JPH0783770A - 回転速度検出装置およびトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単で小型化に適し、軸継ぎ手等によ
り検出装置を結合することなしに、回転軸部材の任意の
部位において該回転軸部材の回転速度を高い精度をもっ
て検出することができる回転速度検出装置を提供する。 【構成】 回転軸部材１の周面部に形成された磁気記録
層２と、該磁気記録層２と対向するように回転軸部材１
の周面に近接して配置された磁気ヘッド３と、回転軸部
材１が静止している状態で磁気ヘッド３を介して磁気記
録層２に信号を記録する記録手段４と、磁気ヘッド３を
介して前記信号を再生する再生手段５と、該再生手段５
により再生される信号の波形ピークの最上限と最下限と
の間の時間間隔ｔ_P-P を検出するピーク幅検出手段６
と、該ピーク幅検出手段６により検出された時間間隔ｔ
_P-P に基づいて、回転軸部材１の回転速度を算出する回
転速度算出手段７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の動力伝達軸
のような回転軸部材の回転速度を検出するための回転速
度検出装置および前記回転軸部材に作用するトルクを検
出するためのトルク検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、回転軸部材の回転速度を検出
するための装置として、磁気式、光学式のロータリエン
コーダが知られている。

【０００３】これらのロータリエンコーダにより回転軸
部材の回転速度を検出するためには、これらのエンコー
ダを軸継ぎ手等を介して回転軸部材に結合する必要があ
る。したがって、回転軸部材に機械加工を施すことなし
に任意の部位で回転速度を検出することは不可能である
から、自動車等の動力伝達軸のように、回転軸部材およ
びその周辺の形態が複雑な場合、回転速度検出装置の装
着上の制約は大きな問題となる。

【０００４】一方、回転軸部材に作用するトルクを検出
するトルク検出装置としては、トルク負荷による回転軸
部材の捩れ角を測定し、その捩れ角からトルクを求める
装置が従来より広く知られている。より具体的には、測
定対象である回転軸部材に、軸方向に所定距離だけ離し
て少なくとも２つのロータリーエンコーダを配設したも
のが知られている。すなわち、個々のエンコーダからの
検出信号の位相差Δｔから捩れ角を求め、トルクに換算
するというものである。

【０００５】このような目的に使用されるエンコーダと
しては、上述の磁気式、光学式のロータリエンコーダが
あるが、この場合にも、これらを自動車用のトルク検出
装置に適用するには、捩れ角を検出するために回転軸部
材にスリット、歯車等を設ける必要があるから、回転軸
部材の機械加工を必要とするとともに、装置が大きく重
くなり、またロータリーエンコーダを取り付ける作業を
行う際に不可避の取付誤差を生じるという問題がある。

【０００６】上記以外にも、回転軸部材の捩れに基づい
てトルクを検出する方法としては、歪みにより電気抵抗
が変化する歪みゲージ式、応力の作用により磁化が変化
する磁歪効果を用いる磁歪式などがあるが、歪みゲージ
式においては歪みゲージの接着方法や信号の取出方法に
問題があり、磁歪式においては回転軸部材に磁歪材料を
接着したり、軸部材そのものに溝を設ける等の機械加工
を施す必要がある。

【０００７】以上の問題を解決する手段として、本発明
者等は、先に特願平３−２４８０５２号明細書におい
て、新規なトルク検出装置を提案した。

【０００８】このトルク検出装置では、回転軸部材の周
面部に磁気記録層が設けられ、この磁気記録層と対向す
るように回転軸部材の周面に近接して、かつ該回転軸部
材の軸線方向に所定間隔をおいて、第１および第２磁気
ヘッドが配置され、さらに、第１磁気ヘッドに対して回
転軸部材の周方向に所定角度θ₀ をおいて第３磁気ヘッ
ドが配置されている。

【０００９】そして、無負荷時に、第１、第２磁気ヘッ
ドにより同一位相の位置信号を上記磁気記録層に記録
し、負荷が作用しているトルク検出時には、第１および
第２磁気ヘッドからそれぞれ再生される位置信号相互間
の位相差Δｔと、第１および第３磁気ヘッドからそれぞ
れ再生される位置信号相互間の時間差ｔと、所定角度θ
₀ とに基づいて回転軸部材の捩れ角θを求め、この捩れ
角θからトルクＴを検出するようになっている。

