JPS63284443A - 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〕 本発明はトルク検出装置に関する０本発明によるトルク
検出装置はたとえば内燃機関等のトルクを車上において
直接測定する場合に用いられる。

さらに、本発明はトルク検出から回転数をも同時に検出
することを含むトルク検出装置に関する。

〔従来の技術〕 従来の磁気歪を利用したトルク検出装置は内燃機関のト
ルク検出に用いられている。このトルク検出装置におい
て、トルクセンサは、１対のＵ字形の磁極片に励磁用コ
イルと検出用コイルとを装着し、プレートの所定位置に
一定のエアギャップを介して取り付けられている。この
プレートは内燃機関のトルクを伝達するクランク軸とこ
のトルクを受けるトランスミッションとの間に介在し、
クランク軸に結合されている。さらに、トルクセンサに
面したプレート面に、磁性金属の粉体および箔を接着剤
または爆接によって磁性体層が形成されている。また、
検出タイミングを設けるためにトルクセンサと別にプレ
ートの一部の近くに検出タイミングセンサが設けられて
いる。これによって、内燃機関より発生するトルクがク
ランク軸を介してプレートおよびトランスミッションに
伝達されると、プレート上に涙り応力を生じるために、
トルクセンサの励磁用コイルから発生した磁束がプレー
ト上の磁性体を貫通する際に、歪みが生じる。これによ
る磁束密度の変化をトルクセンサの検出用コイルで検出
することによりえられた出力電圧と検出タイミングセン
サのサンプリングタイミング信号とから内燃機関のトル
ク検出を行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

トルクセンサの検出する対象面がプレート−面に磁性金
属の粉体および箔を接着剤または爆接で形成された磁性
体層であるために、接着剤では磁性体層が不均一となり
、また接着強度が弱く、爆接では磁性金属の熱的変性に
より部分的に磁性体層が結晶化し、６％特性が不均一と
なる。このためにトルク検出値にバラツキを生じるとい
う問題点がある。

また、サンプリングタイミングを検出するセンサとトル
クセンサとが構造上同一箇所に設置できないために検出
タイミングがずれ、トルク検出値にバラツキを生じると
いう問題点がある。

本発明は、上記の諸問題点を解決するためになされたも
ので、バラツキの少ない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。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、トルクを発生するものとこのトルクの
伝達を受けるものとの間に介在し、回転軸に結合された
非磁性材料からなり、表面に磁性体が形成されたプレー
トと、この磁性体を介して互いに磁気結合し、それぞれ
巻線を施した励磁用磁極片と検出用磁極片とを有し、該
励磁用磁極片および該検出用磁極片の端部を該磁性体に
対して近接して固定させたトルクセンサと、該プレート
にトルクが伝達されることにより、該検出用磁極片の巻
線に誘起される電圧変化を検出する電圧検出手段とから
なり、前記磁性体は、回転軸に対して同一円周上となる
ように前記プレートの表面に一定間隔に形成された複数
個の短冊状のアモルファス磁性体からなる。

〔作　用〕 上記の構成において、プレートにトルクＴが伝達される
と、プレートの半径ｐの点ではプレート上の同心円（半
径ρ）に接する方向に捩り応力τが生じる（図１参照）
、この捩り応力τは以下の式で示される。

ここでＴは捩りモーメント（ｋｇ−ｆｆｌ）　、ρは検
出位置を表わす、（１）式より中心から遠い程捩り応力
τは小さくなり、中心から近づく程捩り応力は大きくな
ることが理解できる。そのために中心からρ、、ρ、で
の捩り応力はτ、〉τ、となりρ、とρ８と間に歪を生
じる。このためρ、。

ρ、でのアモルファス磁性体を貫通する磁束は、透磁率
が変化することにより磁気歪を生じる。これによってト
ルクセンサの検出用磁極片の一対の巻線に誘起される電
圧ＶＡ及びｖｌが生じ、ｖＡ−ｖｌすなわちアモルファ
ス磁性体１個分の電圧変化を検出することができる。こ
れによりトルクを検出することができる。

