JPH0540848U - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用トルクセンサにおいて、低トルク領
域の検出感度を向上させ、自動車の自動変速機構の変速
タイミング制御を的確に行なうことができ、乗り心地の
向上および燃費の向上を確実に図る。 【構成】 積分回路１５とコントロールユニット１６と
の間に関数発生回路２１を接続する。この関数発生回路
２１はトルク零の点を変曲点とし、対数関数的に変化さ
せるもので、低トルク領域で電圧Ｅ´の勾配を急にして
検出感度を向上させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジンの出力軸等に発生するトルクを検出するの に好適に用いられる磁歪式トルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

自動変速器を備えたオートマチック車等では、例えば自動変速機構による変速 タイミングを適正化するために、プロペラシャフト等にトルクセンサを取付ける ようにすることが提案されている。

【０００３】 そこで、図３ないし図５にこの種の従来技術によるトルクセンサとして、２コ イル型の磁歪式トルクセンサを例に挙げて示す。

【０００４】 図中、１は例えばクロムモリブデン鋼等の磁歪材料から形成された磁歪シャフ トを示し、該磁歪シャフト１は例えばプロペラシャフトの途中に設けられるもの で、両端が入力側取付部１Ａ，出力側取付部１Ｂとなり、これらの中間はスリッ ト溝形成部１Ｃとなり、該スリット溝形成部１Ｃの外周には下向き４５°，上向 きに４５°に刻設したスリット溝２，３とがそれぞれ対向するように設けられて いる。

【０００５】 ４は前記スリット溝形成部１Ｃの外周を囲むように一対の軸受５，５を介して 磁歪シャフト１と相対的に回転自在に設けられたコイル固定部材を示し、該コイ ル固定部材４は図示しない車体側に固着して取付けられている。６は前記コイル 固定部材４の内周側に固着されたリング状のコア部材を示し、該コア部材６には 、スリット溝２，３とそれぞれ対向する位置に検出コイル７，８が設けられ、該 検出コイル７，８の自己インダクタンスはＬ1 ，Ｌ2 となっている。

【０００６】 次に、図４に検出回路と検出処理回路を示し説明する。

【０００７】 図４中、９は検出回路としてのブリッジ回路を示し、該ブリッジ回路９は検出 コイル７，８と、該検出コイル７，８の鉄損ｒ1 ，ｒ2 と、前記検出コイル７， ８とそれぞれ対向するように接続された調整抵抗Ｒ，Ｒにより構成され、検出コ イル７，８の接続点ａと調整抵抗Ｒ，Ｒの接続点ｂとの間には、後述する発振器 １０が接続され、検出コイル７と調整抵抗Ｒとの接続点ｃおよび検出コイル８と 調整抵抗Ｒとの接続点ｄは、それぞれ検出コイル７，８からの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ 2 を導出する出力端子となって、当該接続点ｃ，ｄは差動増幅器１１の入力端子 にそれぞれ接続される。

【０００８】 次に、検出処理回路について説明する。該検出処理回路は後述する発振器１０ ，差動増幅器１１，位相調整回路１３，検波処理回路１４および積分回路１５等 から大略構成されている。

【０００９】 １０は発振器を示し、該発振器１０は波高値Ｖ0 ，周波数ｆ（例えば３０ KHZ ）の交流電圧Ｖを発生するもので、その出力側はブリッジ回路９の接続点ａに接 続されると共に、位相調整回路１３に接続されている。

【００１０】 １１は差動増幅器を示し、該差動増幅器１１はオペアンプ等により構成され、 入力端子には前記ブリッジ回路９の接続点ｃ，ｄがそれぞれ接続され、出力電圧 Ｖ1 ，Ｖ2 が入力され、出力端子１２は検波処理回路１４に接続され、検出電圧 Ｅ0 を出力する。

【００１１】 １３は発振器１０の出力側に接続された位相調整回路を示し、該位相調整回路 １３はブリッジ回路９による位相差を調整して、検波処理回路１４に位相調整電 圧ＶP を出力する。

【００１２】 １４は検波処理回路を示し、該検波処理回路１４の入力側にはブリッジ回路９ の出力端子１２および位相調整回路１３の出力側が接続され、検出電圧Ｅ0 およ び位相調整電圧ＶP が入力される。そして、該検波処理回路１４では、位相調整 電圧ＶP により検出電圧Ｅ0 を同期し得られた部分を積分回路１５に出力する。 そして、該積分回路１５では、この電圧を積分して直流の電圧Ｅとしてコントロ ールユニット１６に出力する。また、該コントロールユニット１６では、入力さ れた電圧Ｅに基づいて自動変速機構の変速タイミング制御を行なうようになって いる。