【００１０】このような構成を有するトルク検出装置に
おいては、特に回転軸部材の機械加工を必要とせず、小
型で簡単な構成のトルク検出装置を実現することがで
き、かつ、位置信号を随時書き替えることが可能であ
り、取り付け誤差や経時変化に起因する誤差のない正確
なトルク検出が可能になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、先願発
明によるトルク検出装置は、数々の長所を備えているも
のであるが、以下に述べるような問題も有している。

【００１２】すなわち、先願発明によるトルク検出装置
では、３個の磁気ヘッドを使用する必要があり、さら
に、上記第１、第３ヘッドの配置角度を規定して配置す
る必要があるため、構成が複雑でかつ組み付けが繁雑に
なるという問題がある。

【００１３】また、３系統の再生系を必要とするため、
回路的にも複雑になり、かつ再生系相互間に誤差を生じ
るという問題もある。

【００１４】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであって、上記先願発明が有する数々の長所を
損うことなしに、より構成の簡単なトルク検出装置と、
このトルク検出装置の基本原理を利用した回転速度検出
装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による回転速度検
出装置は、請求項１に記載されているように、回転軸部
材の周面部に形成された磁気記録層と、該磁気記録層と
対向するように前記回転軸部材の周面に近接して配置さ
れた磁気ヘッドと、前記回転軸部材が静止している状態
で前記磁気ヘッドを介して前記磁気記録層に信号を記録
する記録手段と、前記磁気ヘッドを介して前記信号を再
生する再生手段と、該再生手段により再生される信号の
波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P を
検出するピーク幅検出手段と、該ピーク幅検出手段によ
り検出された時間間隔ｔ_P-P に基づいて、前記回転軸部
材の回転速度を算出する回転速度算出手段と、を備えて
なることを特徴とするものである。

【００１６】また、本発明によるトルク検出装置は、請
求項２に記載されているように、前記回転軸部材の周面
部に形成された磁気記録層と、該磁気記録層と対向する
ように前記回転軸部材の周面に近接して、かつ該回転軸
部材の軸線方向に所定間隔をおいて配置された第１およ
び第２磁気ヘッドと、前記回転軸部材が静止している状
態で前記第１および第２磁気ヘッドを介して前記磁気記
録層に位置信号を記録する記録手段と、前記各磁気ヘッ
ドを介して位置信号を再生する再生手段と、該再生手段
により再生された前記第１および第２磁気ヘッドからの
位置信号相互間の位相差Δｔを検出する位相差検出手段
と、前記再生手段により再生された前記第１および第２
磁気ヘッドからの位置信号のうちの少なくとも一方の再
生信号の波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔
ｔ_P-P を検出するピーク幅検出手段と、前記位相差検出
手段により検出された位相差Δｔと前記ピーク幅検出手
段により検出された時間間隔ｔ_P-P とに基づいて、前記
回転軸部材の捩れ角θを算出し、かつ該捩れ角θに基づ
いて、前記回転軸部材に作用するトルクＴを算出するト
ルク算出手段と、を備えてなることを特徴とするもので
ある。

【００１７】さらに、本発明によるトルク検出装置は、
請求項３に記載されているように、請求項２の構成に加
えて、前記位置信号の磁化領域の前記回転軸部材の周方
向に関する占有角度αを演算する基準角度演算手段を備
え、前記トルク算出手段が、前記位相差検出手段により
検出された位相差Δｔと、前記ピーク幅検出手段により
検出された時間間隔ｔ_P-P と、前記基準角度演算手段に
より演算された占有角度αとに基づいて、前記回転軸部
材の捩れ角θを算出し、該捩れ角θに基づいて、前記回
転軸部材に作用するトルクＴを算出することを特徴とす
るものである。

【００１８】本発明によるトルク検出装置の１つの態様
によれば、請求項４に記載されているように、前記基準
角度演算手段が、前記再生手段により再生された前記第
１および第２磁気ヘッドからの位置信号のうちの少なく
とも一方の再生信号に基づき検出された、前記回転軸部
材が１回転する時間ｔ_REV.と、その再生波形の最上限と
最下限との間の時間間隔ｔ_P-P ０とにより、前記占有角
度αを演算するように構成されている。

