JP2019184466A - Torque measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、トルク計測装置に関する。 The present invention relates to a torque measuring device.
近年、自動車のトランスミッションの性能評価を行ううえで、エンジンとトランスミッションとを連結した状態でエンジンのトルクを高精度に測定できることが求められている。このトルク計測の従来技術として、エンジンのクランクシャフトとトランスミッションのトルクコンバータとの間に介設されるドライブプレートをトルク計として利用したものが知られている(例えば特許文献1〜3参照)。これらの特許文献には、トルクの検出素子としてひずみゲージを用いることが記載されている。
In recent years, in order to evaluate the performance of automobile transmissions, it is required that the engine torque can be measured with high accuracy in a state where the engine and the transmission are connected. As a conventional technique for this torque measurement, there is known one using a drive plate interposed between an engine crankshaft and a transmission torque converter as a torque meter (see, for example,
ドライブプレートはエンジンルーム内に配置されるため、高温の環境下に曝露されている。ドライブプレートの温度が高温になると、ひずみゲージの抵抗値が変化するため、正確なトルク測定ができないおそれがある。 Since the drive plate is disposed in the engine room, it is exposed to a high temperature environment. When the temperature of the drive plate becomes high, the resistance value of the strain gauge changes, and there is a possibility that accurate torque measurement cannot be performed.
本発明は、このような問題を解決するためのものであり、ひずみゲージに対する温度の影響を低減して、トルクの計測精度を向上させることを目的とする。 The present invention is for solving such a problem, and an object of the present invention is to reduce the influence of temperature on a strain gauge and improve the accuracy of torque measurement.
前記課題を解決するため、本発明は、中心部および外周部の一方が入力側回転体に連結し他方が出力側回転体に連結した円板回転体に作用するトルクの計測装置であって、前記円板回転体の起歪部に配置されるひずみゲージと、温度による前記ひずみゲージの抵抗値の変化を補償する温度ゲージと、を備え、前記ひずみゲージと前記温度ゲージとが前記円板回転体の同一円周線上に配置されているトルク計測装置とした。 In order to solve the above problems, the present invention is a measuring device for torque acting on a disk rotating body in which one of a central portion and an outer peripheral portion is connected to an input side rotating body and the other is connected to an output side rotating body, A strain gauge disposed in the strain-generating portion of the disk rotor, and a temperature gauge that compensates for a change in resistance value of the strain gauge due to temperature, and the strain gauge and the temperature gauge rotate the disk. The torque measuring device is arranged on the same circumference of the body.
本発明によれば、ひずみゲージと温度ゲージとを円板回転体の同一円周線上に配置することにより、円板回転体の温度分布が放射状の温度勾配を持つ場合において、ひずみゲージと温度ゲージとを互いに等価温度下に配することができる。これにより、温度ゲージの補償精度を高めることができるので、ひずみゲージに対する温度の影響を低減してトルクの計測精度を向上させることができる。 According to the present invention, the strain gauge and the temperature gauge are arranged on the same circumferential line of the disc rotating body, so that when the temperature distribution of the disc rotating body has a radial temperature gradient, the strain gauge and the temperature gauge. Can be arranged at an equivalent temperature to each other. Thereby, since the compensation accuracy of the temperature gauge can be increased, the influence of temperature on the strain gauge can be reduced and the torque measurement accuracy can be improved.
また、本発明は、前記ひずみゲージの抵抗値の誤差を補償する補償導線が、前記同一円周線上に配置されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a compensation conducting wire for compensating for an error in resistance value of the strain gauge is arranged on the same circumferential line.
本発明によれば、ひずみゲージの微小な抵抗値の誤差を補償する補償導線の温度がひずみゲージの温度と略同じになるので、ブリッジ回路の平衡状態の誤差を低減できる。 According to the present invention, since the temperature of the compensation lead wire that compensates for the error in the minute resistance value of the strain gauge becomes substantially the same as the temperature of the strain gauge, the error in the equilibrium state of the bridge circuit can be reduced.
また、本発明は、前記円板回転体には肉抜き孔が複数形成され、前記ひずみゲージと前記温度ゲージと前記肉抜き孔とが、回転対称に配置されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a plurality of lightening holes are formed in the disc rotating body, and the strain gauge, the temperature gauge, and the lightening holes are arranged rotationally symmetrically.
