JPH03274433A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転駆動される回転軸のトルクを検出するト
ルク検出装置に関し、特に詳細には、回転軸に互いに離
して２つの磁気記録媒体を固定し、それらに記録した信
号を再生したときの両信号の位相差に基づいてトルクを
検出する装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、自動車におけるトルク検出の必要性は増大しつつ
ある。特に、トルクコンバータを用いた自動変速機では
、出力軸のトルクを検出することでその特性の大幅な改
善が期待されている。トルク検出の必要性は自動車に限
られるものではないが、とりわけ、自動車に適用するに
当たっては、検出トルクの範囲が広いこと、さらに、ト
ルク変動を精度良く検出することか必要となる。

従来より、トルク検出装置としては、トルクの負荷によ
る回転軸のねじれ角を測定し、そのねじれ角からトルク
を求める装置が広く知られている。

より具体的には、測定対象である回転軸に少なくとも２
つのロータリエンコーダを配設したものが知られている
。すなわち、個々のエンコーダからの検出信号の位相差
Δｔからねじれ角を求め、トルクに換算するというもの
である。

エンコーダの種類としては、光学的手段を用いたもの、
磁気的手段を用いたもの、磁気記録手段を用いたものが
あるが、自動車用に適用するには、精度および有用性の
点から磁気記録手段によるものが最適である。磁気記録
ロータリエンコーダを用いた従来技術としては、予め磁
気信号を記録した磁性層を有する回転ディスクやドラム
を回転軸に固定するとともに、それに対向する所定の位
置に磁気センサを配設したものが知られている（例えば
実開昭Ｅｉ２−１５０８４４号、特開昭６２−２３９０
３１号公報参照）。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、上述の磁気記録ロータリエンコーダを用
いた従来技術では、回転軸にねじれ歪みが残留して蓄積
するため、回転ディスクやドラムに記録された信号と検
出センサとの相対位置が徐々にずれてしまい、トルク検
出精度か経時劣化するという問題がある。

このような問題を解決するため、上述した磁気センサに
代えて磁気記録再生ヘッドを配し、この磁気ヘッドを用
いて磁気記録媒体に随時信号を記録可能とすることが考
えられる。すなわち、回転軸に対して、その軸方向に互
いに所定距離をおいて２つの磁気記録媒体を固定し、こ
れらの磁気記録媒体のそれぞれに対向させて磁気ヘッド
を配設した上で、 これらの磁気ヘッドのそれぞれに所定周波数の記録信号
を送って、磁気記録媒体に位置信号を記録させる記録回
路と、 上記位置信号を読み取った２つの磁気ヘッドが各々出力
する再生信号の位相を比較し、その比較結果に基づいて
回転軸に加わるトルクを算出するトルク演算手段、 とを設けることにより、磁気記録媒体に記録される信号
を適宜書換え可能なトルク検出装置が実現される。

（発明が解決しようとする課８） 上記構成のトルク検圧装置は、トルク検出のレンジが広
く、またトルク検出精度の経時劣化も防止可能となるが
、その半面、別の問題を有していることが分かった。

すなわち、上記磁気ヘッドとしては一般に誘導型のもの
が用いられるが、その際、磁気ヘッドと磁気記録媒体と
の相対速度か高いと、磁気ヘッドの再生信号は第３図（
１）のＣに示すように正弦波形となるのに対し、上記相
対速度が低いと、再生信号は同図（１）のＤに示すよう
にパルス状微分波形となってしまう。より詳しく説明す
ると、磁気ヘッドからの磁気信号再生出力Ｖは有効磁束
をφ、コイル巻き数をｎとすると、 ｔ であり、再生出力■は磁束φの時間変化に依存する。

二のように再生信号の波形が変化する場合は、回転軸が
高速回転しているときは再生信号をそのまま後段の信号
処理回路に入力するのに対し、回転軸が低速回転してい
るときは、再生信号を一度正弦波形に変換してから後段
に入力する、というように複雑かつ面倒な信号処理が必
要になる。

この信号処理の煩雑化を避けようとすれば、再生信号波
形が必ずパルス状微分波形となる比較的低回転の領域か
、あるいは再生信号波形が必ず正弦波形となる比較的高
回転の領域でしかトルク検出を行なえないことになり、
前述した自動車におけるトルク検出には適用困難となる
。