【００１９】本発明によるトルク検出装置の他の態様に
よれば、請求項５に記載されているように、前記第１お
よび第２磁気ヘッドの記録面とは異なる位置に、前記磁
気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面に近接
して第３磁気ヘッドが配置され、該第３磁気ヘッドを介
して前記回転軸部材の周面上の１箇所に位置信号を記録
する記録手段を備え、前記基準角度演算手段は、前記第
３磁気ヘッドを介して再生された前記回転軸部材が１回
転する時間ｔ_REV.と、前記第１および第２磁気ヘッドか
らの位置信号のうちの少なくとも一方の再生信号に基づ
き検出された再生波形の最上限と最下限との間の時間間
隔ｔ_P-P ０とにより、前記占有角度αを演算するように
構成されている。

【００２０】

【作用および発明の効果】請求項１に記載されている、
本発明による回転速度検出装置における回転速度検出原
理は下記の通りである。

【００２１】先ず、回転軸部材が静止している状態で、
記録手段から磁気ヘッドに所定の直流電流を記録信号と
して出力し、磁気記録層に信号を磁気記録する。この
際、磁気記録層は、使用する磁気ヘッドの構造および磁
気記録層の材質によって定まる磁気特性と、磁気ヘッド
と磁気記録層との相対的配置関係と、磁気ヘッドに印加
される記録電流とによって定まる特定の領域が磁化され
る。磁気ヘッドと磁気記録層とが相対的に静止した状態
で記録を行う場合、上述した諸条件が一定であれば、磁
化領域の大きさは一義的に定まるものであり、記録信号
の電流値および通電時間によって所定値に決定すること
ができる。

【００２２】回転軸部材が角速度ω( rad/sec)で回転し
ている場合、上述の手段によって記録された信号を磁気
ヘッドを介して上記再生手段により再生すると、再生信
号の波形は、図２のＳ１に示すように、マイナス方向の
ピーク（最下限）とプラス方向のピーク（最上限）とを
有するものとなる。ここで、記録信号により決定され
る、磁化領域の回転軸部材の周方向に沿った幅をＷ（m
m）とすると、回転軸部材の角速度ωと、再生信号Ｓ１
の波形ピークの最下限と最上限と間の時間間隔ｔ
_P-P （sec)との関係は、下記の式（１）によって表され
る。

【００２３】 １／ω＝ｒ・ｔ_P-P ／Ｗ （１） ここで、ｒは回転軸部材の半径である。

【００２４】上述のように、磁化領域の幅Ｗは記録信号
の電流値および通電時間によって定まるものであるか
ら、所定の条件で磁気記録層に記録した信号の再生波形
Ｓ１の波形ピークの最下限と最上限と間の時間間隔ｔ
_P-P を検出することによって、回転軸部材の回転速度を
求めることができる。

【００２５】本発明による回転速度検出装置は、回転軸
部材が静止している状態で磁気ヘッドを介して磁気記録
層に信号を記録する記録手段と、前記磁気ヘッドを介し
て前記信号を再生する再生手段と、該再生手段により再
生される信号の波形ピークの最上限と最下限との間の時
間間隔ｔ_P-P を検出するピーク幅検出手段とを備えてお
り、該ピーク幅検出手段により検出された時間間隔ｔ
_P-P に基づいて、前記回転軸部材の回転速度を算出する
ように構成されているので、単一の磁気ヘッドを設ける
のみで、回転軸部材の回転速度を検出することができ
る。

【００２６】したがって、構成が簡単で小型化に適し、
軸継ぎ手等により検出装置を結合することなしに、回転
軸部材の任意の部位において該回転軸部材の回転速度を
高い精度をもって検出することができる。

【００２７】また、本発明による回転速度検出装置にお
いては、回転軸部材それ自体が磁気記録可能な磁性材料
である場合には、回転軸部材の周面上に磁気記録層を付
加的に形成する必要がなく、回転軸部材の表面部を磁気
記録層とすることが可能であり、回転軸部材に何等機械
加工を施すことのない回転速度検出装置を実現すること
ができる。