本発明によれば、ひずみゲージおよび温度ゲージに対する肉抜き孔の影響のばらつきを低減して、ひずみゲージのトルク検出精度と温度ゲージの補償精度とを高めることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the variation in the influence of the hollow holes on the strain gauge and the temperature gauge, and to improve the torque detection accuracy of the strain gauge and the compensation accuracy of the temperature gauge.
また、本発明は、前記円板回転体に遮熱コーティング剤が塗布されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a thermal barrier coating agent is applied to the disk rotating body.
本発明によれば、熱伝達および熱放射の影響を抑えて、円板回転体における伝熱を主に熱伝導のみにさせることができる。したがって、円板回転体において放射状の温度勾配が明確に表れ、ひずみゲージに対して温度ゲージや補償導線を同一円周線上に配置したことによる補償精度を一層高めることができる。 According to the present invention, the influence of heat transfer and heat radiation can be suppressed, and heat transfer in the disk rotor can be mainly made only for heat conduction. Therefore, a radial temperature gradient appears clearly in the disc rotating body, and the compensation accuracy by arranging the temperature gauge and the compensating conductor on the same circumferential line with respect to the strain gauge can be further enhanced.
また、本発明は、前記ひずみゲージと前記温度ゲージとの間に熱伝導シートが貼着されていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a heat conductive sheet is stuck between the strain gauge and the temperature gauge.
本発明によれば、ひずみゲージと温度ゲージとを等価温度に一層近づけることができるので、温度ゲージの補償精度をより高めることができる。 According to the present invention, since the strain gauge and the temperature gauge can be made closer to the equivalent temperature, the compensation accuracy of the temperature gauge can be further increased.
本発明によれば、ひずみゲージに対する温度の影響を低減して、トルクの計測精度を向上させることができる。 According to the present invention, the influence of temperature on the strain gauge can be reduced, and the torque measurement accuracy can be improved.
図1において、本発明に係るトルク計測装置1は、ドライブプレート2に作用するトルクを計測する装置である。ドライブプレート2は、図2に示すように、入力側回転体としてのエンジンのクランクシャフト21と、出力側回転体としてのトルクコンバータ22との間に介設される円板回転体である。図1に示すように、ドライブプレート2の中心部周りには、軸心Oを中心として複数(本実施形態では8個)の第1ボルト通し孔3が形成され、外周部周りには複数(本実施形態では6個)の第2ボルト通し孔4が形成されている。ドライブプレート2は、図2に示すように、一面側の中心部がクランクシャフト21の端面に突き当てられて、第1ボルト通し孔3を通した第1ボルト23により締結され、他面側の外周部がトルクコンバータ22に突き当てられて、第2ボルト通し孔4を通した第2ボルト24により締結される。
In FIG. 1, a torque measuring
図1に示すように、ドライブプレート2の外周縁には、図示しないセルモータのピニオンギヤと噛合するリングギヤ5が形成されている。ドライブプレート2の中心には、クランクシャフト21に嵌合してドライブプレート2を芯出しする芯出し孔6が形成されている。また、ドライブプレート2の外周部寄りには、複数の肉抜き孔7が円周方向に等間隔で形成されている。前記したように本実施形態では6個の第2ボルト通し孔4が形成されており、計6個の肉抜き孔7のそれぞれが、隣り合う第2ボルト通し孔4同士の間に位置するように形成されている。
