム１０ではトルクの大きさに応じてスラスト力が発生し、第２トルクカム部材１２にスラスト力が作用している。このスラスト力の大きさに応じて、第２トルクカム部材１２は、スラスト力とばね１５のばね力のバランスにより固定プーリ３４ａ側に移動する。

回転パルス検出センサ１６では、このスラスト移動量に応じて変化するパルスギア１４の歯１４ａにおける任意の歯厚の箇所を検出し、パルス列を出力する。このパルス列のパルスの幅（オン時間）は、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量（ひいては、トルクの大きさ）に対応している。ＴＣＵ５０（トルク取得部５１）では、このパルス列を用いてプライマリ軸３２ｂに伝達されたトルク（プライマリプーリ３４に入力されたトルク）を取得する。さらに、ＴＣＵ５０では、このトルクに基づいてクランプ圧を求め、このクランプ圧が発生するようにバルブボディ４０を制御する。

実施形態に係るトルク検出装置１によれば、出力軸３２ａからプライマリ軸３２ｂに伝達されるトルクに対応して変化する第２トルクカム部材１２のスラスト移動量をパルスギア１４と回転パルス検出センサ１６を用いて直接検出して、出力軸３２ａからプライマリ軸３２ｂに伝達されるトルクを取得しているので、トルクを精度良く検出することができる。また、実施形態に係るトルク検出装置１によれば、回転パルス検出センサ１６をパルスギア１４に対向させて非接触で組み付ければよいので、組み付け性に優れる。また、実施形態に係るトルク検出装置１によれば、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量の変化に応じてパルスギア１４の歯１４ａの歯厚が変化するように構成しているので、１個の回転パルス検出センサ１６でトルクを検出することができる。

実施形態に係るトルク検出装置１によれば、パルス列におけるパルスが占める時間（オン時間）の割合を演算し、その割合からトルクを取得することで、パルスギア１４（第２トルクカム部材１２、プライマリ軸３２ｂ）の単位時間当たりの回転数を検出しなくても、トルクを取得することができる。また、実施形態に係るトルク検出装置１によれば、パルスギア１４の歯１４ａの歯厚が連続して線形に小さくなるように形成されているので、第２トルクカム部材１２のスラスト移動量に応じて回転パルス検出センサ１６で検出する歯１４ａの歯厚が線形に変わるので（比例関係）、回転パルス検出センサ１６から出力されるパルス列からトルクを精度良く取得することができる。

実施形態に係るトルク検出装置１によれば、プライマリプーリ３４に入力されるトルクを精度良く検出することができる。そのため、この高精度な入力トルクを用いることで、クランプ圧に上乗せするマージンを低減することができる（マージンが０の場合も含む）。その結果、オイルポンプ４１の動力損失を低減することができ、車両の燃費を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では車両の無段変速機３に入力されるトルクを検出するトルク検出装置１に適用したが、回転軸で伝達されるトルクを検出する他のトルク検出装置にも適用可能である。

上記実施形態ではプライマリプーリ３４に入力されるトルクが伝達される回転軸を出力軸３２ａとプライマリ軸３２ｂとに分割して、この出力軸３２ａとプライマリ軸３２ｂに第１トルクカム部材１１と、第２トルクカム部材１２と、複数のカムボール１３とからなるトルクカム１０を設ける構成とした、トルクカムとしては他の構成のトルクカムを適用してもよいし、また、回転軸を分割せずに、１本の回転軸にトルクカムを設ける構成としてもよい。

上記実施形態ではパルスギア１４が複数個の歯１４ａを有する構成としたが、パルスギア１４の歯１４ａは１個でもよい。

上記実施形態では回転パルス検出センサ１６から出力されるパルス列におけるオン時間の割合を用いてトルクを取得する構成としたが、パルス列を用いて他の方法でトルクを取得してもよく、例えば、オン時間とプライマリ軸３４ｂの単位時間当たりの回転数を用いてトルクを取得してもよい。

上記実施形態ではパルスギア１４の歯１４ａの歯厚が第１トルクカム部材１１側から固定プーリ３４ａ側に連続して線形に小さくなる構成としたが、歯厚が第１トルクカム部材１１側から固定プーリ３４ａ側に連続して大きくなる構成としてもよいし、歯厚が連続して非線形に小さくなるあるいは大きくなる構成としてもよい。

１ トルク検出装置
２ エンジン
３ 無段変速機
１０ トルクカム
１１ 第１トルクカム部材
１１ａ カム面
１１ｂ カム溝
１２ 第２トルクカム部材
１２ａ カム面
１２ｂ カム溝
１２ｃ 外周面
１２ｄ 反対側の面
１３ カムボール
１４ パルスギア
１４ａ 歯
１５ ばね（弾性手段）
１６ 回転パルス検出センサ（回転パルス検出手段）
３２ａ 出力軸（第１回転軸）
３２ｂ プライマリ軸（第２回転軸、入力軸）
３４ プライマリプーリ
３４ａ 固定プーリ
３４ｄ 一端面（固定面）
５０ ＴＣＵ（制御装置）
５１ トルク取得部（トルク取得手段）

Claims (5)

1. 回転軸に設けられ、前記回転軸に入力されるトルクに応じて前記回転軸の軸方向に移動するトルクカムと、
   前記トルクカムの外周面に形成された歯からなるパルスギアと、
   前記パルスギアに対向して配置され、回転中の前記パルスギアの前記歯を検出してパルス列を出力する回転パルス検出手段と、
   前記回転パルス検出手段で出力した前記パルス列から前記トルクを取得するトルク取得手段と、
   を備え、
   前記歯は、前記軸方向に延在し、歯厚が前記軸方向の一方側から他方側に連続して大きくなるように又は小さくなるように形成されることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記回転軸は、第１回転軸と当該第１回転軸と同軸上に配置された第２回転軸とに分割され、前記第１回転軸から前記第２回転軸にトルクが伝達され、
   前記トルクカムは、前記第１回転軸と共に回転するように前記第１回転軸の外周部に設けられた第１トルクカム部材と、前記第２回転軸と共に回転しかつ前記第２回転軸の軸方向に移動するように前記第２回転軸の外周部に設けられた第２トルクカム部材と、前記第１トルクカム部材のカム面と前記第２トルクカム部材のカム面との間に配置された複数のカムボールと、を有し、
   前記第２トルクカム部材における前記カム面と反対側の面と所定の固定面との間に配置され、前記第１回転軸から伝達されるトルクによって前記第２トルクカム部材に作用しているスラスト力に応じて前記軸方向に伸縮する弾性部材を備え、
   前記パルスギアは、前記第２トルクカム部材の外周面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記歯は、歯厚が前記軸方向の一方側から他方側に連続して線形に大きくなるように又は小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトルク検出装置。
4. 前記トルク取得手段は、前記パルス列におけるパルスが占める時間の割合を演算し、当該割合から前記トルクを取得することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のトルク検出装置。
5. 前記第１回転軸は、車両のエンジンのトルクの出力軸であり、
   前記第２回転軸は、前記車両の無段変速機のトルクの入力軸であり、
   前記トルク取得手段は、前記無段変速機の制御装置に構成されることを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか一項に記載のトルク検出装置。

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