【００１３】 なお、各調整抵抗Ｒの調整によって、磁歪シャフト１に作用するトルクが零の ときに接続点ｃ，ｄからの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が同一波形となるようにブリッジ 回路９の平衡状態が保たれ、このときの差動増幅器１１の出力端子１２からの検 出電圧Ｅ0 が直流電圧ＶCO［Ｖ］にオフセットされるように、該差動増幅器１１ のオペアンプにはオフセット調整回路１７が接続されている。従って、磁歪シャ フト１に作用するトルクが零のときには、積分回路１５を介してコントロールユ ニット１６に出力される電圧ＥはＶCO［Ｖ］となる（図５参照）。

【００１４】 このように構成される２コイル型の磁歪式トルクセンサにおいては、検出コイ ル７，８に発振器１０の交流電圧Ｖを印加すると、磁歪シャフト１の表面に磁路 が形成されるが、スリット溝形成部１Ｃの表面にスリット溝２，３が設けられて いるため、表面磁界による磁路はスリット溝２，３に沿って形成されるようにな る。

【００１５】 一方、磁歪シャフト１の入力側取付部１Ａに図３に示すような矢示方向（反時 計方向）のトルクＴを加えたとすると、スリット溝２には引っ張り応力＋σが発 生し、スリット溝３には圧縮応力−σが発生する。そして、磁歪シャフト１に正 の磁歪材を用いている場合、引っ張り応力＋σにより透磁率μが増加し、圧縮応 力−σにより透磁率μが減少することが知られている。

【００１６】 然るに、検出コイル７，８においては、それぞれの自己インダクタンスＬ1 ， Ｌ2 を、

【００１７】

【数１】 のように算出する。

【００１８】 また、ブリッジ回路９において、検出コイル７のＬ1 ，ｒ1 は調整抵抗Ｒに、 検出コイル８のＬ2 ，ｒ2 は調整抵抗Ｒにそれぞれ直列接続されているから、検 出コイル７，８を流れる電流ｉ1 ，ｉ2 は、

【００１９】

【数２】 により算出され、接続点ｃ，ｄの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 は、

【００２０】

【数３】 により算出される。

【００２１】 さらに、差動増幅器１１の出力端子１２から出力される検出電圧Ｅ0 は、

【００２２】

【数４】 Ｅ0 ＝Ａ×（Ｖ1 −Ｖ2 ） ただし、Ａ：増幅率 のようになる。

【００２３】 かくして、磁歪シャフト１に矢示方向（反時計方向）の負のトルクＴを加えた 場合、スリット溝２側では引張り応力＋σにより透磁率μが増加するから、該ス リット溝２に対向する検出コイル７の自己インダクタンスＬ1 が増加して、該検 出コイル７に流れる電流ｉ1 が減少し、出力電圧Ｖ1 が減少する。

【００２４】 一方、スリット溝３側では圧縮応力−σにより透磁率μが減少するから、該ス リット溝３に対向する検出コイル８の自己インダクタンスＬ2 が減少して、該検 出コイル８を流れる電流ｉ2 は増加し、出力電圧Ｖ2 が増加する。

【００２５】 そして、出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 は前記数式１、数式３による透磁率μの変化に基 づいて位相角α1 ，α2 を生じさせると共に、数式３に示すように振幅（電圧値 ）を変化させ、矢示方向のトルクＴに比例した検出信号を検出電圧Ｅ0 として検 波処理回路１４に出力し、該検波処理回路１４では、位相調整回路１３からの位 相調整電圧ＶP により検出電圧Ｅ0 を同期し得られた部分を積分回路１５で積分 し、トルクＴに対応した電圧Ｅ（＜ＶCO）としてコントロールユニット１６に出 力する。

【００２６】 一方、磁歪シャフト１に矢示方向と逆方向（時計方向）の正のトルクＴを加え た場合には、検出コイル７に流れる電流ｉ1 が増加し、検出コイル８に流れる電 流ｉ2 が減少するから、前記数式４により検出電圧Ｅ0 として検波処理回路１４ に出力し、積分回路１５を介して、コントロールユニット１６にトルクＴに対応 した電圧Ｅ（＞ＶCO）を出力する。

【００２７】 そして、磁歪シャフト１に加わるトルクＴに対する電圧Ｅは図５に示すような リニアな特性となる。

【００２８】 なお、トルクＴが零の時の位相角α1 ，α2 とトルクＴを加えたときの位相角 α1 ，α2 の差は、数式３に示すようにインダクタンスＬ1 ，Ｌ2 の変化による から、分母の抵抗値に較べインダクタンスＬ1 ，Ｌ2 は極めて小さいから、位相 角α1 ，α2 の差は殆ど零と見なすことができる。

【００２９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術では、磁歪シャフト１に加わるトルクＴにより、 発生する応力を検出コイル７，８の自己インダクタンスＬ1 ，Ｌ2 の変化として ブリッジ回路９で検出し、発振器１０，差動増幅器１１，位相調整回路１３，検 波処理回路１４および積分回路１５からなる検出処理回路で電圧Ｅとしてトルク Ｔを検出するものであるから、該検出処理回路ではトルクＴの変化量に対する電 圧Ｅの変化がリニアな特性となる。しかし、このトルクセンサを例えば自動車の 自動変速機構に用いた場合には、高精度な検出を必要とする低トルク領域であっ ても、低精度の検出でよい高トルク領域であっても同じ精度であるため、特に、 的確なトルク検出により自動変速を行なう低トルク領域においては高精度の検出 ができず、適切な変速タイミング制御ができず、乗り心地の悪化や燃費の低下を 招くという問題がある。

