JPS6333635A - 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、磁歪式トルクセンサに係わり、特に自動車の
動力伝達シャフトの捩じれを検出することによりシャフ
トに作用するトルクを測定するトルク検出装置に関する
。

〔従来の技術〕

一般に、４輪駆動車においては、コーナリングの際に左
右の車輪の旋回半径が異なるので、この影響を吸収し、
スムーズにコーナリングを行うために、旋回半径の差に
応じて左右の車輪の回転数差を吸収する機構、すなわち
デフ機構（フロントデフ、リアデフ）を備えている。こ
の旋回半径の差は、前輪と後輪との間にも生じるので、
４輪駆動車においては、旋回半径の差に応じて前輪と後
輪の回転数差を吸収する機構、すなわちセンターデフ機
構を備えたものが提案されている。

しかしながら、このセンターデフ機構は、前輪と後輪の
トルクを均等な比率に分配する機能を有するため、駆動
力伝達限界は、前輪あるいは後輪のうちの駆動力の低い
方の債にバランスすることとなる０例えば、前輪の一方
が空転すると、駆動エネルギーはそこに逃げてしまい、
後輪の駆動力は極めて小さくなってしまう、このため、
センターデフ付４輪駆動車は、センターデフ無し４輪駆
動車に比べて、路面摩擦係数が低い時などに、伝達駆動
力が劣ることがある。このことは、例えば加速時のよう
に大きな駆動力を発生させた時に、駆動力を充分に路面
に伝達できず、前輪あるいは後輪のスリップ（空転）な
どの現象として現れる。

このような悪影響を防止するために、従来、前輪と後輪
間の動力伝達をセンターデフを介することな（直結させ
るロック機構を設け、加速時或いは悪路走行時のような
大きな駆動力を必要とする時は、センターデフ機構を手
動でロックさせ、大きな駆動力を必要としない通常走行
時には、手動でロックを解除していた。

しかしながら、センターデフ機構をロックして走行して
いる場合、コーナリング時、旋回半径が小さいと、前輪
側の回転数が後輪側の回転数よりも大きくなりすぎ、そ
の結果、前輪側に負トルクが発生し、あたかも前輪側の
みにブレーキがかかるというタイトコーナブレーキング
現象が生じる。

この現象のため、車速か大きく、旋回による遠心力が大
きい場合、タイヤが遠心方向に横滑りし、前後輪の回転
数差は、タイヤの滑りで吸収されることになり、コーナ
リング時の走行安定性に悪影響を及ぼすという問題を住
じていた。また、手動でセンターデフ機構のロックを解
除するにしても、路面状態を正確に判断できないため、
本質的な解決にはならない。

このように、センターデフ機構をロックして走行してい
る場合、タイトコーナブレーキング現象が生じるが、こ
れを確実に回避するためには、駆動輪のトルクを絶えず
監視し、例えば負トルクが発生した場合に、自動的にセ
ンターデフ機構のロックを解除してやる必要があり、そ
のため、駆動軸に作用するトルクを測定する必要が生じ
る。

従来、トルク伝達シャフト等に作用するトルクを測定す
るために磁歪式トルクセンサが用いられている。これは
、強磁性材料よりなるトルク伝達シャフトの円周方向に
磁化コイルを、シャフトの長手方向に検出コイルを配置
し、磁化コイルに高周波電流を供給してシャフトを長手
方向に交番磁化させておき、トルクが加わった際にシャ
フトに生じる円周方向の磁束の変化を検出コイルにより
電圧に変換して取出すようにしている。しかしながら、
測定しようとするトルクの伝達軸であるシャフトが回転
する際に、シャフトの磁気特性が不均一であるため、そ
の出力に乱れが生じるという問題を有している。これを
解決するために、検出コイルの数を増加させる方法が特
開昭５３−７７５７２号公報に示されている。

