JP3669421B2 - トルク計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転伝達系におけるトルクを測定する装置に関し、例えば、自動車のエンジンがトランスミッションに伝達するトルクを計測するのに用いられるトルク計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルク計測装置としては、例えば特開平９−２１７０９号公報に開示されているものがある。同公報のトルク計測装置は、回転伝達を行う回転軸体に加わるトルクを計測するものであって、回転軸体の周面に所定間隔で複数の歪みゲージを取付けると共に、歪みゲージを抵抗とする抵抗ブリッジ回路を形成し、回転軸体に加わるトルクにより同回転軸体の表面に生じた剪断応力の大きさを各歪みゲージで検出し、抵抗ブリッジ回路により現れる出力電圧の入力電圧に対する変化の大きさをトルクに換算するものである。
【０００３】
ここで、上記のトルク計測は、一端側を入力側とし且つ他端側を出力側とした回転軸体を対象にしたものであるが、このほかには、中心部を入力側とし且つ外周部を出力側とした回転板を対象にしたものがあり、具体的には、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装するドライブプレートにおけるトルク計測が挙げられる。
【０００４】
図６に片側半分を示すドライブプレート１００は、エンジンのクランクシャフトの回転をトランスミッションのトルクコンバータに伝達するものであって、中心に、クランクシャフト側の連結部材を嵌合する取付け穴１０１が形成してあると共に、取付け穴１０１の外周側には、連結部材に螺着する複数のボルトの通し穴１０２が周方向に所定間隔で形成してある。また、通し穴１０２よりも外周側には、開口部１０３が周方向に所定間隔で形成してあり、さらに、開口部１０３よりも外周側には、トルクコンバータに螺着するボルトの通し穴１０４が周方向に所定間隔で形成してある。
【０００５】
上記のドライブプレート１００におけるトルク計測は、隣接する開口部１０３同士の間を起歪部１０５として、各起歪部１０５における回転方向の前後面に歪みゲージ１０６を取付けると共に、各歪みゲージ１０６を抵抗とする抵抗ブリッジ回路を形成し、先の回転軸体における計測と同様に、ドライブプレート１００に加わるトルクにより各起歪部１０５に生じた剪断応力の大きさを各歪みゲージ１０６で検出し、抵抗ブリッジ回路により現れる出力電圧の入力電圧に対する変化の大きさをトルクに換算することとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなドライブプレート１００のトルク計測では、トルクコンバータ側からスラスト方向に大きな力が加わることがあるので、スラスト方向の応力による影響を極力減らして計測精度を高めるためには、起歪部１０５の厚さを大きくするのが望ましい。これに対して、従来では、起歪部１０５を中心寄りに設けていたので、起歪部１０５の厚さを確保するために、通常車載するドライブプレートよりも全体の厚さを大きくした計測用のドライブプレートを使用していた。このため、ドライブプレートの厚さを大きくしたうえに同プレートに歪みゲージを含む回路を取付けると、重量が増大してトルクの計測値が実走行の値と相違したものになるという問題点があり、さらの、一般的にエンジンとトランスミッションとの間隔がきわめて狭いことから、上記ドライブプレートの取付けが非常に難しいという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題になっていた。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板においてトルクを計測する装置であって、回転板の全体的な厚さならびに重量を増大させることなく、スラスト方向の応力による影響を低減してトルク計測を精度良く行うことができ、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装するドライブプレートにおけるトルク計測にもきわめて好適なトルク計測装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるトルク計測装置は、請求項１として、中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板においてトルクを計測する装置であって、回転板の外周側に、入力側から出力側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる複数の起歪部を周方向に所定間隔で設けると共に、入力側および出力側のいずれか一方への取付け部と各起歪部を略同一円周上に設け、各起歪部に、歪みを検出する歪みセンサを設けた構成とし、請求項２として、回転板の周方向に所定間隔で複数の開