なお、上記相対速度が低い場合でも再生信号が必ず正弦
波形となるように、記録信号の周波数をかなり高くして
おくことも考えられる。しかしそうした場合、トルク検
出時の上記相対速度が高いと、再生信号の周波数が著し
く高（なり、磁気ヘッド等の信号再生系の周波数特性か
ら外れてトルク検出が不可能になることもある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり
、回転軸の広い回転数領域に亘ってトルクを精度良く検
出可能で、磁気ヘッドからの再生信号の処理も簡単なト
ルク検出装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のトルク検出装置は、前述した通りの２つの磁気
記録媒体と、それらに対して各々設けられた磁気ヘッド
と、記録回路と、トルク演算手段とを備えたトルク検出
装置において、 上記磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度（通常磁気
ヘッドは固定であり、その場合は回転軸の回転速度と同
義である）を検出する速度検出手段と、 磁気ヘッドに印加する記録信号の周波数を、上記速度検
出手段が検出した相対速度の増大に応じて高くなるよう
に制御する記録周波数制御手段とを設けたことを特徴と
するものである。

（作　　用） 第２図の（１）、（２）に示すように、矢印入方向に回
転される回転軸１の周表面上に磁気記録層２を形成し、
この磁気記録層２に磁気ヘッド３により位置信号を記録
する場合を考える。なお以下では、磁気ヘッドと磁気記
録媒体との相対速度を、回転軸の回転速度として考える
。

ここで、まず記録信号の周波数が固定であると仮定する
と、記録される磁気点Ｍｐの間隔は、位置信号記録時の
回転軸１の回転数が比較的低い場合は、概略同図（１）
図示のように比較的小さくなり、−吉日転軸１の回転数
が比較的高い場合は、同図（２）図示のように比較的大
きくなる。

これら第２図（１）、（２）に示される磁気点Ｍｐを読
み取って得られる再生信号の波形を、読取り時の回転数
Ｒと対応付けて示すと、それぞれ第３図の（１）、（２
）のようになる。すなわち、位置信号記録時の回転数が
低いほど、再生信号の周波数は総体的に高くなる。そこ
で、記録状態が第２図（１）の場合は、読取り時回転数
がＲ，以上で再生信号が正弦波形となるのに対し、記録
状態が第２図（乞の場合は、読取り時回転数がＲ２（Ｒ
１＜Ｒ２）以上にならないと、再生信号は正弦波形とな
らない。

したがって、前述した再生信号波形の変換を行なわない
とすれば、トルク検出可能な回転数領域は、再生信号波
形が共通のＢ１あるいはＢ２の範囲となる。

次に、本発明装置におけるように位置信号記録時の回転
数増大に応じて記録信号周波数を制御する場合について
考える。この場合、信号記録時の回転数が比較的高いと
記録信号周波数が上げられるから、その際の磁気点Ｍｐ
の間隔は、第２図（２）図示の状態よりも小さくなる。

つまりこの磁気点間隔は、第２図（１）図示の状態に近
付く。よってこの際の読取り時回転数Ｒと再生信号波形
との関係は、第３図（１）の状態に近くなる。説明容易
化のために、記録時日転数が比較的高い場合も、磁気点
間隔が第２図（１）の状態と同じとされたとすれば、前
記領域Ｂ２よりも広い回転数領域Ｂ２゛において、再生
信号波形が一定（正弦波形）に揃えられることになる。

反対に、位置信号記録時の回転数が比較的低い場合に、
記録信号周波数を低下させるようにしても、結果的には
該回転数の増大に応じて記録信号周波数が増大する形と
なる。こうして、記録時回転数が比較的低い場合に、磁
気点Ｍｐの間隔が例えば第２図（２）の状態と等しくさ
れたものとすると、その際の再生信号波形は第３図（２
）の状態と同じとなる。したがってこの際は、前記領域
Ｂｌよりも広い回転数領域Ｂｌ’　において、再生信号
波形が一定（微分波形）に揃えられることになる。

なお上記の説明からも明らかなように、記録信号周波数
を位置信号記録時の回転数と比例するように制御すれば
、磁気点間隔はいかなる場合も一定となり、したがって
読取り時回転数と再生信号周波数との関係も常に一定と
なる。再生信号周波数の変動を抑える上では、そのよう
にするのが最も望ましいと言えるが、実装置に適用する
に当たっては、装置コスト等も勘案して、位置信号記録
時の回転数に１つあるいは複数のしきい値を設定し、該
回転数が各しきい値を上回る毎に、記録信号周波数をよ
り大きい値に切り換えるようにしてもよい。