これを第３図ないし第５図により説明すると、第３図に
おいて、トルクセンサ６１はトランスミッション６２内
のトルク伝達軸６３に軸受６４を介して装着されている
。該トルクセンサ６１は、第４図に示すように、励磁コ
イルボビン６５と該励磁コイルボビン６５の両側に配置
される検出コイルボビン６６．６７からなり、これらコ
イルボビン６５．６６．６７には、リング状部分６８と
該リング状部分６８から半径方向に向かって伸びる複数
のコア６９．６９、川が設けられ、これらコイルボビン
６５．６６．６７がトルク伝達軸６３を取囲んで配置さ
れたとき、前記複数のコア６９．６９、・・・は、トル
ク伝達軸６３の外周面に近接する。さらに、コイルボビ
ン６５．６６．６７の複数のコア６９．６９、・・・に
は、それぞれ電気巻線７０，７０、・・・、７１．７１
、・・・および７２．７２、・・・が設けられ、第５図
に示すように、一方のコイルボビン６５の電気巻線７０
．７０、・・・はトルクセンサ６１の１次巻線を形成し
、該１次巻線は中央タップを接地した直列結線とされて
いる。

他方のコイルボビン６６．６７の電気巻線７１．７１、
・・・および７２．７２、・・・は、直列に結線され２
次巻線を形成し、その両端は信号処理回路７３内の減算
増幅器７５に接続されている。減算増幅器７５は伝達軸
６３のトルクに関する出力信号を検知回路７６に供給し
、フィルタ回路７７を通りトルク指示装置７８において
トルクを表示するものである。

上記従来例においては、コイルボビンがリング状に形成
されているが、第６図に示すようにトルク伝達軸８０に
近接して互いに直交するコ字形コイルボビン８１．８２
を配置させる磁歪式トルクセンサも知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のトルクセンサの内コイルボビンをリング状に
形成した例においては、センサと伝達シャフトの位置決
めを正確に行うために、軸受けを用いて行っており、こ
の方法では、軸受けをシャフトに通してから組付けを行
わなければならないため組付は工数の増加、組付けが困
難という問題を有していた。

また、コイルボビンを互いに直交するコ字形とする例に
おいては、とくに車両のように伝達シャフトが高速回転
する場合には、位置決めを正確に行うことが困難であっ
た。また、センサと伝達シャフトのギャップを一定に保
つにはセンサーの寸法精度を高める必要があり、加工が
困難で時間がかかり、コストも高くなった。

さらに、通常、シャフトはケースの中（例えば、モータ
ー、エンジン、トランスミッション、トランスファー）
にあるため、センサも当然ケース中に組付けねばならず
、一度胆付けた後トラブルが発生した場合センサを取り
出すのに、ケースを分解する必要があり、補修が困難で
あった。また、ケース自体に取付ける場合でも、ケース
の精度を上げる必要があり設計・加工が困難となり、ケ
ースに取付けた場合、取付は性は改善されるものの、ギ
ャップを一定に保つのが困難となるという問題を有して
いた。

本発明は上記問題を解決するものであって、センサおよ
びトルク伝達ケースの寸法精度を必要以上に高める必要
がなく、また、伝達シャフトとセンサのギャップが常に
一定に保持し、トルクを正確に検出することができるト
ルク検出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明のトルク検出装置は、シリンダ部を有
するプッシュアッシイと、該シリンダ部内に摺動自在に
配設されトルク伝達シャフトにスプリングにより付勢さ
れるセンサアッシイと、該センサアッシイ内に樹脂によ
りモールド固定され前記トルク伝達シャフトとの間にギ
ャップを有するように配設される磁歪式トルクセンサと
を備えたことを特徴とし、さらには、トルク伝達シャフ
トを内装するケースと、該ケースに設けられた取付は孔
を介して前記プッシュアッシイを挿入固定することを特
徴とし、さらには、前記トルク伝達シャフトとセンサア
ンシイ間に配設されるベアリングを備えたことを特徴と
するものである。