口部を形成すると共に、隣接する開口部同士の間を起歪部とし、起歪部の回転方向の前後の面に歪みセンサを設けた構成とし、請求項３として、歪みセンサからの信号を送信する無線送信手段と、無線送信手段からの信号を受信する無線受信手段を備えた構成とし、請求項４として、回転板が、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートであって、中心部に入力側であるエンジンのクランクシャフトを連結すると共に、外周部に出力側であるトランスミッションのトルクコンバータを連結する構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるトルク計測装置では、中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板においてトルクを計測するに際して、入力側から出力側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる起歪部を回転板の外周側に設けると共に、各起歪部に歪みセンサを設けたので、スラスト方向の応力による影響を減らすために回転板の全体の厚さを増大させる必要がなくなる。つまり、回転板における軸方向の曲げモーメントは、外周側に向かうほど小さくなるので、歪みセンサを取付ける各起歪部を回転板の外周側に設ければ、少なくとも回転板の中心部の厚さを増大させる必要がなく、回転板の外周側においてスラスト方向の応力による影響が少ない状態で回転方向の歪みを検出し得ることとなる。また、回転板の外周側において、入力側および出力側のいずれか一方への取付け部と各起歪部を略同一円周上に設けたので、回転板の直径を増大させることなく、各起歪部をできるだけ外周側すなわち軸方向の曲げモーメントができるだけ少なくなる位置に配置し得る。
【００１０】
本発明の請求項２に係わるトルク計測装置では、回転板の外周側に起歪部を設けるに際して、回転板の周方向に所定間隔で複数の開口部を形成すると共に、隣接する開口部同士の間を起歪部としているので、開口部および起歪部を中心側に設ける場合とこれらを外周側に設ける場合とで比較すると、開口部および起歪部が同数であるならば、これらを外周側に設けた場合の方が開口部の面積が大きくなり、その分重量が軽減される。
【００１１】
また、起歪部の回転方向の前後の面に歪みセンサを設けているので、起歪部に回転方向の歪みが生じた場合、前面の歪みセンサでは圧縮応力による歪みが検出され、後面の歪みセンサでは引張り応力による歪みが検出される。ここで、トルクを計測する場合には、各歪みセンサを抵抗とする抵抗ブリッジ回路を形成し、入力電圧に対する出力電圧の差をトルクに換算する。したがって、各歪みセンサのうち、起歪部の前面に設けたもの同士を抵抗ブリッジ回路の相対向する一方の２辺の抵抗とし、起歪部の後面に設けたもの同士を抵抗ブリッジ回路の相対向する他方の２辺の抵抗としておけば、前後の面の歪みセンサによる検出で精度が高められるだけでなく、軸方向の曲げモーメントが加わった場合でも、その曲げモーメントにより発生する歪みを１８０度異なる位置の歪みセンサ間で互いに打ち消すことが可能となり、回転方向の歪みが精度良く検出される。
【００１３】
本発明の請求項３に係わるトルク計測装置では、回転板に無線送信手段を設けると共に、適宜の固定部位に無線受信手段を設け、回転板において、歪みセンサで検出した信号を無線送信手段で送信すると共に、適宜の固定部位において、無線送信手段が送信した信号を無線受信手段で受信してトルク計測を行う。これにより、回転する回転板で得た検出信号を外部に取出すための手段が非常に簡単なものとなる。
【００１４】
本発明の請求項４に係わるトルク計測装置では、回転板が、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートであって、中心部に連結したエンジンのクランクシャフトの回転を外周部に連結したトランスミッションのトルクコンバータに伝達するものとなっており、請求項１〜３と同様の作用により、ドライブプレートの厚さや重量を通常車載されるものあるいは同等のものにし且つスラスト方向の応力による影響を低減し得るので、トルクの計測値が実走行の値に等しいものとなる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるトルク計測装置によれば、中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板においてトルクを計測するに際して、回転板の外周側に起歪部および歪みセンサを設けたことにより、中心寄りに起歪部を設けた従来の装置と比較すると、少なくとも中心部の厚さを小さくすることができ、中心部に肉抜きを行うことも容易であり、これにより重量の軽減を実現することができるうえに、スラスト方向の応力による影響を低減して起歪部の歪みを精度良く検出することができ、その結果トルク計測を高精度に行うことができる。