JPS6398533A - トルク検出器 - 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） この発明は、軸に加わったトルクを検出する検出器に関
する。

（従来技術とその問題点） この種の検出器に関しては特開昭６０−２１３５６９等
が知られており、第８図にはその一例が示されている。

同図において、トルクを伝達する軸３１にはある程度長
い間隔をおいてギア３２．３３が固定されており、それ
ら間にセンサケーシング３４が取り付けられている。

そのケーシング３４の内部左右には永久磁石３５．３６
が各々設けられており、これら永久磁石３５．３６には
センサコイル３７，３８が固定されている。

ざらにケーシング３４内には前記ギア３２，３３に歯の
対向するギア３９．４０が設けられており、ケース３４
はベアリング４１．４２を介して軸３１に取り付けられ
ている。

従って、トルクの伝達が行なわれてギア３２゜３３間の
軸３１部分に捩れ変形が生ずると、センサコイル３７．
３８の検出信号間に位相差が生じ、それらの位相差から
軸３１を介して伝達されるトルクが測定される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来例においては、軸３１上の離れた
位置にギア３２．３３が配置され、軸３１の径方向へ永
久磁石３５，３６．センザコイル３７．３８．ギア３９
，４０．ベアリング４１゜４２が配置されるので、軸３
１ヘセンサを装着するためにその周囲に大きなスペース
を確保することが必要となっていた。

このため車両の１ヘランスミツシヨンから出力されるト
ルクを検出するためにセンサをその出力軸に取り付ける
ことが困難となる問題が生じていた。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものでおり、
その目的は、スペースに制限されることなく取付けが容
易に行なえるトルク検出器を提供することにおる。

（問題点を解決しようとするための手段）上記目的を達
成するために、本発明は、入力１〜ルクで回転駆動され
る中空軸と、中空軸内へ挿入され一端が中空軸の一端に
固定された捩れ量検出軸と、 中空軸の他端と捩れ量検出軸の中空軸に固定されていな
い他端との回転位相差を光学的に検出する光学センサと
、 を有する、ことを特徴とする。

（作用） 本発明では、 トルクで回転駆動される中空１袖にそのトルクによる捩
れが生ずると、 中空軸の前記他端と捩れ量検出軸の回転に位相差が生じ
、 この回転位相差は光学センサにより光学的に検出される
。

（実施例の説明） 以下、図面に基づいて本発明に係るトルク検出器の好適
な実施例を説明する。

第１図に示されたトルク検出器では車両のトランスミッ
ションから出力された１〜ルクが検出されており、同図
において変速機ケーシング１内でリダクションギア＠ｈ
２が回転自在に支持されている。

そしてリダクションギア軸２の左端側に固定されたギア
３に変速機出力トルクが入力されており、その入力トル
クはりダクションギア軸２の右端側に設けられたギア４
からファイナルドライブギア５を介してデフ７レンシヤ
ルギア６に出力されている。

ざらに、リダクションギア軸２が中空とされており、そ
のリダクションギア１袖２には変位シャフト７（捩れ量
検出軸）が挿入されている。

また変位シャフト７の挿入後端はりダクションギア軸２
の右端側でキー８．スナップリング９により固定されて
おり、変位シャフト７の左端はりグクションギア軸２の
左端から突出している。

ここで、ギア３を介してリダクションギアＮＩ２に変速
機の出力トルクが与えられると、リダクションギア軸２
に捩れ変形が生じてその左端側と右端側の回転に入力ト
ルクに応じた回転位相差（最大で５度）が発生する。

このためリダクションギアｌＮｌ２の左端と変位シャフ
ト７の左端の回転に位相差が生ずる。

それらリダクションギア軸２．変位シャフト７のうちリ
ダクションギア軸２の左端外周面にはギア１０力ｚ　ａ
１１設されており、また変位シャフト７の左端にはギア
１１がスナップリング１２により固定されている。

そしてこれらリダクションギア軸２．変位シャフト７の
左端はケーシング１から突出されており、その突出部分
は光学センサ１３のセンサケース１４で覆われている。

ざらにギア１０とギア１１の歯面へ向かってそれらの上
方から送光用光ファイバ１５Ａ、１６Ａ。

受光用光ファイバ１５Ｂ、１６Ｂがセンサケース１４の
天井面を挿通されており、それら光ファイバ１５Ａ、１
６８．１５Ａ、１６Ｂの挿通先端は第２図のようにギア
１０．１１の山と微小間隙を介して対向している。

また、これらギア１０．１１の歯山部分は光反射面に仕
上げられており、使方、歯合部分は光吸収面に仕上げら
れている。

そして光ファイバ１５Ａ、１６Ａには第３図のようにＬ
ＥＤ１７．１８の出力光が各々与えられており、それら
出力光は光ファイバ１５Ａ、１６Ｂを介してギア１０．
１１に各々照射される。

それらギア１０．１１の反射光は光ファイバ１５Ｂ、１
６Ｂを各々介して第３図のフォトトランジスタ１９，２
０に与えられ、その結果、フォトトランジスタ１９．２
０では矩形波状の受光信号が各々得られる。