〔作用および発明の効果〕

本発明においては、磁歪式トルクセンサが伝達シャフト
に対して浮動式のため、ケースの精度を必要以上に高め
る必要がなく、簡単に組付けを行うことができる。また
、トルクセンサを樹脂によりモールド固定するため、伝
達シャフトとセンサのギャップを簡単に一定に保持する
ことができ、トルクを正確に検出することができると共
に、ギャップを一定に保持するためにセンサの寸法精度
を低くすることが可能となる。

また、磁歪式トルクセンサをケースの外部から取付は可
能であるため、闇単に取付けることができると共に、ト
ラブル発生時においても、ケースを分解する必要がなく
、センサ部分のみを交換するだけでＮ単に補修が可能と
なる。

（実施例） 以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明のトルク検出装置の１実施例を示す
断面図、第２図は本発明のトルク検出装置を４輪駆動車
のトランスフアに取付けた断面図である０図中、ｌはト
ルク検出装置、２はブツシュアンシイ、３はスプリング
、４はセンサアッシイ、５はボルト取付孔、６はシリン
ダ部、７はズリット、８はハウジング、９は磁歪式トル
クセンサ、１０は嵌合突起、１１は伝達シャフト、１２
はエキサイタ、１３はピックアップ、１４はコイル、１
５は電力入出力コードである。

第１図において、トルク検出装置１は、ブツシュアンシ
イ２と、該ブツシュアンシイ内にスプリング３を介して
摺動自在に取付けられるセンサアッシイ４からなる。ブ
ツシュアンシイ２にはモーター、エンジン、トランスミ
ソシランなどのトルり伝達軸のケースに固定するボルト
取付孔５が設けられると共に、ブツシュアンシイ２のシ
リンダ部６にスリット７．７が設けられている。一方、
センサアッシイ４は、ハウジング８内に磁歪式トルクセ
ンサ９を樹脂によりモールド固定して形成されている。

ハウジング８の側壁には嵌合突起１０、ｌＯが設けられ
、該嵌合突起１Ｏ２ｌＯを前記ブツシュアンシイ２のシ
リンダ部６に設けられたスリット７．７に嵌合すること
により、センサアッシイ４をブツシュアンシイ２内に摺
動自在に取付けている。

磁歪式トルクセンサ９は、伝達シャフト１１の外周面と
一定のギャップが設けられるようにセンサアッシイ４内
にモールド固定され、スプリング３の付勢力により伝達
シャフト１１に一定のギャップを維持しながら押付けら
れる。このため伝達シャフト１１と接触する面は摩耗に
たいして強（摩擦係数の小さい材料を用いる。該磁歪式
トルクセンサは、エキサイタ１２．１２、・・・とピッ
クアップ１３．１３、・・・を備え、それぞれにコイル
１４．１４、・・・を備え、エキサイタ１２．１２、・
・・とピックアップ１３．１３、・・・の先端は伝達シ
ャフト１１の外周面と同一曲率面となるように形成され
ている。１５は磁歪式トルクセンサ９への電力入出力コ
ードである。

次に作用について説明すると、エキサイタ１２のコイル
１４を励磁すると、伝達シャフト１１の長さ方向に磁界
が発生する。この状態で、シャフト１１にトルクが作用
してシャフトが捩じれると、シャフト１１に磁気的量が
生じ、そのため磁界は方向性が乱され、シャフト１１の
周方向成分が発生し、そのピンクアップ１３のコイル１
４には電圧が発生する。その周方向成分の磁界の大きさ
は、シャフトの捩じれ角、即ちシャフトに作用するトル
クに比例するので、ピックアップ１３のコイルに発生す
る電圧を測定すること妃よりトルクを測定することがで
きる。