As shown in FIG. 1, a
ドライブプレート2には、入力側の中心部から出力側の外周部に回転力が伝達される際に、ひずみを積極的に生じさせるための起歪部8が形成されている。起歪部8は、円周方向に等間隔で6カ所形成されており、各起歪部8は隣り合う肉抜き孔7同士の間に配置されている。起歪部8は、隣り合う肉抜き孔7間の中心を通る径方向線Lを挟んで形成された一対のスリット9と、一対のスリット9間に形成された矩形状の薄肉部10と、を備えて構成されている。スリット9は、径方向線Lに沿って延びるように形成されており、ドライブプレート2の表裏を貫通する長孔として形成されている。薄肉部10は、図3から判るように、ドライブプレート2の表裏のそれぞれに凹部が設けられるように薄肉状に形成されている。
The
「ひずみゲージ11」
図1において、各薄肉部10の表裏にはひずみゲージ11(図1では11A〜11Fで示す)が取り付けられている。すなわち、ドライブプレート2には、一面側と他面側にそれぞれ同一円周線上に等間隔で6個ずつ配置された計12個のひずみゲージ11が接着材等により取り付けられている。ひずみゲージ11は、その中央部が径方向線L上に位置するように配置されている。図1では、一面側の6個のひずみゲージ11A,11B,…,11Fが順に配置され、その各裏には、ひずみゲージ11G,11H,…,11Lが配置されている。
"
In FIG. 1, strain gauges 11 (shown as 11 </ b> A to 11 </ b> F in FIG. 1) are attached to the front and back of each
ひずみゲージ11は抵抗素子として機能し、外部からの引張力や圧縮力によって伸縮してその抵抗値を変化させる。図5に示すブリッジ回路31により、抵抗素子R1〜R4の抵抗値の変化でA点−B点間に電圧を生じさせる。これにより、当該電圧をトルクに応じた出力電圧として取り出すことができる。ひずみが生じていない場合、ブリッジ回路31は「R1・R4=R2・R3」で平衡状態となり、出力電圧はゼロとなる。出力電圧は、例えばアンプ32、A/Dコンバータ33、CPU34を備えた送信機35を介して送信される。送信機35はドライブプレート2の所定部に取り付けられる。送信された信号は、CPU36、D/Aコンバータ37、アンプ38を備えた受信機39で受信され、トルク出力装置40でトルク計測値が表示、保存される。なお、各ひずみゲージ11は、それぞれ2つの抵抗素子を備えて構成されている。
The
「温度ゲージ12、補償導線13」
図1において、トルク計測装置1は、温度によるひずみゲージ11の抵抗値の変化を補償する温度ゲージ12(図1では12A〜12Fで示す)と、ひずみゲージ11の抵抗値の誤差を補償する補償導線13とを備えている。温度ゲージ12は、温度と相関する抵抗素子を備えている。ひずみゲージ11の温度抵抗係数に合わせた仕様の温度ゲージ12を、図5に示すように、ブリッジ回路31に対して直列に接続することで、温度が変化した際のひずみゲージ11の抵抗値の変化を相殺し、同一のひずみに対して同一の電圧が出力されるように補償することができる。
"
In FIG. 1, a
補償導線13は、ひずみゲージ11の抵抗素子の間の誤差を補償する抵抗素子であり、ひずみゲージ11と略同じ電気抵抗の温度係数を有している。補償導線13を、図5に示すように、ブリッジ回路31の一辺に直列に接続し、後記するように補償導線13をひずみゲージ11の温度と等価にすることで、ブリッジ回路31の平衡状態の誤差を低減できる。
The compensating
ここで、温度ゲージ12、補償導線13と、ひずみゲージ11との間に温度差が存在すると、その温度差によって補償精度にずれが生じ、ひずみゲージ11を正しく補償できない。そのため、補償精度を高めるためには、温度ゲージ12や補償導線13をひずみゲージ11の温度と略等価の温度下に配置する必要がある。
Here, if there is a temperature difference between the
本発明者は、ドライブプレート2の使用環境に基づく温度分布に着目し、以下のように解析を行った。ドライブプレート2はエンジンルーム内に配置されるため、高温の環境下に曝露されている。熱の伝わり方には、熱伝導、熱伝達、熱放射の3種類があるが、エンジンルーム内の雰囲気温度から伝わる熱伝達および熱放射については、雰囲気温度の分布に極度な偏りはさほど生じないことから、ドライブプレート2全体に略一様に熱が伝わるとみなすことができる。また、例えば遮熱コーティング剤をドライブプレート2の表面に塗布することで、熱伝達および熱放射の影響を抑えることができる。したがって、ドライブプレート2の温度分布は、クランクシャフト21およびトルクコンバータ22からの熱伝導の影響が支配的となる。
The inventor paid attention to the temperature distribution based on the usage environment of the
通常、エンジンのクランクシャフト21とトルクコンバータ22とでは、クランクシャフト21の温度の方が高い。したがって、クランクシャフト21とトルクコンバータ22の温度差から、ドライブプレート2では、クランクシャフト21との連結部である中心部から外側に放射状に熱伝導する。つまり、ドライブプレート2の温度分布は、軸心Oから離れるにしたがい低温となり、任意の円周線上では全周にわたり均一温度となる放射状の温度勾配の分布となる。
Usually, the