また、回転板の全体的な厚さならびに重量を増大させることなくトルク計測を精度良く行うことができることから、例えば、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装するドライブプレートにおけるトルク計測にもきわめて好適であり、この場合、エンジンとトランスミッションとの間の限られたスペースへの取付けを容易にすることができると共に、実走行にほぼ等しい状態でトルク計測を行うことができる。さらに、回転板の外周側において、入力側および出力側のいずれか一方への取付け部と各起歪部を略同一円周上に設けたことにより、回転板の直径を増大させることなく、各起歪部をできるだけ外周側に配置してスラスト方向の応力による影響がきわめて少ない状態で歪みの検出を行うことができ、トルク計測のさらなる高精度化に貢献することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に係わるトルク計測装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、回転板の外周側に起歪部を設けるに際して、開口部の形成により起歪部を設けたことから、開口部の面積すなわち肉抜きの量を大きく確保して重量をより軽減することができる。また、起歪部の回転方向の前後の面に歪みセンサを設けたことにより、各歪みセンサを抵抗とする抵抗ブリッジ回路の電圧変化に基づいてトルクを換算する際に、スラスト方向の応力による影響をより一層低減し、各起歪部の回転方向の歪みを精度良く検出することができる。さらに、開口部の大きさや開口部同士の間隔を選択することで、起歪部の半径方向の長さや幅が決定されるので、回転板の材質や歪みセンサの感度等に応じて予め起歪部の強度設定を行うことも容易にできる。
【００１８】
本発明の請求項３に係わるトルク計測装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、無線送信手段および無線受信手段を採用したことにより、回転する回転板で得た検出信号を外部に取出すための手段を非常に簡単にすることができ、トルク計測に要する設備や手間の大幅な簡略化を実現することができると共に、例えば自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装するドライブプレートにおけるトルク計測にも容易に対処することができる。
【００１９】
本発明の請求項４に係わるトルク計測装置によれば、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートにおけるトルクを計測するに際して、請求項１〜３と同様の効果を得ることができ、ドライブプレートには通常車載されるものあるいは同等のものが使用できるので、実走行と同等の状態でトルク計測を行うことができる。また、当該トルク計測装置は、トルク計測専用だけでなく通常車載用とすることも可能であり、例えば、エンジンがトランスミッションに伝達するトルクを計測して、その計測結果を駆動伝達系や走行系などの制御に対する一情報源として用いることも可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明に係わるトルク計測装置の一実施例を説明する。
【００２１】
図１に示す回転板１は、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートである。すなわち、回転板１は、図２に示すようにエンジンＡとトランスミッションのトルクコンバータ（内部は省略してある）Ｂの間に介装される。エンジンＡは、概略を説明すると、カムヘッドＣ、シリンダヘッドＤ、複数のピストンＥおよびクランクシャフトＦを組込んだシリンダブロックＧを備えている。回転板１は、中心部に、連結部材Ｈを介して入力側となるクランクシャフトＦを連結すると共に、外周部に、出力側となるトルクコンバータＢを連結し、エンジンＡの回転をトランスミッションに伝達する。
【００２２】
回転板１は、片側半分を図１（ａ）に示し、断面を（ｂ）に示すように、円形のディスクである。この回転板１は、入力側への取付け部として、中心に、クランクシャフトＦの連結部材Ｈを嵌合する取付け穴２が形成してあると共に、取付け穴２の外周側に、連結部材Ｈに螺着するボルトの通し穴３が周方向に等間隔で六個形成してあり、出力側への取付け部として、外周部に、トルクコンバータＢに螺着するボルトの通し穴４が周方向に等間隔で四個形成してある。
【００２３】
また、回転板１には、内側の通し穴３を配置した円周と外側の通し穴４を配置した円周との間に、軽量化を図るための円形の肉抜き孔５が周方向に等間隔で八個形成してあると共に、トルク計測装置の構成として、外周部に、周方向に等間隔で八個の開口部６を形成し、隣接する開口部６同士の間の八か所を起歪部７、すなわち入力側から出力側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる部分としている。なお、回転板１の外周には、セルモータとの間でベルトを巻き掛けるための外歯８が設けてある。