第２図は本発明のトルク検出装置を取付けたセンターデ
フ付４輪駆動車の動力伝達系を示す図である０図中、３
０はトランスファ、Ａはセンターデフ機構、Ｂはフロン
トデフ機構、３１はリングギヤ、３２はフロントデフケ
ース、３３はセンターデフ用クラッチ、３４は円錐コロ
軸受、３５は第一中空シャフト、３６はデフキャリヤ、
３７はデフピニオン、３８．３９はサイドギヤ、４０は
第２中空シヤフト、４１はデフキャリヤ、４２はデフビ
ニオン、４３．４４はサイドギヤ、４５は左前輪駆動軸
、４６は駆動シャフト、４９は右前輪駆動軸、５０はセ
ンターデフケース、５１は後輪駆動用リングギヤ、５２
はギヤ、５３はドライブピニオンシャフト、５５はトラ
ンスファケース、５６は取付孔、５７はボルト、１はト
ルク検出装置、９は本発明による磁歪式トルクセンサを
示す。

一般に、センターデフ付４輪駆動車において、エンジン
をフロント側に載置した場合には、第２図に示すような
駆動力伝達機構となる。即ち、エンジンの回転は、自動
変速機構（図示セず）を介して適宜変速され、トランス
ファ３０内に配置されたリングギヤ３１を介してフロン
トデフケース３２に伝達される。そして、通常の走行時
においてはセンターデフ用クラッチ３３は解放状態にあ
り、この状態ではフロントデフケース３２の回転は第一
中空シャフト３５を介してセンターデフ機構へのデフキ
ャリヤ３６に伝達され、更にデフピニオン３７から左右
のサイドギヤ３８．３９に伝達される。そして、左サイ
ドギヤ３８の回転は第２中空シヤフト４０を介してフロ
ントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更にデ
フピニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に伝達
され、そして、左サイドギヤ４３から左前輪駆動軸４５
へ伝達され、右サイドギヤ４４からは、駆動シャフト４
６を介して右前輪駆動軸４９へ伝達される。

一方、センターデフ機構への右サイドギヤ３９の回転は
該ギヤとスプライン結合しているセンターデフケース５
０に伝達され、更に、後輪駆動用リングギヤ５１及びギ
ヤ５２を介してドライブピニオンシャフト５３に伝達さ
れ、そして図示しないプロペラシャフト及びリヤデフ装
宜を介して左右の後輪駆動軸に伝達される。

また、雪路、砂道等で大きな駆動力を必要とする場合、
また車輪がスリップを生じる虞れがある場合には、セン
ターデフ用クラッチ３３を係合させ、センターデフ機構
Ａをロックさせる。この状態ではフロントデフケース３
２の回転はセンターデフ用クラッチ３３を介して直接、
フロントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更
にデフピニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に
伝達されてそれぞれ左右の前輪駆動軸４４．４９に伝達
される。これと同時に、フロントデフケース３２及びデ
フキャリヤ４１とそれぞれ中空シャフト３５．４０を介
して一体となっているセンターデフ装ｆｉＡのデフキャ
リヤ３６及び左サイドギヤ３８が差動運動することなく
一体に回転され、更にこの回転はセンターデフケース５
０に伝達される。これにより、前輪駆動用のデフキャリ
ヤ４１と同速度の回転が後輪駆動用リングギヤ５１に伝
達されて、左右の後輪駆動軸が駆動される。

上記トランスファ３０のトランスファケース５５には、
駆動シャフト４６と対向する位置に取付孔５６が設けら
れ、該取付孔５６にトルク検出装置１を挿入し、ボルト
５７により固定している。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく種
々の変更が可能である０例えば、上記実施例においては
、センサアッシイ４をスプリング３により付勢している
が、ゴム或いはエアーにより付勢するようにしてもよい
。

また、上記実施例においては、磁歪式トルクセンサ９は
、伝達シャフト１１の外周面と一定のギャップが設けら
れるようにセンサパフケージ４内にモールド固定されて
いて、伝達シャフト１１が直接センサアッシイ４を受け
ているが、伝達シャフト１１にベアリングを嵌合し、該
ベアリングにセンサアッシイ４を乗せるようにしてもよ
い、またセンサアッシイ４の伝達軸との接触部に耐摩耗
性の金属を固定し、摺動部を形成してもよい。