【００２８】次に、請求項２に記載されている、本発明
によるトルク検出装置におけるトルク検出原理は下記の
通りである。

【００２９】先ず、回転軸部材が負荷から開放されて静
止している状態で、第１および第２磁気ヘッドに直流を
流して磁気記録層に同一の位置信号を記録する。

【００３０】回転軸部材が回転して該回転軸部材にトル
クが作用している負荷状態では、第１および第２磁気ヘ
ッドを介して再生される信号の波形は、図５のＳａ１，
Ｓｂ１に示すように、トルクの作用により生じる回転軸
部材の捩じれと再生時の回転軸部材の回転速度とに応じ
て位相がΔｔだけずれた波形となる。ここで、再生信号
Ｓａ１（またはＳｂ１）の波形ピークの最上限と最下限
との間の時間間隔ｔ_P-P は、上述した回転速度検出装置
の場合と同様に、回転軸部材の角速度ωに対して式
（１）に示す関係にある。

【００３１】したがって、位置信号の記録時において磁
化領域の回転軸部材の周方向に沿った幅が所定値Ｗとな
るように記録信号を設定すれば、回転軸部材の捩れ角θ
は、波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ
_P-P と位相差Δｔとに基づき、式（２）により算出する
ことができる。

【００３２】 θ＝Δｔ・ω＝Δｔ・Ｗ／（ｔ_P-P ・ｒ） （２） さらに、回転軸部材に作用するトルクＴは、式（２）に
より求められる捩れ角θに基づいて式（３）により算出
することができる。

【００３３】 Ｔ＝２πＧ（２ｒ）⁴ ・θ／６４Ｌ （３） ここで、Ｇは回転軸部材の横弾性係数、Ｌは第１および
第２磁気ヘッドの回転軸部材の軸線方向の配置間隔であ
る。

【００３４】このトルク検出装置は、回転軸部材が静止
している状態で、回転軸部材の軸線方向に所定間隔をお
いて配置された第１および第２磁気ヘッドを介して位置
信号を記録する記録手段と、各磁気ヘッドを介して位置
信号を再生する再生手段と、該再生手段により再生され
た前記第１および第２磁気ヘッドからの位置信号相互間
の位相差Δｔを検出する位相差検出手段と、前記再生手
段により再生された前記第１および第２磁気ヘッドから
の位置信号のうちの少なくとも一方の再生信号の波形ピ
ークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P を検出す
るピーク幅検出手段とを備えており、前記位相差検出手
段により検出された位相差Δｔと前記ピーク幅検出手段
により検出された時間間隔ｔ_P-P とに基づいて、前記回
転軸部材の捩れ角θを算出し、かつ該捩れ角θに基づい
て、前記回転軸部材に作用するトルクＴを算出するよう
に構成されているので、２個の磁気ヘッドを設けるのみ
で、回転軸部材に作用するトルクを検出することができ
る。

【００３５】したがって、構成が簡単で小型化に適し、
軸継ぎ手等により検出装置を結合することなしに、回転
軸部材に作用するトルクを高い精度をもって検出するこ
とができる。

【００３６】また、回転軸部材それ自体が磁気記録可能
な磁性材料である場合には、回転軸部材の周面上に磁気
記録層を付加的に形成する必要がなく、回転軸部材の表
面部を磁気記録層とすることが可能であり、回転軸部材
に何等機械加工を施すことのないトルク検出装置を実現
することができる。

【００３７】次に、請求項３に記載されている、本発明
によるトルク検出装置におけるトルク検出原理は下記の
通りである。

【００３８】先ず、回転軸部材が負荷から開放されて静
止している状態で、第１および第２磁気ヘッドを介して
各磁気記録層の１箇所に位置信号を記録した後、回転軸
部材が所定の回転速度で回転している状態で、第１もし
くは第２磁気ヘッドを介して再生される再生波形ピーク
の最上限と最下限との間の時間間隔をｔ_P-P ０とし、信
号が一度再生されてから再び再生されるまでの時間をｔ
_REV.とすると（図６Ａ参照）、図７に示すように、再生
波形のピークは記録された位置信号の磁化領域の境界部
が磁気ヘッドのギャップを通過した際に生じるものであ
るから、記録された位置信号の磁化領域の大きさに相当
する占有角度α（図８参照）は式（４）により求められ
る。

【００３９】 α＝（ｔ_P-P ０／ｔ_REV.）・３６０（ｄｅｇ） （４） 次に、トルクの作用により回転軸部材の捩れが生じる
と、第１および第２磁気ヘッドを介して再生される信号
は、図６ＢのＳａ１，Ｓｂ１に示すように、回転軸部材
の捩れと再生時の回転軸部材の回転速度とに応じた位相
差Δｔを生じる。そして、上述の占有角度αを求めた位
置信号のこのときの再生波形ピークの最上限と最下限と
の間の時間間隔がｔ_P-P であるとすると、捩れ角θは、
式（５）により算出することができる。