〔実施例〕

第２図は本発明のトルク検出装置の一実施例を示す図で
ある。第２図において、２０は図示しない自動車内燃機
関の変速装置（トランスミツシロン）、２１はトランス
ミッション２０の出力軸に連結され、自動車内燃機関の
出力トルクに応じて結合力を可変できるトルクコンバー
タ、２２はクランクシャフト、１は非磁性材料からなる
プレートであり、クランクシャフト２２とトルクコンバ
ータ２１との間に挿入されたボルト２３および２４によ
って結合される。２は１２個の中心角２５°をもつアモ
ルファス層であり、クランクシャフト２２側に面したプ
レート１表面に回転軸から放射状にかつ同一円周上にか
つ一定の間隔をおいて形成される。４および５はそれぞ
れ励磁用磁極片および検出用磁極片であり、２個の巻ｆ
％９１４１　。

４２および５１　、５２がそれぞれ施されている。３は
トルクセンサであり、励磁用磁極片４および検出用磁極
片５よりなる。６は差動増幅回路、７はバンドパスフィ
ルタ、８はピーク値検出信号処理回路、９は加算器、１
０は割算回路、１１は発振器、１２は励磁用電源回路で
ある。さらに上記構成に付加して、１３は波形整形回路
、１４は周波数カウンタ、１５は凹部であり、アモルフ
ァス層２の形状に対応するようにプレート１の外周の一
部に設けられた基準気筒（第１気筒を示す）の上死点（
ＴＤＣ）を示す。１６は電磁ピックアップのような基準
位置センサであり、凹部１５の位置を検出するためにト
ルクセンサ３の励磁用磁極片４の磁界の影響を受けない
自動車内燃機関の一部にスティ　（図示せず）によって
取り付けられる。

また、第４図および第５図はトルクセンサ３の構成を示
している。第４図および第５図において、トルクセンサ
３は励磁用磁極片４および検出用磁極片５のそれぞれ開
放端部４３　、４４および５３　、５４を同一方向にし
て交差して形成されたものである。

２５は非磁性材からなる筐体であり、開放端部４３゜４
４および５３　、５４をプレート１のアモルファス層２
との間に所定距離のエアギャップ２８を有してトルクセ
ンサ３を格納し一体化させ、スティ２６によって取り付
けられる。なお、巻線４１　、４２および５１　、５２
からのリード線は筺体２５を経たのち導出口２７より導
出され、外部回路と接続される。

上記の構成において、クランクシャフト２２よリブレー
ト１に矢印に示すトルクが伝達されると、プレート１の
中心から同心円に接する方向に捩り応力が生じる。ここ
で励磁用電源回路１２を介して発振器１１の基準信号に
基づいてトルクセンサ３の励磁用磁極片４の巻線４１お
よび４２に電流を流して駆動させると、励磁用磁極片４
から発生する磁束がアモルファス層２を貫通するときに
、捩り応力によってアモルファス層２の透磁率が変化し
、この磁束が磁気歪を生じる。このとき、トルクセンサ
３の検出用磁極片５の巻線５１および５２に透磁率の変
化に応じて誘起電圧が発生する。

この誘起電圧を差動増幅回路６に入力することにより透
磁率の変化に比例した出力電圧を得る。この出力信号を
バンドパスフィルタフに入力することにより平滑化した
出力電圧を得る。バンドパスフィルタ７から送出される
出力のピーク値に応じた電圧をピーク値検出信号処理回
路８により検出し、あらかじめ定められたサンプリング
基準（たとえば回転数。なお回転数の検出については後
述する）に基づいて順次加算器９に入力することによっ
て加算された出力電圧（Ｖｏ）を得る。割算回路ｌＯで
はこの加算された出力電圧（ｖｏ）をトルクに比例した
値が検出される。これによって自動車内燃機関のトルク
検出が可能となる。