以上のように本発明によれば、磁歪式トルクセンサが伝
達シャフトに対して浮動式のため、ケースの精度を必要
以上に高める必要がなく、簡単に組付けを行うことがで
きる。また、トルクセンサを樹脂によりモールド固定す
るため伝達シャフトとセンサのギャップを簡単に一定に
保持することができ、トルクを正確に検出することがで
きると共に、センサの寸法精度を低くすることが可能と
なる。また油中で使用してもコイルの耐久性が低下する
ことがない。

また、磁歪式トルクセンサをケースの外部から取付は可
能であるため、簡単に取付けることができると共に、ト
ラブル発生時においても、ケースを分解する必要がなく
、センサ部分のみを交換するだけで簡単に補修が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルク検出装置の１実施例を示す断面
図、第２図は本発明のトルク検出装置を４輪駆動車のト
ランスファに取付けた断面図、第３図は従来の磁歪式ト
ルクセンサをシャフトに取付けた断面図、第４図は従来
の磁歪式トルクセンサの斜視図、第５図は第４図におけ
る検出方式を説明するためのブロック図、第６図は従来
の磁歪式トルクセンサの斜視図である。 １・・・トルク検出装置、２・・・プッシュアッシイ、
３・・・スプリング、４はセンサアソシイ、５・・・ボ
ルト取付孔、６・・・シリンダ部、７・・・スリット、
８・・・ハウジング、９・・・磁歪式トルクセンサ、１
ｏ・・・嵌合突起、１１・・・伝達シャフト、１２・・
・エキサイタ、１３・・・ピックアップ、１４・・・コ
イル、１５・・・電力入出力コード、５５・・・トラン
スファケース、５６・・・取付孔。 出願人　アイシン・ワーナー株式会社（外１名）代理人
弁理士　白　井　博　樹（外２名）第１図 第３図 第４図 第６図 ｏｕｔ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ部を有するプッシュアッシイと、該シリ
   ンダ部内に摺動自在に配設されトルク伝達シャフトにス
   プリングにより付勢されるセンサアッシイと、該センサ
   アッシイ内に樹脂によりモールド固定され前記トルク伝
   達シャフトとの間にギャップを有するように配設される
   磁歪式トルクセンサとを備えたことを特徴とするトルク
   検出装置。
2. （２）プッシュアッシイにスリットを設けると共にセン
   サアッシイに嵌合突起を設け、該嵌合突起を前記スリッ
   トに嵌合させることにより、センサアッシイをプッシュ
   アッシイ内に摺動自在に配設することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のトルク検出装置。
3. （３）シリンダ部を有するプッシュアッシイと、該シリ
   ンダ部内に摺動自在に配設されトルク伝達シャフトにス
   プリングにより付勢されるセンサアッシイと、該センサ
   アッシイ内に樹脂によりモールド固定され前記トルク伝
   達シャフトとの間にギャップを有するように配設される
   磁歪式トルクセンサと、トルク伝達シャフトを内装する
   ケースとを備え、該ケースに設けられた取付け孔を介し
   て前記プッシュアッシイを挿入固定することを特徴とす
   るトルク検出装置。
4. （４）シリンダ部を有するプッシュアッシイと、該シリ
   ンダ部内に摺動自在に配設されトルク伝達シャフトにス
   プリングにより付勢されるセンサアッシイと、該センサ
   アッシイ内に樹脂によりモールド固定され前記トルク伝
   達シャフトとの間にギャップを有するように配設される
   磁歪式トルクセンサと、前記トルク伝達シャフトとセン
   サアッシイ間に配設され、前記ギャップを確保する支持
   部材とを備えたことを特徴とするトルク検出装置。