また、記録時回転数に応じて変えられる各記録信号の周
波数は、再生信号波形を常に正弦波形とするのか、ある
いは常に微分波形とするのか、その要求に応じて定めれ
ばよい。

（実　施　例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は、本発明の一実施例によるトルク検出装置を示
すものである。例えば自動車用自動変速機の出力軸であ
る回転軸ｌＯは、図示しないエンジンの駆動力を受けて
、その長軸層りに回転する。

該回転軸１０は、−例として左端が上記エンジン側に連
結され、右端が負荷に連結される。

回転軸１０の外周上には、互いに所定距離をおいて２つ
の磁気記録層１１．１２が設けられている。このような
磁気記録層１１．１２は、エポキシ系樹脂等のバインダ
ー中にフェライト等の磁気粉末を分散させた塗料を回転
軸１０の表面に塗布あるいは印刷する、さらにはテープ
レコーダー等に用いられる磁気テープを回転軸１０の表
面に接着する、等によって形成することができる。

また各磁気記録層１１．１２に近接、対向させて、誘導
型の磁気ヘッド１３．１４が配設されている。これらの
磁気ヘッド１３．１４はそれぞれ記録／再生切替回路１
５．１６を介して、記録回路１７および増幅器１８に接
続されている。この増幅器１８はローパスフィルタ１９
を介して波形整形回路２０に接続され、この波形整形回
路２０はトルク演算回路２１に接続されている。

一方上記回転軸１０には歯車３０が固定され、該歯車３
０の周面に対向させて電磁ピックアップ３１が配設され
ている。歯車３０すなわち回転軸ｌＯが回転していると
き、電磁ピックアップ３１はその回転数に対応した出力
Ｓ１を発する。回転数検出器３２はこの出力Ｓ１を受け
、それに基づいて回転軸ｌＯの回転数を求める。回転数
検出器３２は求めた回転数を示す信号Ｓ２を比較回路３
３に入力する。

なお回転軸１０の回転数は、磁気記録層１１．１２と磁
気ヘッド１３．１４との相対速度と一義的に対応するも
のであり、よって本実施例においては上記歯車３０、電
磁ピックアップ３１および回転数検出器３２が、上記の
相対速度を検出する手段を構成している。

次に、上記の構成によるトルク検出操作について説明す
る。回転軸１０が負荷から開放されて回転しているとき
、記録回路１７は所定周波数のパルス信号からなる記録
信号Ｓ４を発する。なおこの記録信号Ｓ４の周波数は２
つの値のうちの一方に選択されるものであるか、それに
ついては後述する。

このとき記録／再生切替回路１５．１６は、記録指示状
態に設定されており、よって上記記録信号Ｓ４がそれそ
ぞれ磁気ヘッド１３．１４に印加される。それにより磁
気記録層１１．１２には、回転軸ＩＯの周方向に等間隔
で並ぶ磁気点列からなる位置信号が記録される。

トルク検出に際しては、記録／再生切替回路１５．１６
が再生指示状態に設定される。それにより磁気ヘッド１
３．１４からは、各々磁気記録層１１．１２に記録され
ている上記位置信号を読み取った再生信号Ｓ５、Ｓ６が
出力される。これらの８５、Ｓ６は、後述する理由によ
り常に正弦波形となっており、増幅器１８およびローパ
スフィルタ１９を介して波形整形回路２０に入力される
。波形整形回路２０はこれらの再生信号Ｓ５、Ｓ６を、
それらの各々と周期が等しい方形波信号Ｓ５°、Ｓ６゛
　に整形し、それらをトルク演算回路２１に入力させる
。

トルク演算回路２１は、入力された方形波信号Ｓ５’　
、Ｓ６’の周期Ｔと、互いの間の位相差ｔとに基づいて
、 ＴＲＱ−ＡＸ（２πｔ／Ｔ） として駆動トルクＴＲＱを求める。なお上式におけるＡ
は、磁気記録層１１と１２との距離、回転軸ＩＯの横弾
性係数および直径によって定められる係数である。トル
ク演算回路２１は、こうして求めたトルクＴＲＱの値を
示す信号Ｓｔを出力する。

次に、磁気ヘッド１３．１４が出力する再生信号Ｓ５、
Ｓ６を、トルク検出時の回転軸ｌＯの回転数に拘わらず
常に正弦波形とする点について説明する。

前述のようにして磁気記録層１１．１２に位置信号を記
録する際、比較回路３３は回転数検出器３２か出力した
回転数信号Ｓ２を受け、該信号Ｓ２が示す回転数と所定
のしきい値Ｎｏとの大小を比較する。