これら受光信号間にはギア１０．１１の回転位相差に対
応する位相差が生じており、その回転位相差がリダクシ
ョンギア軸２の捩れ変形に起因しているので、それら受
光信号間の位相差はりダクションギア軸２にトランスミ
ッションから入力されたトルクに対応している。

上記フォトトランジスタ１９．２０の受光信号はコンパ
レータ２１に設けられた２個の演算増幅器２１ａ、２１
ｂで各々波形整形され、両演算増幅器２１ａ、２１ｂで
は第４図に示された波形整形信号Ａ、Ｂが各々得られる
。

また上記両演算増幅器２１ａ、２１ｂの波形整形信号Ａ
、Ｂはリダクションギア軸２に与えられたトルクの方向
を判断する正負判定回路２２．その絶対値を検出する絶
対トルク検出回路２３に各々供給される。

それらのうち正負判定回路２２ではＣＲ微分回路で両波
形整形信号Ａ、Ｂが第４図の微分信号Ｃ２Ｄへ各々変換
され、次いで２個のゲート素子２２ａ、２２ｂを用いて
微分信＠Ｃ，Ｄから波形整形信８Ａ、Ｂの立上る位置の
微分パルスのみがＥ＝Ｃ−Ｂ、Ｆ＝Ｄ、Ａの式に従って
抽出され、ざらにそれらグー１〜信＠Ｅ、Ｆ（第４図参
照〉はＱ信号が他方のリセット入力に与えられる一対の
フリップフロップ２２ｃ、２２ｄのセット入力に供給さ
れる。

その結果、一方のフリップフロップ２２Ｇでは車両前進
方向のトルクがリダクションギア￥Ｎ１２に与えられた
場合に常にＨレベルのＱ信号口が得られ、また他方のフ
リップフロップ２２ｄでは車両後退方向のトルクが与え
られた場合に常にＨレベルとなるＱ信＠Ｎｔｆｉ得られ
る。

従って、リダクションギア軸２に入力されたトルクの方
向が逆となった場合には、波形整形信号Ａ、Ｂの一方が
先に立上った時点でその入力トルクの方向が正負判定回
路２２で直ちに判定される。

他方、前記の絶対トルク検出回路２３では両波形整形信
号Ａ、Ｂから２個のゲート素子２３ａ。

２３ｂで第５図のゲート信号Ｇ、ＨがＧ＝Ａ−Ｂ。

Ｈ＝Ａ−８の式に従って各々得られ、さらにそれらゲー
ト信号Ｇ、　Ｈから他のゲート素子２３Ｃをなるゲート
信号ＩがＩ＝Ｇ−ｔ−１＝Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ＝Ａ−Ｂ＋λ
・Ｂの式に従って得られる。

また上記ゲート信＠Ｉはアナログ出力回路２４に設けら
れたゲート素子２４ａ、２４ｂ　（アンド素子〉に各々
与えられ、それらゲート素子２４ａ。

２４ｂには前記のＱ信＠Ｐ、Ｎが各々与えられる。

そしてこれらゲート素子２４ａ、２４ｂのゲート信号は
演算増幅器２４ｃの非反転入力と反転入力とに与えられ
、その結果アナログ出力回路２４では、リダクションギ
ア軸２に入力されたトルクの方向を極性で示し、その値
をレベルで示す第５図の一時遅れ信＠Ｊが得られる。

なお本実施例では、正負判定回路２２のＱ信号口、　Ｎ
と絶対トルク検出回路２のゲート信号ｌとがトランスミ
ッション出力トルクの方向と絶対値を示す信号として不
図示のマイクロコンピュータで与えられ、そのマイクロ
コンピュータではその制御にこれら信号Ｐ、Ｎ、Ｉが利
用されている。

またアナログ出力回路２４の一時遅れ信号Ｊではそのレ
ベルによりトランスミッション出力トルクの値が、また
極性によりそのトルクの方向が示されるので、その信号
Ｊがアナログ表示器等にそのまま出力される。

以上説明したように本実施例によれば、中空のりダクシ
ョンギア２に変位シャフト７が挿入されるとともに、そ
の一端がリダクションギア軸２の負荷側端に固定され、
リダクションギアＬＮＩ２の他端とその他端から突出し
た変位シャフト７の他端との回転位相差が検出されるの
で、トルク検出に必要な部材をリダクションギア軸２の
左端側に集中配置でき、このため大きなスペースを要す
ることな（検出器を容易に取り付けることが可能となり
、その取付自由度が著しく高められる。

また、トルク検出に光学センサ１３が使用されたので、
ケーシング１に取り付けられるセンサケ−ス１４を極め
て小形化でき、従って取付がより容易化される。

そして、高温にざらされる光学センサ１３が温度に対し
て構造的、物理的な変形、変質をほとんど生じない部材
で構成でき、温度で影響を受りる第３図の回路が光ファ
イバ１５Ａ、１５Ｂ、１６△、１６Ｂにより離れた場所
に配置できるので、トランスミッションの出力トルクを
温度にかかわらず常に正確に測定することが可能となり
、また検出器の耐久性および信頼性を向上させることが
可能となる。

