JP2022108071A - ドライブプレート型トルク変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ひずみゲージの検出感度を向上したドライブプレート型トルク変換器を提供する。【解決手段】ドライブプレート型トルク変換器は、プレートと、プレートにかかるトルクを測定するためのトルク測定装置と、を有し、プレートは、外輪と、内輪と、外輪および内輪を接続する複数のスポークと、を有し、スポークには、トルク測定装置のひずみゲージが配置されており、スポークには、少なくとも１つの貫通孔が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、ドライブプレートにかかるトルクを測定するためのドライブプレート型トルク変換器に関するものである。

従来、エンジンの駆動力をトランスミッションのトルクコンバータに伝達するためにドライブプレート（フレックスプレート）が用いられている。このドライブプレートの代わりに、ドライブプレート型トルク変換器を用いることにより、実車走行中のエンジンのトルクを検出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、プレートの起歪部に配置されるひずみゲージと、温度によるひずみゲージの抵抗値の変化を補償する温度ゲージと、をプレートの同一円周線上に配置するトルク計測装置が開示されている。

特開２０１９－１８４４６６号公報

従来技術では、プレートの起歪部が十分に変形せず、ひずみゲージの検出感度が低いという問題があった。そこで、本発明は、ひずみゲージの検出感度を向上したドライブプレート型トルク変換器を提供することを目的とする。また、本発明は、トルク出力を高精度に検出することをさらなる目的とする。

本発明のドライブプレート型トルク変換器は、プレートと、前記プレートにかかるトルクを測定するためのトルク測定装置と、を有し、
前記プレートは、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪を接続する複数のスポークと、を有し、
前記スポークには、前記トルク測定装置のひずみゲージが配置されており、
前記スポークには、少なくとも１つの貫通孔が設けられている。

本発明では、前記スポークの径方向の両側に、前記ひずみゲージを挟んで２つの貫通孔が設けられていることが好ましい。

本発明では、前記スポークの周方向の両側に、壁が設けられており、
前記ひずみゲージが配置される前記スポークの中央部分の厚さは、前記壁の厚さより薄いことが好ましい。

本発明では、前記スポークに対して周方向に対称な位置に、２つのビス穴が設けられていることが好ましい。

本発明では、前記ひずみゲージの抵抗体の材料は、ニッケルクロムであることが好ましい。

本発明では、前記複数のスポークの各々の表裏に、前記ひずみゲージが配置されていることが好ましい。

本発明のドライブプレート型トルク変換器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図であり、（ｂ）は、スポークの拡大斜視図である。 本発明のドライブプレート型トルク変換器の遠心力に関する検討を説明するための図である。 本発明の第３実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図である。 錘を追加したプレートにおける回転試験の結果を示す図である。 本発明のドライブプレート型トルク変換器の温度に関する検討を説明するための図である。 本発明のドライブプレート型トルク変換器の曲げ荷重に関する検討を説明するための図である。 本発明のドライブプレート型トルク変換器のスラスト荷重に関する検討を説明するための図である。

図１は、本発明のドライブプレート型トルク変換器の構成を示すブロック図である。
ドライブプレート型トルク変換器１００は、プレート１０と、プレート１０にかかるトルクを測定するためのトルク測定装置２０と、を有する。
プレート１０は、エンジンとトランスミッションとの間に配置される既存のドライブプレートの代わりとなるものである。
トルク測定装置２０は、送電装置２１、送電コイル２２、受電コイル２３、整流器２４、ひずみゲージ２５、送信機２６、受信アンテナ２７および受信機２８を有する。ひずみゲージ２５は、プレート１０のスポークに配置され、ブリッジ回路を構成する。受電コイル２３、整流器２４および送信機２６は、プレート１０の任意の箇所に配置されている。送電装置２１、送電コイル２２、受信アンテナ２７および受信機２８は、プレート１０の近傍（電波の送受信範囲）に配置されている。
送電装置２１からひずみゲージ２５に誘導給電し、ひずみゲージ２５によりプレート１０にかかるトルクを測定し、測定したトルクを無線で転送する。トルク測定装置２０の構成および動作は、公知のため詳細な説明を省略する。