図6は、熱伝導シミュレーションによるドライブプレート2の温度分布を示す。この図6から、中心部から放射状に高温域41、中高温域42、中温域43、低温域44が分布していることが判る。肉抜き孔7が存在する中温域43については、肉抜き孔7からの放熱の影響により、厳密に円周方向に沿わずに、隣り合う肉抜き孔7間で概ね直線状に延びており、全体として六角形状の温度分布となっている。しかし、肉抜き孔7の数が6個程度かそれ以上であれば、多角形状も略真円形に近いものとなるので、若干の温度の違いは無視して、中温域43の温度分布も円周方向に均一とみなすことができる。
FIG. 6 shows a temperature distribution of the
以上から、ひずみゲージ11と温度ゲージ12と補償導線13とを軸心Oから等距離に配置することで、すなわち、ひずみゲージ11と温度ゲージ12と補償導線13とをドライブプレート2の同一円周線上に配置することで、各者を互いに略等価の温度下におくことができ、温度ゲージ12や補償導線13の補償精度を高めることができる。
From the above, the
図1において、本実施形態では、計12個の温度ゲージ12のそれぞれが、ドライブプレート2の一面側および他面側で、各起歪部8の一方のスリット9の脇に接着材等により取り付けられている。一面側のひずみゲージ11A〜11Fの各隣に温度ゲージ12A〜12Fが配置され、他面側のひずみゲージ11G〜11Lの各隣に温度ゲージ12G〜12L(図7)が配置されている。図4において、符号P1は、ひずみゲージ11の径外側の辺の中央点を示し、符号P2は、ひずみゲージ11の径内側の辺の中央点を示す。符号C1は、中央点P1を通る円周線であり、符号C2は、中央点P2を通る円周線である。本発明において、「ひずみゲージ11と温度ゲージ12とが同一円周線上に配置される」とは、温度ゲージ12の少なくとも一部が、円周線C1と円周線C2との間の範囲に位置している関係を意味する。補償精度を高めるうえで、温度ゲージ12の面積の半分以上、望ましくは80%以上が円周線C1と円周線C2との間の範囲にかかるように温度ゲージ12を配置することが好ましい。
In FIG. 1, in the present embodiment, a total of twelve temperature gauges 12 are attached to one side of the
補償導線13についても同様であり、本発明において、「補償導線13が同一円周線上に配置されている」とは、補償導線13の少なくとも一部が、円周線C1と円周線C2との間の範囲に位置している関係を意味する。
The same applies to the
また、隣合う肉抜き孔7同士に接する外側の接線を外側接線S1、内側の接線を内側接線S2とすると、本実施形態では、ひずみゲージ11が外側接線S1と内側接線S2との間の範囲に位置している。外側接線S1と内側接線S2との間の温度分布は、厳密には軸心Oを中心とする放射状ではなく、図6のシミュレーション結果から、肉抜き孔7同士をむすぶ直線、すなわち径方向線Lとの直交線に沿いつつ径外方向に次第に低温となる温度勾配になると推察される。したがって、径方向線L1と直交しかつ中央点P1を通る直線をS3、径方向線L1と直交しかつ中央点P2を通る直線をS4とすると、温度ゲージ12の少なくとも一部が、直線S3と直線S4との間の範囲に配置されるようにすれば、肉抜き孔7間にひずみゲージ11を配置した場合の補償精度をより高めることができる。補償精度を一層高めるうえで、温度ゲージ12の面積の半分以上、望ましくは80%以上が直線S3と直線S4との間の範囲にかかるように温度ゲージ12を配置することが好ましい。本実施形態では、温度ゲージ12の略全体が直線S3と直線S4との間の範囲に位置するように配置されている。補償導線13についても、その一部が直線S3と直線S4との間の範囲に配置されるようにしてもよい。
In addition, in the present embodiment, the
図1に示すように、ひずみゲージ11、温度ゲージ12、補償導線13からの配線14は、ブリッジ回路31を構成して円周状に引き回されたうえで、送信機35(図1では図示せず、図5参照)に接続されている。図7に、本実施形態で用いたブリッジ回路31の具体例を示す。符号11A1、11A2は、図1のひずみゲージ11Aの抵抗であり、同様に、11B1,11B2…11L1,11L2はそれぞれひずみゲージ11B…11Lの抵抗を示している。
As shown in FIG. 1, the
ブリッジ回路31の一方の分岐路には、11G1,11A1,11K1,11E1,11I1,11C1,補償導線13,11L2,11F2,11J2,11D2,11H2,11B2が直列に接続されている。他方の分岐路には、11G2、11A2,11K2,11E2,11I2,11C2,11B1,11H1,11D1,11J1,11F1,11L1が直列に接続されている。11C1−補償導線13間のA点と、11C2−11B1間のB点との間の電圧が、トルクに応じた電圧として出力される。正電源電圧Vccとブリッジ回路31との間に温度ゲージ12G,12A,12H,12B,12I,12Cが直列に接続され、ブリッジ回路31とグランドGNDとの間に温度ゲージ12D,12J,12E,12K,12F,12Lが直列に接続されている。以上の接続例はあくまで一例であり、配線14の引き回し等により適宜に設計変更してよい。
11G1, 11A1, 11K1, 11E1, 11I1, 11C1, compensating