ざらに、リダクションギア軸２と変位シャフト７の回転
位相差が光ファイバ１５Ａ、１５Ｂ、　１６Ａ、１６Ｂ
を介して第３図の回路で検出されるので、外来ノイズに
よるＦ２’７３を有効に排除することが可能となる。

なお、本実施例では第１図のようにシール材２５．０リ
ング２６によりセンナケース１３内へのオイル侵入が防
止されている。

第６図には本発明に係る検出器の好適な第２実施例が示
されており、前記第１図と同一部材に同一符号を付する
ことによりそれらの説明は省略する。

本実施例ではセンサケース１４に挿入された光ファイバ
１５△、１５Ｂの両端面が微小間隔を介して対向されて
おり、また光ファイバ１６Ａ、１６Ｂの両端面も微小間
隙を介して対向されている。

そしてリダクションギア軸２の左端には第７図に示され
た円盤状の検出盤２７が、変位シャフト７の左端にも同
様な検出盤２８が各々に対して垂直姿勢で取り付けられ
ている。なお、検出盤２７の取り付けにはスナップリン
グ２９が使用されている。

それら検出盤２７．２８は光ファイバ１５Ａ。

１５Ｂの対向端面間と光ファイバ１６Ａ、１６Ｂの対向
端面間に各々介在配置されており、それら検出＝２７．
２８には第７図から理解されるようにそれらの回転軸を
周回して多数のスリット３０が整列形成されている。

従って、本実施例では光ファイバ１５Ａ、１５Ｂから光
ファイバ１６Ｂ、１６Ｂに与えられる光かそれら検出ｆ
ｉ２６．２７によりリダクションギア軸２および変位シ
ャフト７の回転で各々断続され、リダクションギア！１
＋ｌｌＩ２に入力された１〜ランスミツシヨン出力トル
クに応じた位相差がそれらの光断続動作に生ずる。

なお、光ファイバ１５８，１６８で導かれた断続光は第
３図のフォ１へ１〜ランジスタ１８，１９へ前記実施例
と同様に与えられ、このため同様な信号処理が行なわれ
る。

（効果） 以上説明したように本発明によれば、入力トルクにより
回転駆動される回転軸へ捩れ吊検出軸が挿入されるとと
もにその挿入先端が中空軸の一端に固定され、中空軸の
他端とその他端から突出した捩れ覆検出軸の他端との回
転位相差が検出されるので、中空軸の他端側に必要なセ
ンサ構成部材を集中でき、このため車両用トランスミッ
ションの出力トルクが検出される場合であってもセンサ
の取付けを容易に行なうことが可能となる。

また、トルク検出が光学的に行なわれるので、センサを
小形化でき、このためセンサの取付けがさらに容易化さ
れる。

そして、高）届にざらされる中空軸から退避した中空軸
の前記他端でトルク検出が行なわれ、そのトルク検出に
温度で構造的、物理的に変形、変質しないものを使用で
き、このため温度変化にもかかわらず常に高い精度でト
ルク検出を行なえ、またセンサの信頼性および耐久性を
向上できる。

さらに、前記両実施例のように光ファイバを用いて回路
素子を中空軸から離れた位置に配置できるので、電気的
ノイズによる悪影響を検出回路に与えることなく、常に
信頼性の高いトルク検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第」図は本発明に係る装置の好適な第１実施例を示す断
面図、第２図は第１実施例の要部断面図、第３図は第１
実施例に使用される信号処理回路図、第４図および第５
図は第３図の各部における信号波形を示す特性図、第６
図は本発明に係る装置の好適な第２実施例を示す断面図
、第７図は第２実施例で使用される検出盤の構成説明図
、第８図は従来におけるセンサの構成説明図である。 ２・・・・・・・・・・・・リダクションギア軸３．４
・・・・・・ギア ７・・・・・・・・・・・・変位シャフト８・・・・・
・・・・・・・キー ９・・・・・・・・・・・・スナップリング１０．１１
・・・ギア １５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ・・・光ファイバ１７
．１８・・・ＬＥＤ １９．２０・・・フォトトランジスタ ２１・・・・・・・・・・・・コンパレータ２２・・・
・・・・・・・・・正負判定回路２３・・・・・・・・
・・・・絶対トルク検出回路２４・・・・・・・・・・
・・アナログ出力回路２７．２８・・・検出盤 第２図 第４図 Ａ 第５図 Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力トルクで回転駆動される中空軸と、中空軸内
   へ挿入され一端が中空軸の一端に固定された捩れ量検出
   軸と、 中空軸の他端と捩れ量検出軸の中空軸に固定されていな
   い他端との回転位相差を光学的に検出する光学センサと
   、 を有する、ことを特徴とするトルク検出器。