図２は、本発明の第１実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図である。
プレート１０ａは、外輪１１と、内輪１２と、外輪１１および内輪１２を接続する複数のスポーク１３と、を有する。図示例では、６本のスポーク１３が設けられているが、スポーク１３は３本以上であれば任意の数とすることができる。
スポーク１３には、少なくとも１つの貫通孔１４が設けられている。
貫通孔１４により、スポーク１３の強度が低下するため、スポーク１３上のひずみゲージが斜め方向に変形しやすくなり、ひずみゲージの検出感度が向上する。

図３（ａ）は、本発明の第２実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図であり、図３（ｂ）は、スポークの拡大斜視図である。
第２実施形態のプレート１０ｂは、スポーク１３に２つの貫通孔１４が設けられている点以外、第１実施形態のプレート１０ａと同一である。
スポーク１３の径方向の両側に、ひずみゲージ（図示せず）を挟んで２つの貫通孔１４が設けられている。２つの貫通孔１４の中心は、スポーク１３の中心軸上にある。また、スポーク１３の周方向の両側には壁１３ｗが設けられており、ひずみゲージが配置されるスポーク１３の中央部分１３ｃの厚さは、壁１３ｗの厚さより薄い。また、スポーク１３の幅Ｗは、径方向に一定であり、スポーク１３はＩ形状を有する。
２つの貫通孔１４が設けられることにより、スポーク１３の中央部分１３ｃはＸ形状を有し、ひずみゲージが斜め方向により変形しやすくなり、効率的にトルク出力を検出することができる。また、スポーク１３は、中央部分１３ｃが薄いことにより、ねじれ方向に変形しやすいため、ひずみゲージの検出感度が向上する。ただし、単に貫通孔１４を設け、中央部分１３ｃを薄くしてしまうと、スラスト方向および曲げ方向（横方向）に対する強度が不十分となる。そこで、スポーク１３の壁１３ｗを厚くすることにより、スラスト方向および曲げ方向に対する強度を十分に確保することができる。なお、壁１３ｗの強度は、壁１３ｗの体積で決まるため、壁１３ｗの厚さおよび／または幅を調整してもよい。

図示例の貫通孔１４は、一例でありさまざまな変形が可能である。
例えば、貫通孔１４の直径は、スポーク１３の中央部分１３ｃの幅と同一であるが、中央部分１３ｃの幅より小さくてもよい。また、貫通孔１４は、円形の他、楕円形でもよい。

図４を用いて、本発明のドライブプレート型トルク変換器の遠心力に関する検討を説明する。
図４（ａ）は負荷がない状態、図４（ｂ）はトルクが負荷された状態、図４（ｃ）は遠心力が負荷された状態のスポークおよびひずみゲージを示す。
スポーク１３には、２枚のひずみゲージｘ、ｙが配置されており、ひずみゲージｘの抵抗体は、径方向に対して－４５°で傾斜しており、ひずみゲージｙの抵抗体は、径方向に対して＋４５°で傾斜している。
図４（ａ）に示すように、負荷がない状態では、トルク出力はゼロである。
図４（ｂ）に示すように、矢印方向にトルクが負荷された状態では、ひずみゲージｘは抵抗体が伸びるため抵抗値が増加し、ひずみゲージｙは抵抗体が縮むため抵抗値が減少し、抵抗値の差がトルクとして出力される。
図４（ｃ）に示すように、矢印方向に遠心力が負荷された状態では、ひずみゲージｘ、ｙは同じように伸びるため、トルク出力はゼロである。このように、スポーク１３をひずみゲージｘ、ｙに対して対称な形状（Ｉ形状）とすることにより、遠心力でプレートが変形しても、トルク出力をゼロとすることができる。
ただし、実際にはプレートの加工に誤差があるため、遠心力によってスポーク１３が斜めに変形し、トルクとして出力されてしまう場合がある。以下、これを改善する構成を説明する。