【００２４】
ここで、回転板１は、図１（ｂ）に示すように、外周部の厚さを全周にわたって他の部分よりも大きくしてあり、この外周部に先の通し穴４および起歪部７が形成してある。つまり、出力側への取付け部である各通し穴４と各起歪部７は、外周部において同一円周上に形成されている。このため、八個の開口部６は、図１（ａ）に示すように、通し穴４の間において回転板１の半径方向にほぼ一定の開口幅を有する開口部６Ａと、通し穴４を避けるように屈曲した開口部６Ｂとを交互に配置したものとなっている。
【００２５】
そして、回転板１には、トルク計測装置の構成として、各起歪部７の回転方向における前後の面に、歪みを検出する歪みセンサ９が設けてある。各歪みセンサ９は、例えば従来既知の歪みゲージであって、図３に示すように、歪みが明確に現れる起歪部７の根元付近に貼り付けられる。
【００２６】
上記の歪みセンサ９を用いてトルク測定を行うには、各歪みセンサ９を抵抗とする抵抗ブリッジ回路を形成し、入力電圧に対する出力電圧の差をトルクに換算する。このとき、各歪みセンサ９のうち、起歪部７の前面に設けたもの同士を抵抗ブリッジ回路の相対向する一方の２辺の抵抗とし、起歪部７の後面に設けたもの同士を抵抗ブリッジ回路の相対向する他方の２辺の抵抗としておけば、前後の面の歪みセンサ９による検出で精度が高められるだけでなく、軸方向の曲げモーメントが加わった場合でも、その曲げモーメントにより発生する歪みを１８０度異なる位置の歪みセンサ９間で互いに打ち消すこととなり、回転方向の歪みが精度良く検出することができる。
【００２７】
また、当該トルク計測装置では、回転する回転板１で得た検出信号を外部に取出す手段として、回転板１に各歪みセンサ９からの信号を送信する無線送信手段を備えると共に、別の固定部位に、無線送信手段からの信号を受信する無線受信手段を備えている。
【００２８】
無線送信手段は、図１（ａ）中の仮想線および図４に示すように、各歪みセンサ９からの信号を入力するテレメータ送信機１０を備え、回転板１の周方向にわたって設けたリング状の送信アンテナ１１から検出信号を送信する。他方、無線受信手段は、図２および図４に示すように、シリンダブロックＧの側面に設けた送信アンテナ１２を受信源とするテレメータ受信機１３を備え、テレメータ受信機１３で受信した検出信号をオシロスコープ１４やデータレコーダ１５などに入力する。
【００２９】
上記構成を備えたトルク計測装置は、エンジンＡを作動させ、回転板１を介してトルクコンバータＢを回転駆動し、このときに回転板１に生じた回転方向の剪断応力の大きさを検出することで、エンジンＡがトランスミッションに伝達するトルクを計測する。その計測結果は動力の伝達効率等を評価に用いられる。
【００３０】
ここで、当該トルク計測装置では、回転板１の外周側に、開口部６により起歪部７を形成すると共に、各起歪部７を出力側の取付け部である外側の通し穴４と同一円周上に配置して、各起歪部７に歪みセンサ９を設けているので、各起歪部７においてスラスト方向の応力による影響が大幅に低減されると共に、回転板１の重量が大幅に軽減される。
【００３１】
つまり、回転板１における軸方向の曲げモーメントは、外周側に向かうほど小さくなるので、起歪部７を回転板１の外周側に設ければ、起歪部７に対するスラスト方向の応力による影響が低減され、起歪部７を外側の通し穴４と同一円周上に設ければ、回転板１の直径を増大させることなく起歪部７に対するスラスト方向の応力による影響を極力少なくすることができる。これにより、図１（ｂ）に示すように、起歪部７の無い中心部は、厚さを小さくすることができる。また、起歪部７を設けた外周部は、厚さを大きくすることで起歪部７に対するスラスト方向の応力による影響がほとんど無くなり、起歪部７に生じた回転方向の歪みが精度良く検出されることとなる。
【００３２】
また、回転板１の外周側に開口部６および起歪部７を形成したことから、従来のように開口部および起歪部を中心側に設けた場合と比較すると、開口部６の面積が大きくなり、しかも、中心部の厚さを小さくすることができるうえに、この実施例では中心部に肉抜き孔５を形成しているので、全体的に厚さが大きい従来の回転板に比べて重量が大幅に軽減されたものとなる。
【００３３】
なお、起歪部７に対してスラスト方向の応力の影響を減らすには、起歪部７の厚さを大きくする方が望ましく、この実施例では起歪部７を含む外周部の厚さを大きくすることでスラスト方向の応力の影響がより少ないものとしているが、先に述べたように、回転板１における軸方向の曲げモーメントは外周側に向かうほど小さくなることから、起歪部７を中心側に設ける場合に比べて、起歪部７を含む外周部の厚さを小さくすることも可能であり、これにより重量軽減に貢献することもできる。