トルクが発生しない場合には各アモルファス層２のもつ
微小磁界とアモルファス層間にはさまれた非磁性材とか
ら検出用磁極片５の巻線５１および５２に微小電圧差を
生じるので、これを利用して回転数の検出をも可能とな
ることを以下説明する。差動増幅向路６およびバンドパ
スフィルタ７より送出される出力電圧を波形整形回路１
３に入力することによりパルス信号を送出し、このパル
ス信号を周波数カウンタ１６によってカウントする（１
回転はパルス信号１２個である。）ことによっそ自動車
内燃機関の回転数をも同時に検出すると左ができる。こ
れにより、本発明のトルク検出装置は回転数をも同時に
検出できるために別に回転数センサを設けることが不要
となる。

さらに、上記の構成により自動車内燃機関の気筒毎のト
ルクも検出できる。第６図は４気筒の自動車内燃機関の
気筒毎のトルクを検出する信号状態図である。第６図に
おいて、■は第１気筒（＃１）として検出した基準信号
であり、基準センサ１６によってプレート１の外周の一
部に設けられた凹部１５を基準気筒として検出された基
準信号を表わす。■はトルクセンサ３によって各気筒毎
に検出したトルクセンサ信号であり、各気筒のトルクが
最大となる上死点（Ｔ　Ｄ　Ｃ）から上死点後（ＡＴＤ
Ｃ）のクランク角２５°　（１個分のアモルファス層に
相当する。）に対応するトルクセンサ信号を表わす（こ
の図では第１気筒（＃１）、第３気筒（＃３）、第４気
筒（＃４）および第２気筒（＃２）順に検出される）、
■はトルクセンサ信号■をバンドパスフィルタ８に入力
して得られたバンドパスフィルタ出力信号を表わす。■
はバンドパスフィルタ出力信号■の気筒毎のピーク値に
応じたピーク出力信号である。４気筒の場合、４気筒全
てトルクを発生するのにクランクシャフト２２が２回転
するため、１気筒当りのトルクはクランクシャフト２２
を２回転させるので加算器出力信号■は１気筒当りアモ
ルファス６個分の出力信号を加算したものである。なお
、１気筒当りのトルクが発生するのはクランクθ〜２５
°のときなので、実際の加算器出力信号■はアモルファ
ス層１個分に相当する。■は加算器出力信号■を、割算
回路１０に入力して気筒数で割り各気筒のトルクを平均
化した平均トルク信号を示す積分回路出力信号である。

■は前述した回転数検出の場合の回転数出力信号である
。このように、機関トルクの出力値をサイクル毎に平均
化処理を行ない、これに基づいて燃料噴射量を補正すれ
ば噴射弁の劣化等にともなう出力変化を低減することが
可能となり、さらにドライバビリティの悪化を防止する
ことが可能である。

また、回転数出力信号■と基準信号■とにより各気筒の
上死点（ＴＤＣ）が判断することが可能となり、これに
対応して例えばピーク出力信号■を用いて各気筒のトル
クを検出することも可能である。

なお、プレート１に形成されたアモルファス層２は以下
に述べる方法にて形成される。

オーステナイト系ステンレスからなるプレート１をシリ
コンオイル中に浸し、このプレート１に数闘のギャップ
を隔ててＳｉＣまたはＴｉＣのようなものからなる半導
体電極を設置し、プレート１と半導体電極の両端に数十
ＫＶＯ高電圧を数１００μｓｅｅ間印加し放電及び放電
停止をくり返し行なうことによりプレート１表面は放電
エネルギーによって生じる衝撃波によってプレートｌの
溶融温度まで加熱される０次に放電を停止すると、シリ
コンオイルによって急却される。この操作をくり返すこ
とにより半導体電極と対向したプレート１表面にアモル
ファス層２を形成することができる。さらに前記アモル
ファス層２の磁区は不均一となっているが、このアモル
ファス層２に強磁界をかけることによってアモルファス
層２の磁区の方向を均−化することで磁性を有するアモ
ルファス層２をプレート１上に容易に体形成することが
できる。