図５は、本発明の第３実施形態のドライブプレート型トルク変換器のプレートの平面図である。
第３実施形態のプレート１０ｃは、ビス穴１５が設けられている点以外、第２実施形態のプレート１０ｂと同一である。
外輪１１のスポーク１３を挟んで周方向に対称な位置に、ビス穴１５が設けられている。これらの１２個のビス穴１５のいずれか１つまたは複数にボルトおよびナットによる錘（図示せず）を追加することにより、遠心力によってスポーク１３が斜めに変形しても、トルク出力をゼロとすることができる。
このように、遠心力による誤差を錘によって相殺し、トルク出力を高精度に検出することができる。
なお、１つのスポーク１３に対して周方向に対称な位置に２つのビス穴１５が設けられていればよく、ビス穴１５は、図示例の位置に限定されるものではない。例えば、ビス穴１５は、内輪１２に設けられていてもよい。

図６に示すように、錘を追加したプレートにおいて回転試験を行い、回転数を増加させてもトルク出力が一定となることが確認できた。
第３実施形態のプレート１０ｃでは、貫通孔１４およびビス穴１５の両方が設けられているが、貫通孔１４を設けずに、ビス穴１５のみを設けることもできる。

図７を用いて、本発明のドライブプレート型トルク変換器の温度に関する検討を説明する。
ドライブプレート型トルク変換器は、外輪が低温のトランスミッションに接続され、内輪が高温のエンジンに接続されるため、外輪と内輪との間の温度差に起因して、温度変化中(温度過渡時)に、トルク出力が変化する（ドリフトする）ことがある。これを恒温槽で実車試験を想定して検討した。
図７（ａ）は、恒温槽の温度変化を示す。２５℃で１２０分維持した後、３０分かけて８０℃まで上昇させ、８０℃で３０分維持した。その後、９０℃で１０分、８０℃で１０分を繰り返した。さらにその後、９０℃で３０分、８０℃で３０分を繰り返した。恒温槽において、内輪が床に接触し、外輪が空気に触れることにより、外輪の温度が変化した後に、内輪の温度が変化する。
図７（ｂ）は、一般的な材料である銅ニッケルの抵抗体のひずみゲージを用いた場合の温度およびトルク出力を示すグラフである。温度は、外輪の位置Ａ、Ｄおよび内輪の位置Ｂ、Ｃにおいて測定した。
図７（ｂ）では、二点鎖線で示すトルク出力が温度変化に合わせて変化していることが分かる。ドライブプレート型トルク変換器は、恒温槽内で静止しておりトルクはかかっていないので、この出力変化は、トルク出力ではなく、熱起電力に起因した異常値である。そこで、熱起電力が発生しないひずみゲージの材料を検討した。

図７（ｃ）は、ニッケルクロムの抵抗体のひずみゲージを用いた場合の温度およびトルク出力を示すグラフである。
図７（ｃ）では、ト二点鎖線で示すルク出力がほぼ一定であることが分かる。
このように、ひずみゲージの抵抗体の材料を一般的な銅ニッケルからニッケルクロムに変更することにより、トルク出力の変化を回避できるので、トルク出力を高精度に検出することができる。
また、熱起電力が発生しない材料であれば、ニッケルクロム以外の材料を用いることもできる。
なお、配線は、図７（ｂ）（ｃ）の両方の場合において銅線を用いている。
温度変化の検討は、貫通孔１４およびビス穴１５の両方が設けられている第３実施形態のプレート１０ｃにおいて行ったが、貫通孔１４およびビス穴１５のないプレートにおいて、ひずみゲージの抵抗体を熱起電力が発生しない材料とすることもできる。