【００４０】 θ＝α・Δｔ／ｔ_P-P （５） したがって、回転軸部材に作用するトルクＴは、上述の
式（３）により算出することができる。

【００４１】なお、回転軸部材の周面の複数箇所に位置
信号を記録する場合には、回転軸部材が１回転する時間
ｔ_REV.を、以上説明した構成により検出することは困難
となる。さらに、記録された各位置信号の磁化領域の大
きさが互いに異なる場合には、それぞれの位置信号に対
して占有角度αを求めるとともに、トルクＴの算出時に
は、ピーク幅検出手段により検出された時間間隔ｔ_P-P
と基準角度演算手段により演算された占有角度αとが同
一位置信号に対応するものであるか否かを判別する必要
がある。

【００４２】このような点に鑑み、第３磁気ヘッドを前
述のように配置して、この第３磁気ヘッドを介して記録
再生を行う信号を演算指標とするように構成すれば、回
転軸部材の周面の複数箇所に位置信号を記録する場合に
おいても、正確な演算を行うことが可能になる。

【００４３】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。

【００４４】（実施例１）図１は、本発明の実施例に係
わる回転速度検出装置を概略的に示す構成図である。

【００４５】この回転速度検出装置は、回転軸部材１
（例えば自動車用変速機の出力軸）の回転角速度を検出
する回転速度検出装置であって、回転軸部材１の外周面
上の所定箇所にリング状に形成された磁気記録層２と、
この磁気記録層２と対向するように回転軸部材１の外周
面に近接して配置された磁気ヘッド３と、回転軸部材１
が静止している状態で、磁気ヘッド３を介して磁気記録
層２に信号を記録する記録手段４と、記録された信号を
磁気ヘッド３を介して再生する再生手段５と、該再生手
段５により再生された信号の波形ピークの最上限と最下
限との間の時間間隔ｔ_P-P を検出するピーク幅検出手段
６と、上記時間間隔ｔ_P-P に基づいて、回転軸部材１の
回転速度を算出する回転速度算出手段７とを備えてい
る。

【００４６】上記磁気記録層２は、例えば回転軸部材１
の外周面上に磁気塗料を塗布することにより、あるいは
磁性粉末をプラズマ溶射することにより形成することが
できる。また、上記回転軸部材１が構造用鋼等の磁性材
料により形成されている場合は、回転軸部材１の外周表
面そのものを磁気記録層とすることも可能である。本実
施例においては、検出対象である回転軸部材１が磁性材
料である炭素鋼で構成されており、磁気記録層２を付加
的に形成することなく、回転軸部材１の外周表面を磁気
記録層として用いている。

【００４７】次に、本実施例の動作について説明する。

【００４８】先ず、回転軸部材１が磁気ヘッド３に対し
て相対的に静止している状態で、記録手段４は、所定の
記録用パルス信号を発生させて磁気ヘッド３に送り、磁
気ヘッド３を介して磁気記録層２上に信号を記録する。
このときの信号の記録は、原理的には磁気記録層２上の
１箇所への記録のみでよいが、回転速度検出間隔（サン
プリング間隔）を考慮すると、記録位置をずらして、か
つ回転軸部材１が磁気ヘッド３に対して相対的に静止し
ている状態で、複数箇所に信号を記録するのが好まし
い。なお、その際の記録位置は必ずしも等間隔である必
要はない。

【００４９】磁気ヘッド３に印加される記録信号の電流
値、通電時間等は、磁気記録層２上に記録される信号の
磁化領域が回転軸部材１の周方向に所定の幅Ｗを有する
ように考慮して決定される。

【００５０】次に、回転軸部材１が回転している状態に
おいて、磁気記録層２に記録されている信号が磁気ヘッ
ド３を介して再生信号Ｓ１として再生され（図２）、再
生信号Ｓ１は、再生手段５で増幅され、かつノイズ成分
が除去されて、ピーク幅検出手段６へ送出される。ピー
ク幅検出手段６においては、入力された信号波形の最上
限のピーク位置と最下限のピーク位置とを判別して（図
２のＳ２，Ｓ３）、この間の時間間隔ｔ_P-P を検出し、
この検出信号Ｓ４を回転速度算出手段７へ送出する。

