JPH0718767B2 - トルク検出器 - Google Patents

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》 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。

さらにケーシング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4
1,42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,センサコイル37,38,ギア39,40,ベアリング41,42が配
置されるので、軸31へ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。

このため車両のトランスミッショ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あり、
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ある。

《問題点を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明は、 一端に入力される入力トルクを、他端から出力トルクと
して出力するように回転駆動される中空軸と、 前記中空軸の中空部へ挿入され、一端が前記中空軸の他
端に固定されるとともに他端が前記中空軸の一端から突
出した捩れ量検出軸と、 前記捩れ量検出軸の他端側に配置され、前記中空軸の一
端と前記捩れ量検出軸の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、中空軸の一端にトルク入力があると、他端
から出力されるトルクで回転駆動される。また、捩れ量
検出軸が中空軸の中空部へ挿入され、一端は中空軸の他
端に固定され、他端は中空軸の一端から突出されてい
る。そして、中空軸にそのトルクによる捩れが生じる
と、中空軸の一端と捩れ量検出軸の他端との回転位相差
が生じ、この回転位相差は捩れ量検出軸の他端側に配置
された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トランスミッシ
ョンから出力されたト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軸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
クはリダクションギア軸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を介してデファレンシャ
ルギア６に出力されている。

さらに、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軸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の挿入後端はリダクションギア軸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の左端はリダクションギア軸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軸２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軸２の左端と変位シャフト８
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が刻設されて
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。

さらにギア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,16B,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、他方、歯谷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LED17,18
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,16Bを各々介
して第３図のフォトトランジスタ19,20に与えられ、そ
の結果、フォトトランジスタ19,20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
号間の位相差はリダクションギア軸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,21b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C,Dへ各々変換され、次い
で２個のゲート素子22a,22bを用いて微分信号C,Dから波
形整形信号A,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、さらにそれらゲート
信号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22cでは車両前進方
向のトルクがリダクションギア軸２に与えられた場合に
常にＨレベルのＱ信号Ｐ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信号Ｎが得られる。

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・Ｂ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を用い
て信号A,Bに対しイクスクルーシブORとなるゲート信号
Ｉが の式に従って得られる。

また上記ゲート信号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信号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図の一時遅れ信号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P,Nと絶対
トルク検出回路２のゲート信号Ｉ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、中空のリダクシ
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、
リダクションギア軸２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
となく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ース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、高温にさ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、温度で影響を受ける第３図の回路が光ファイ
バ15A,15B,16A,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。

さらに、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、外来ノイズによる影響を有効に
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,Oリング
26によりセンサケース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
A,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、それら検出盤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盤26,27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、リダクションギア軸２に入力されたトラン
スミッショ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15B,16Bで導かれた断続光は第３図の
フォトトランジスタ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、中空軸の一端と
捩れ量検出軸の他端との回転位相差を光学的に検出する
位置に光学センサを配置しているため、光学センサを捩
れ量検出軸の他端に集中配置することができ、大きなス
ペースを要することなく光学センサを容易に取り付ける
ことが可能となり、その取り付け自由度が著しく高めら
れる。

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、高温にさ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１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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に入力される入力トルクを、他端から
   出力トルクとして出力するように回転駆動される中空軸
   と、 前記中空軸の中空部へ挿入され、一端が前記中空軸の他
   端に固定されるとともに他端が前記中空軸の一端から突
   出した捩れ量検出軸と、 前記捩れ量検出軸の他端側に配置され、前記中空軸の一
   端と前記捩れ量検出軸の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。