【００３４】
さらに、当該トルク計測装置では、起歪部７の回転方向の前後の面に歪みセンサ９を設けているので、起歪部７に回転方向の歪みが生じた場合、前面の歪みセンサ９では圧縮応力による歪みが検出され、後面の歪みセンサ９では引張り応力による歪みが検出されることとなり、前後の面の歪みを検出することで検出精度がより高いものとなる。また、回転板１において、歪みセンサ９で検出した信号を無線送信手段（テレメータ送信機１０および送信アンテナ１１）で送信すると共に、無線送信手段が送信した信号を無線受信手段（受信アンテナ１２およびテレメータ受信機１３）で受信してトルク計測を行うことから、回転する回転板１で得た検出信号を外部に取出すための手段が非常に簡単なものとなっている。
【００３５】
そして、当該トルク計測装置は、上記したように、回転板１の全体的な厚さならびに重量を増大させることなく、スラスト方向の応力による影響を低減してトルク計測を精度良く行うことができることから、回転板１として通常車載用のドライブプレートまたは同等のプレートを使用することができ、無線送信手段を設けたうえで、図２に示す如くエンジンＡとトルクコンバータＢとの間の限られたスペースへの取付けを容易に行うことができ、これにより実走行と同等の状態でトルク計測が行われることとなる。
【００３６】
なお、上記実施例のトルク計測装置では、無線の送信手段および受信手段を備えた構成としたが、これらを有線とすることもできる。この場合には、クランクシャフトに、軸線方向に連続する連通孔を形成し、歪みセンサのリード線を連通孔に通してエンジンＡの外部に導き出し、図５に示すように、スリップリング２１およびストレインメータ２２を介してオシロスコープ１４やデータレコーダ１５に信号を入力する。
【００３７】
また、上記実施例では、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装するドライブプレートにおけるトルク計測を示したが、とくに本発明の請求項１〜３に記載の発明に係わるトルク計測装置にあっては、ドライブプレート以外に、中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板におけるトルク計測に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるトルク計測装置の一実施例を説明する図であって、片側を省略した回転板の正面図（ａ）、回転板および内部を省略したトルクコンバータの断面図（ｂ）である。
【図２】自動車のエンジンおよびトランスミッションのトルクコンバータを説明する断面図である。
【図３】回転板の起歪部付近を拡大した斜視図である。
【図４】歪みセンサの信号を無線で取出す手段の構成を説明するブロック図である。
【図５】歪みセンサの信号を有線で取出す手段の構成を説明するブロック図である。
【図６】従来のドライブプレートを説明する片側省略の正面図である。
【符号の説明】
１ 回転板（ドライブプレート）
４ 通し穴（出力側への取付け部）
６ 開口部
７ 起歪部
９ 歪みセンサ
１０ テレメータ送信機（無線送信手段）
１１ 送信アンテナ（無線送信手段）
１２ 受信アンテナ（無線受信手段）
１３ テレメータ受信機（無線受信手段）
Ａ エンジン
Ｂ トルクコンバータ
Ｆ クランクシャフト

Claims (4)

1. 中心部および外周部のいずれか一方を入力側に連結し且つ他方を出力側に連結した回転板においてトルクを計測する装置であって、回転板の外周側に、入力側から出力側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる複数の起歪部を周方向に所定間隔で設けると共に、入力側および出力側のいずれか一方への取付け部と各起歪部を略同一円周上に設け、各起歪部に、歪みを検出する歪みセンサを設けたことを特徴とするトルク計測装置。
2. 回転板の周方向に所定間隔で複数の開口部を形成すると共に、隣接する開口部同士の間を起歪部とし、起歪部の回転方向の前後の面に歪みセンサを設けたことを特徴とする請求項１に記載のトルク計測装置。
3. 歪みセンサからの信号を送信する無線送信手段と、無線送信手段からの信号を受信する無線受信手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルク計測装置。
4. 回転板が、自動車のエンジンとトランスミッションの間に介装されるドライブプレートであって、中心部に入力側であるエンジンのクランクシャフトを連結すると共に、外周部に出力側であるトランスミッションのトルクコンバータを連結することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルク計測装置。

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