【００５１】回転速度算出手段７では、ピーク幅検出手
段６により検出された時間間隔ｔ_P-P と、磁化領域の幅
Ｗと、回転軸部材１の半径ｒとに基づいて、式（１）に
より回転軸部材１の回転速度１／ωを算出する。

【００５２】図３は、本実施例の回転速度検出装置によ
り検出された時間間隔ｔ_P-P と回転軸部材１の回転速度
（本実施例の回転速度検出装置とは別に磁気式のロータ
リエンコーダを装着して検出したもの）との関係を示す
もので、時間間隔ｔ_P-P の検出に基づいて回転速度を精
度良く検出することができることを表している。

【００５３】以上説明したように、本実施例によれば、
回転軸部材１の外周面上に形成した磁気記録層２に対
し、回転軸部材１が静止した状態で信号を磁気記録し、
この信号の再生波形の波形ピークの最上限と最下限との
間の時間間隔ｔ_P-P に基づいて回転軸部材１の回転速度
を検出するように構成されていることにより、構成が簡
単で小型化に適し、軸継ぎ手等により検出装置を結合す
ることなしに、回転軸部材の任意の部位において該回転
軸部材の回転速度を高い精度をもって検出することが可
能な回転速度検出装置を実現することができる。

【００５４】（実施例２）図４は、本発明に係わるトル
ク検出装置の１実施例を概略的に示す構成図である。

【００５５】このトルク検出装置は、左端部が駆動源、
右端部が負荷に接続された回転軸部材１０（例えば自動
車用自動変速機の出力軸）に作用するトルクを検出する
トルク検出装置であって、回転軸部材１０の外周面上の
２箇所を磁気記録層１２ａ，１２ｂとし、これら磁気記
録層１２ａ，１２ｂと対向するように回転軸部材１０の
外周面に近接して、かつ該回転軸部材１０の軸線方向に
所定間隔Ｌをおいて、第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂが配置されている。

【００５６】さらに、回転軸部材１０が静止している状
態で、第１および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを介し
て回転軸部材１０に同時に位置信号を記録する記録回路
１６（記録手段）と、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを介
して位置信号を再生する増幅器１８、フィルタ回路２０
および波形整形回路２２からなる再生手段と、該再生手
段により再生された、第１および第２磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂからの位置信号相互間の位相差Δｔを検出す
る位相差検出回路２４（位相差検出手段）と、第１磁気
ヘッド１４ａから再生される信号の波形ピークの最上限
と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P を検出するピーク幅検
出回路２６（ピーク幅検出手段）と、位相差検出回路２
４により検出された位相差Δｔとピーク幅検出回路２６
により検出された時間間隔ｔ_P-P とに基づいて、回転軸
部材１０の捩れ角θを算出し、かつ該捩れ角θに基づい
て、回転軸部材１０に作用するトルクＴを算出するトル
ク演算回路２８（トルク算出手段）とを備えている。

【００５７】上記磁気記録層１２ａ，１２ｂは、実施例
１と同様に、例えば回転軸部材１０の外周面上に磁気塗
料を塗布することにより、あるいは磁性粉末をプラズマ
溶射することにより形成することができる。また、上記
回転軸部材１０が構造用鋼等の磁性材料により形成され
ている場合は、回転軸部材１０の外周表面そのものを磁
気記録層とすることも、実施例１と同様に可能である。
さらに、磁気記録層１２ａ，１２ｂは、必ずしも回転軸
部材１０の外周面上の２箇所に別個に形成する必要はな
く、両磁気記録層１２ａ，１２ｂを連続して一体に形成
することも可能である。

【００５８】次に、本実施例の動作について説明する。

【００５９】先ず、回転軸部材１０が負荷から解放さ
れ、かつ各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂに対して相対的に
静止している状態で、記録回路１６は、所定の記録用パ
ルス信号を発生させて各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂに同
時に送り、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを介して磁気記
録層１２ａ，１２ｂ上に位置信号をそれぞれ記録する。
このときの位置信号の記録は、原理的には各磁気記録層
１２ａ，１２ｂについてそれぞれ１箇所への記録のみで
よいが、トルク演算のサンプリングタイムを考慮して、
なるべく等間隔で複数箇所に位置信号を記録するのが好
ましい。