図８を用いて、本発明のドライブプレート型トルク変換器の曲げ荷重に関する検討を説明する。
ひずみゲージが曲げ荷重により変形すると、見かけ上トルクが出力されるが、これは実際のトルク出力ではなく、曲げ荷重による誤検出である。そこで、図８に示すように、６本のスポーク１３の表裏にひずみゲージを配置し、プレート１０に曲げ荷重を負荷してＦＥＭ解析を行った。
Ａ１－Ａ２軸方向（図面縦方向）に曲げ荷重をかけた場合、位置Ａ１ｘのひずみゲージの出力と、これに対向する位置Ａ２ｙのひずみゲージの出力と、では、絶対値が同じで符号が反対になり、互いに相殺する。同様に、Ａ２ｘとＡ２ｙの出力が互いに相殺し、Ｂ１ｘとＣ２ｙの出力が互いに相殺し、Ｂ１ｙとＣ２ｘの出力が互いに相殺し、Ｃ１ｘとＢ２ｙの出力が互いに相殺し、Ｃ１ｙとＢ２ｘの出力が互いに相殺する。
なお、６本のスポーク１３の表側のひずみゲージ同士が曲げ荷重による誤出力を相殺し、同様に、６本のスポーク１３の裏側のひずみゲージ同士が曲げ荷重による誤出力を相殺する。
また、ゲージの貼り角度、位置、加工の不均一等に起因して、出力は誤差を含むが、ゲージ素子数が多くなると（例えば２４素子）、ブリッジ回路の各辺は、ゲージ素子数の１／４の平均値（６素子の平均）となるので、不均一の影響を低く抑えることができる。

図９を用いて、本発明のドライブプレート型トルク変換器のスラスト荷重に関する検討を説明する。
ひずみゲージがスラスト荷重により変形すると、見かけ上トルクが出力されるが、これは実際のトルク出力ではなく、スラスト荷重による誤検出である。そこで、図８の場合と同様に、６本のスポーク１３の表裏にひずみゲージを配置し、プレート１０にスラスト荷重を負荷して実測した。
図９（ａ）に示すように、プレート１０の内輪１２を台に固定し、プレート１０の上に治具を配置し、治具の上からスラスト荷重をかける。図９（ｂ）に示すように、プレート１０は、外輪１１の６箇所において、治具と接触している。
図９（ａ）の矢印に示すように、治具の上からスラスト荷重をかけた場合、位置Ａ１ｘのひずみゲージの出力と、位置Ａ１ｙのひずみゲージの出力と、が互いに相殺する。すなわち、１つのスポーク１３の表側の２つのひずみゲージ同士がスラスト荷重による誤出力を相殺し、１つのスポーク１３の裏側の２つのひずみゲージ同士がスラスト荷重による誤出力を相殺する。
また、トルク出力の変化量が非常に小さいことが確認できた。

このように、曲げ荷重およびスラスト荷重による誤出力を相殺するために、各スポークの表裏にひずみゲージが配置されていることが好ましい。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…プレート、１１…外輪、１２…内輪、１３…スポーク、１３ｃ…中央部分、１３ｗ…壁、１４…貫通孔、１５…ビス穴、２０…トルク測定装置、２１…送電装置、２２…送電コイル、２３…受電コイル、２４…整流器、２５…ゲージ、２６…送信機、２７…受信アンテナ、２８…受信機、１００…ドライブプレート型トルク変換器

Claims (6)

1. プレートと、前記プレートにかかるトルクを測定するためのトルク測定装置と、を有するドライブプレート型トルク変換器であって、
   前記プレートは、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪を接続する複数のスポークと、を有し、
   前記スポークには、前記トルク測定装置のひずみゲージが配置されており、
   前記スポークには、少なくとも１つの貫通孔が設けられている、
   ドライブプレート型トルク変換器。
2. 前記スポークの径方向の両側に、前記ひずみゲージを挟んで２つの貫通孔が設けられている、
   請求項１に記載のドライブプレート型トルク変換器。
3. 前記スポークの周方向の両側に、壁が設けられており、
   前記ひずみゲージが配置される前記スポークの中央部分の厚さは、前記壁の厚さより薄い、
   請求項１または２に記載のドライブプレート型トルク変換器。
4. 前記スポークに対して周方向に対称な位置に、２つのビス穴が設けられている、
   請求項１から３のいずれかに記載のドライブプレート型トルク変換器。
5. 前記ひずみゲージの抵抗体の材料は、ニッケルクロムである、
   請求項１から４のいずれかに記載のドライブプレート型トルク変換器。
6. 前記複数のスポークの各々の表裏に、前記ひずみゲージが配置されている、
   請求項１から５のいずれかに記載のドライブプレート型トルク変換器。

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