また、上記放電エネルギーのかわりにレーザーエネルギ
ーを使用しても可能である。これにより従来アモルフア
ス箔を被測定物に樹脂ではりつけた構造のトルクセンサ
は、アモルファス箔と接着剤および被測定物とでの熱膨
張係数の差によりアモルファス箔の剥離および接着強度
の経時変化にともなう出力値バラツキが大きいのに比べ
て、本発明のトルク検出装置の場合は、アモルファス層
の剥離および接着強度の低下を防止し、被測定物の構造
を大巾に変化することがなく、容易に、安定した出力を
維持することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、例えば放電エネル
ギーまたはレーザーエネルギーによってプレート上に形
成された複数個の短冊状のアモルファス磁性体を用いる
ことによって磁性体の磁気特性から生じるトルク検出値
のバラツキをおさえることが可能となり、また各アモル
ファス磁性体から検出されるトルク検出値から検出タイ
ミングが判別できるので検出タイミングのずれによるト
ルク検出値のバラツキをもおさえることが可能となり、
バラツキの少ないトルク検出装置が実現される。さらに
、本発明は、トルク検出と同時に回転数をも検出可能と
なるので回転数の出力信号と基準センサの出力信号とに
より内燃機関の気筒毎のトルクを順次検出することも可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくプレート１に伝達されるトルク
によって生じる捩り応力を説明する図、第２図は本発明
のトルク検出装置の一実施例を示す図、 第３図は第２図におけるプレート１の詳細図、第４図は
第２図のトルクセンサ３の構成を示す図、 第５図はｍ−ｍ線による断面図、 第６図は４気筒自動車内燃機関の気筒毎のトルクを検出
する信号状態図番示す図である。 １・・・プレート、　　　　２・・・アモルファス層、
３・・・トルクセンサ、　　４・・・励磁用磁極片、５
・・・検出用磁極片、　６・・・差動増幅回路、７・・
・バンドパスフィルタ、 ８・・・ピーク値検出信号処理回路、 ９・・・加算器、　　　　１０・・・割算回路、１１・
・・発振器、　　　１２・・・励磁用電源回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トルクを発生するものと該トルクの伝達を受けるも
   のとの間に介在し、回転軸に結合された非磁性材料から
   なり、表面に磁性体が形成されたプレートと、 該磁性体を介して互いに磁気結合し、それぞれ巻線を施
   した励磁用磁極片と検出用磁極片とを有し、該励磁用磁
   極片および該検出用磁極片の端部を該磁性体に対して近
   接して固定させたトルクセンサと、 該プレートにトルクが伝達されることにより、該検出用
   磁極片の巻線に誘起される電圧変化を検出する電圧検出
   手段とからなり、 前記磁性体は、前記回転軸に対して同一円周上となるよ
   うに前記プレートの表面に一定間隔に形成された複数個
   の短冊状のアモルファス磁性体であることを特徴とした
   トルク検出装置。 ２、前記電圧検出手段は、Ｕ字形の検出用磁極片の開放
   端部をプレートの半径方向に同一線上となるように該磁
   性体に対して該開放端部を近接して固定させ、該検出用
   磁極片にそれぞれ施された巻線に発生する電圧について
   電圧差を検出する手段からなる特許請求の範囲第１項記
   載のトルク検出装置。 ３、前記アモルファス磁性体は、前記非磁性材料からな
   るプレートに高電圧を印加することにより生じた放電エ
   ネルギーによって該プレート上に形成されたアモルファ
   ス層である特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   トルク検出装置。 ４、前記放電エネルギーのかわりにレーザーエネルギー
   を使用することによって前記プレート上にアモルファス
   層を形成する特許請求の範囲第３項に記載のトルク検出
   装置。 ５、前記非磁性材料がオーステナイト系ステンレスであ
   る特許請求の範囲第３項または第４項に記載のトルク検
   出装置。 ６、前記電圧検出手段の出力側にピーク値を検出するピ
   ーク値検出信号処理回路を付加し、該ピーク値に応じて
   各気筒のトルクまたは平均トルクを検出する特許請求の
   範囲第１項から第５項までのいずれか一項に記載のトル
   ク検出装置。 ７、前記電圧検出手段の出力側に波形整形回路と、周波
   数カウンタとを付加することにより前記プレートの回転
   数をも検出する特許請求の範囲第１項から第６項までの
   いずれか一項に記載のトルク検出装置。