以上のように、ドライブプレート2の起歪部8に配置されるひずみゲージ11と、温度によるひずみゲージ11の抵抗値の変化を補償する温度ゲージ12と、を備え、ひずみゲージ11と温度ゲージ12とをドライブプレート2の同一円周線上に配置すれば、放射状の温度勾配を持つドライブプレート固有の温度分布を利用して、温度ゲージ12の補償精度を高めることができる。これにより、例えば、定格に対して0.1%程度以下の誤差でエンジンの回転トルクを高精度に測定できる。
As described above, the
ひずみゲージ11の抵抗値の誤差を補償する補償導線13を、ひずみゲージ11と同一円周線上に配置すれば、補償導線13の温度がひずみゲージ11の温度と略同じになるので、ブリッジ回路の平衡状態の誤差を低減できる。
If the compensating
本実施形態のように、ドライブプレート2に肉抜き孔7が複数形成され、ひずみゲージ11と温度ゲージ12と肉抜き孔7とを軸心Oを中心として回転対称に配置すれば、ひずみゲージ11および温度ゲージ12に対する肉抜き孔7の影響のばらつきを低減して、ひずみゲージ11のトルク検出精度と温度ゲージ12の補償精度とを高めることができる。さらに、ドライブプレート2の回転バランスを保つことができる。
As in the present embodiment, if the
ドライブプレート2に遮熱コーティング剤を塗布すれば、大気による熱伝達および熱放射の影響を抑えて、ドライブプレート2における伝熱を主に熱伝導のみにさせることができる。したがって、ドライブプレート2において放射状の温度勾配が明確に表れ、ひずみゲージ11に対して温度ゲージ12や補償導線13を同一円周線上に配置したことによる補償精度を一層高めることができる。
If a thermal barrier coating agent is applied to the
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。ひずみゲージ11と温度ゲージ12との間に熱伝導シートを貼着すれば、ひずみゲージ11と温度ゲージ12とを等価温度に一層近づけることができるので、温度ゲージ12の補償精度をより高めることができる。
The preferred embodiment of the present invention has been described above. If a heat conductive sheet is attached between the
起歪部8の形状例は、ひずみが生じる部位であれば、スリット9や薄肉部10に限定されるものではない。
The shape example of the
1 トルク計測装置
2 ドライブプレート(円板回転体)
3 第1ボルト通し孔
4 第2ボルト通し孔
7 肉抜き孔
8 起歪部
9 スリット
10 薄肉部
11 ひずみゲージ
12 温度ゲージ
13 補償導線
21 クランクシャフト(入力側回転体)
22 トルクコンバータ(出力側回転体)
1
3 First
22 Torque converter (output side rotating body)
Claims (6)
前記円板回転体の起歪部に配置されるひずみゲージと、
温度による前記ひずみゲージの抵抗値の変化を補償する温度ゲージと、
を備え、前記ひずみゲージと前記温度ゲージとが前記円板回転体の同一円周線上に配置されていることを特徴とするトルク計測装置。 A torque measuring device acting on a disk rotating body in which one of a central part and an outer peripheral part is connected to an input side rotating body and the other is connected to an output side rotating body,
A strain gauge disposed in the strain-generating portion of the disk rotor,
A temperature gauge that compensates for changes in the resistance value of the strain gauge due to temperature; and
And the strain gauge and the temperature gauge are arranged on the same circumferential line of the disc rotating body.
前記ひずみゲージと前記温度ゲージと前記肉抜き孔とが、回転対称に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルク計測装置。 The disk rotor is formed with a plurality of lightening holes,
The torque measuring device according to claim 1, wherein the strain gauge, the temperature gauge, and the lightening hole are arranged rotationally symmetrically.
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