なおこのしきい値Ｎ。は、例えば回転軸１０の最大回転
数Ｎｍａｘの１／２等に設定される。比較回路３３は上
記の比較結果を示す信号Ｓ３を、記録回路１７に入力す
る。

記録回路１７はこの信号Ｓ３を受け、回転軸１０の回転
数がしきい値Ｎｏ以下の場合は記録信号Ｓ４の周波数を
ｆｌに、−吉日転軸ｌＯの回転数がしきい値Ｎｏを超え
ている場合は記録信号Ｓ４の周波数をｆ２　　（ｆｌ　
＜ｆ２）に設定する。このように記録信号Ｓ４の周波数
を、記録時の回転軸１０の回転数に応じて設定すること
により、前述した通りの理由で、トルク検出時の回転数
と再生信号Ｓ５、Ｓ６の周波数との対応が、位置信号が
高回転下で記録された場合と低回転下で記録された場合
とて著しく異なることを防止できる。そこで、上記２つ
の周波数ｆ１、ｆ２を適切に定めておくことにより、ト
ルク検出時の回転軸１０の回転数がいかなる値を取って
いるときても、再生信号Ｓ５、Ｓ６の波形を常に正弦波
形とすることができる。

なお、再生信号Ｓ５、Ｓ６の波形を常に正弦波形とする
ためには、周波数ｆｌ、ｆ２をより高くするのが有利で
あるが、再生信号Ｓ５、Ｓ６の周波数が余りに高いとそ
れらを正しく検出するのが不可能となることもある。そ
こでこれらの周波数ｆ、、ｆ２は、磁気ヘッド１３．１
４の再生特性や、増幅器１８、ローパスフィルタ１９の
特性をも考慮して定める必要がある。

一方、周波数ｆｌ＋ｆ２の設定次第で、再生信号Ｓ５、
Ｓ６の波形を常に微分波形とすることも可能である。

また磁気記録媒体は上記実施例におけるように回転軸１
０の周表面と平行に形成する他、回転軸１０にディスク
を固定し、このディスクの表面に形成してもよい。

また回転軸ｌＯの回転数を検出するためには、上記の構
成の他、例えば回転軸周方向に等間隔で並ぶ多数のスリ
ットを有して回転軸１０に固定されたスリット板と、上
記スリットを介して相対向する発光素子および受光素子
からなる光学式ピックアップとを備えたもの等を採用す
ることもできる。

さらにはこの回転数検出手段として、磁気記録層１１、
１２と同様の磁気記録層と、そこに記録されている磁気
パターンを読み取る磁気ヘッドとからなるものを用いる
こともできる。

次に第４図を参照して、本発明の第２実施例について説
明する。なおこの第４図において、前記第１図中の要素
と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明
は省略する。

この第４図の装置においては回転軸１０の周面上に、磁
気記録層１１．１２と同様の磁気記録層４１．４２が形
成され、これらの磁気記録層４１．４２に各々対向させ
て磁気ヘッド４３．４４が設けられている。磁気記録層
４１．４２には、予め回転軸ｌＯを無負荷、定回転数で
回転させたときに、図示しない記録回路と磁気ヘッド４
３．４４を用いて、正確に所定ピッチで並ぶ磁気点列が
書き込まれている。これらの磁気点列は、一方の磁気記
録層４１に記録されるものが、他方の磁気記録層４２に
記録されるものと比ベてより大きいピッチで書き込まれ
ている。

そして磁気記録層１１．１２に位置信号を書き込む際に
は、磁気記録層４１．４２に記録されている磁気点列が
各々磁気ヘッド４３．４４により検出され、該磁気ヘッ
ド４３．４４の正弦波出力Ｓ７、Ｓ８が切替回路４５に
入力される。この切替回路４５には前記比較回路３３の
出力Ｓ３、すなわち回転軸１０の回転数と所定のしきシ
）値Ｎｏとの比較結果を示す信号も入力される。該切替
回路４５は、回転軸１ｏの回転数がしきい値Ｎ、以下で
ある場合は磁気ヘッド４３の出力Ｓ７を、回転軸ｌＯの
回転数がしきい値Ｎｏを超えている場合は磁気ヘッド４
４の出力Ｓ８を波形整形回路４６に入力させる。