【００３０】 本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本考案は特に高精度 のトルク検出が必要な低トルク領域の検出精度を向上できるようにした磁歪式ト ルクセンサを提供することを目的としている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】 上述した課題を解決するために本考案が採用する構成の特徴は、検出処理回路 の出力側にトルク零の点を変曲点として対数関数的に変化させる関数発生回路を 設けたことにある。

【００３２】

【作用】

上記構成により、磁歪シャフトに加わる低トルク領域において、各検出コイル のインダクタンスの変化量による出力信号を対数的に変化させることにより、低 トルク領域の勾配を急にすることができる。

【００３３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１および図２に基づき説明する。なお、実施例では 前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するも のとする。

【００３４】 ここで、図１は検出回路としてのブリッジ回路９と、検出処理回路としての発 振器１０，差動増幅器１１，位相調整回路１３，検波処理回路１４，積分回路１ ５および関数発生回路２１を示している。

【００３５】 図中、２１は本実施例の関数発生回路を示し、該関数発生回路２１は積分回路 １５とコントロールユニット１６との間に接続され、リニアな特性線を持った電 圧Ｅをノンリニアな特性線２２を持った電圧Ｅ´に変換するものである。

【００３６】 そして、該関数発生回路２１は、トルクＴが零のときの電圧ＶCOを変曲点とし て、トルクＴが正のとき図２中の特性線２２Ａを持った対数関数を発生し、トル クＴが負のとき図２中の特性線２２Ｂを持った対数関数を発生するように構成さ れている。

【００３７】 これにより、本実施例による関数発生回路２１は、図５に示す従来技術による リニアな特性線を有する電圧Ｅを、図２の特性線２２を持った電圧Ｅ´に変換す ることができる。

【００３８】 なお、図２中では正のトルクＴに対応する特性線２２Ａを対数関数とみること ができ、負のトルクＴに対応する特性線２２Ｂを負の対数関数とみることができ る。

【００３９】 これにより、検出処理回路から出力される電圧Ｅ´は、トルクＴが零のときの 電圧ＶCOが変曲点付近の変化量が急勾配となる特性線２２が得られ、この電圧Ｅ ´をコントロールユニット１６に出力する。

【００４０】 然るに、本実施例により検出処理回路を備えたトルクセンサにおいては、高精 度要求領域である低トルク領域では、トルクＴの微小変化に対して電圧Ｅ´を大 きく変化させることができ、低トルク領域での高精度検出を可能とする。

【００４１】 かくして、このトルクセンサを自動変速機構を備えた自動車の軸トルク検出に 用いることにより、低トルク領域では高精度の検出を可能とし、的確な変速タイ ミング制御を確実に行なうことができ、乗り心地の向上および燃費の向上を確実 に図ることができる。

【００４２】 なお、本実施例では２コイル式のトルクセンサを例に挙げて説明したが、本考 案はこれに限らず、４コイル式のトルクセンサに用いてもよい。

【００４３】

【考案の効果】

以上詳述した如く、本考案によれば、検出処理回路の出力側にトルク零の点を 変曲点とし、対数関数的に変化させる関数発生回路を付設したから、磁歪シャフ トに加わるトルクが低トルクのときの検出を高精度にすることができ、自動車の 自動変速機構の変速タイミング制御を的確に行なうことができ、乗り心地の向上 および燃費の向上を確実に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による磁歪式トルクセンサの検
出回路および検出処理回路を示す回路構成図である。

【図２】実施例によるトルクと関数発生回路から出力さ
れる電圧との関係を示す特性線図である。

【図３】従来技術による磁歪式トルクセンサの構成図で
ある。

【図４】従来技術による検出回路および検出処理回路を
示す回路構成図である。

【図５】従来技術によるトルクと整流回路から出力され
る電圧との関係を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 磁歪シャフト ７，８ 検出コイル ９ ブリッジ回路 １０ 発振器 １１ 差動増幅器 １３ 位相調整回路 １４ 検波処理回路 １５ 積分回路 ２１ 関数発生回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周
   側に設けられた少なくとも一対の検出コイルと、該各検
   出コイルからのインダクタンスの変化により前記磁歪シ
   ャフトにかかるトルクを検出する検出回路と、該検出回
   路からの信号に基づきトルクを電気信号に変換する検出
   処理回路とからなる磁歪式トルクセンサにおいて、前記
   検出処理回路の出力側にトルク零の点を変曲点として対
   数関数的に変化させる関数発生回路を設けたことを特徴
   とする磁歪式トルクセンサ。