波形整形回路４６は入力される正弦波出力Ｓ７あるいは
Ｓ８（第５図の（１）参照）を、それと周期が等しい方
形波信号Ｓ９（第５図の（２）参照）に整形し、それを
カウンタ４７に入力させる。カウンタ４７はこの信号Ｓ
９を所定数カウントする毎に、第５図の（３）に示すよ
うなパルス信号ＳＩＯを出力し、それを記録回路５０に
送る。記録回路５ｏは記録信号Ｓ４の周期を、このパル
ス信号ＳＩＯの周期と一致させる。

こうすることにより、位置信号記録時に回転軸ｌＯの回
転数が変動しても、磁気記録層１１あるいは１２に位置
信号として記録される磁気点列を、磁気記録層４１ある
いは４２に正確に記録されている磁気点列のピッチと対
応させて、正確に等ピッチで記録可能となる。

以上説明の通り記録信号Ｓ４の周波数は、位置信号記録
時の回転軸１０の回転数かしきい値Ｎ０以下の場合は、
一方の磁気記録層４１の磁気点ピッチに基づいて、また
回転数かしきい値Ｎｏを超える場合は、他方の磁気記録
層４２の磁気点ピッチに基づいて規定される。そしてこ
れら両磁気点列のピッチは、互いに前述の通りの関係と
なっているから、回転軸ｌＯの回転数がしきい値Ｎｏ以
下のとき、しきい値Ｎ。を超えるときの記録信号周波数
を各々ｆ、％ｆ２とすれば、この場合もｆ工くｆ２とな
る。

なお回転軸ｌＯの回転数検出用に磁気記録媒体を用いる
場合は、磁気記録層１１あるいは１２に回転数検出用の
磁気点列を記録しておき、それを磁気ヘッドＩ３あるい
は１４以外の磁気センサ（誘導型磁気ヘッドや磁気抵抗
型ヘッド等）で読み取るようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明のトルク検出装置におい
ては、位置信号記録時の回転軸回転数を検出し、その回
転数の増大に応じて記録信号周波数をより高く設定する
ように構成したから、トルク検出時の回転数と再生信号
周波数との対応が、記録時回転数が比較的低かった場合
と比較的高かった場合とで著しく異なることを防止でき
る。

よって本装置によれば、トルク検出時の回転軸の広い回
転数領域に亘って再生信号波形を一定とすることができ
、したがって、波形変化に対処するための複雑な信号処
理回路は不要にして、広い回転数領域に亘って精度良く
トルクを検出可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例装置を示す概略側面図、 第２図は、位置信号記録時の回転軸回転数と磁気点間隔
を説明する説明図、 第３図は、トルク検出時の回転軸回転数と再生信号波形
との対応を、位置信号記録時の回転数が低い場合と高い
場合とで分けて示す説明図、第４図は、本発明の第２実
施例装置を示す概略側面図、 第５図は、上記第２実施例装置における磁気ヘッド出力
と、その波形整形信号と、記録信号周期規定用パルス信
号の波形を示すグラフである。 １０・・・回転軸　　　　１１．１２．４１．４２・・
・磁気記録層１３．１４．４３．４４・・・磁気ヘッド
エ５．１６・・・記録／再生切替回路 １７．５０・・記録回路　　　２０．４Ｂ・・・波形整
形回路２１・・・トルク演算回路　　３０・・・歯車３
１・・・電磁ピックアップ　３２・・・回転数検出器３
３・・・比較回路　　　　　４５・・・切替回路４７・
・・カウンタ 第 ２ 図 （１） （２） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転軸に対して、その軸方向に互いに所定距離をおいて
   固定された２つの磁気記録媒体と、これらの磁気記録媒
   体のそれぞれに対向させて設けられた磁気ヘッドと、 これらの磁気ヘッドのそれぞれに所定周波数の記録信号
   を送って、前記磁気記録媒体に位置信号を記録させる記
   録回路と、 前記位置信号を読み取った２つの磁気ヘッドが各々出力
   する再生信号の位相を比較し、その比較結果に基づいて
   前記回転軸に加わるトルクを算出するトルク演算手段と
   、 前記磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度を検出する
   速度検出手段と、 前記記録信号の周波数を、前記速度検出手段が検出した
   前記相対速度の増大に応じて高くなるように制御する記
   録周波数制御手段とを備えたことを特徴とするトルク検
   出装置。