【００６０】その際、記録回路１６で発生させる記録用
パルス信号の電流値、通電時間等は、実施例１と同様
に、磁気記録層１２ａ，１２ｂ上に記録される信号の磁
化領域が回転軸部材１０の周方向に所定の幅Ｗを有する
ように考慮して決定される。

【００６１】次に、回転している回転軸部材１０に負荷
（トルク）が加わった負荷状態において、各磁気記録層
１２ａ，１２ｂに記録されている位置信号を各磁気ヘッ
ド１４ａ，１４ｂを介して再生したときの再生信号Ｓａ
１，Ｓｂ１は、図５に示すように、ピークの位相が互い
にΔｔだけずれた波形となる。これら各再生信号Ｓａ
１，Ｓｂ１は、それぞれ増幅器１８に入力され、増幅器
１８において所定の増幅度をもって増幅された後、フィ
ルタ回路２０において高周波ノイズを除去される。さら
にこれらの信号は、それぞれ波形整形回路２２において
矩形波信号Ｓａ２，Ｓｂ２に波形整形されて、位相差検
出回路２４へ送出されるとともに、磁気ヘッド１４ａで
再生され、かつフィルタ回路２０において高周波ノイズ
を除去された信号は、ピーク幅検出回路２６に送出され
る。

【００６２】ピーク幅検出回路２６においては、入力さ
れた信号波形の最上限のピーク位置と最下限のピーク位
置とを判別して（図５のＳａ31，Ｓａ32）、この間の時
間間隔ｔ_P-P を検出し、この検出信号Ｓ４をトルク演算
回路２８に送出する。一方、位相差検出回路２４におい
ては、矩形波信号Ｓａ２，Ｓｂ２間の位相差Δｔを検出
し、この検出信号Ｓ５をトルク演算回路２８に送出す
る。

【００６３】トルク演算回路２８においては、時間間隔
ｔ_P-P 、位相差Δｔおよび磁化領域の幅Ｗに基づいて、
前述の式（２）に従い回転軸部材１０の捩れ角θを算出
するとともに、この捩れ角θに基づいて、前述の式
（３）に従い回転軸部材１０に作用するトルクＴを算出
する。

【００６４】以上詳述したように、本実施例において
は、回転軸部材１０の外周面上に形成された磁気記録層
１２ａ，１２ｂに、２つの磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを
介して位置信号を記録し、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
によって再生される信号に基づいて、回転軸部材１０に
作用するトルクＴを算出しているから、特願平３−２４
８０５２号明細書によって提案されたトルク検出装置が
備えている長所を損なうことなく、より簡単な構成のト
ルク検出装置を実現できる。

【００６５】なお、本実施例においては、第１の磁気ヘ
ッド１４ａを介して再生された信号の波形ピークの最上
限と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P を検出するようにし
ているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、第
２の磁気ヘッド１４ｂを介して再生された信号から時間
間隔ｔ_P-P を検出するようにしても良い。あるいは、双
方の磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを介して再生されるそれ
ぞれの信号波形の最上限と最下限のピーク時間間隔を検
出し、各検出値を演算処理（例えば平均演算）を行った
結果をｔ_P-P とするように構成することも可能である。

【００６６】また、本実施例においては、記録用のパル
ス信号を記録回路１６から各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
に同時に送出するように構成されているが、記録する信
号にズレが生じないように回転軸部材１０の静止状態を
維持したうえで、各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂに別々に
記録信号を送出するようにしても良く、さらには、２つ
の磁気ヘッド１４ａ，１４ｂの構造および性能等が互い
に異なる場合には、記録条件を適正化するために、各磁
気ヘッド１４ａ，１４ｂに対し互いに異なる記録信号を
送出するように構成することも可能である。

【００６７】（実施例３）図９は、本発明に係わるトル
ク検出装置の第２実施例を概略的に示す構成図である。

【００６８】このトルク検出装置も、左端部が駆動源、
右端部が負荷に接続された回転軸部材１０（例えば自動
車用自動変速機の出力軸）に作用するトルクを検出する
トルク検出装置であって、回転軸部材１０の外周面上の
３箇所に形成された磁気記録層１２ａ，１２ｂおよび１
２ｄと、磁気記録層１２ａ，１２ｂと対向するように回
転軸部材１０の外周面に近接して、かつ該回転軸部材１
０の軸線方向に所定間隔Ｌをおいて、第１および第２磁
気ヘッド１４ａ，１４ｂと、磁気記録層１２ｄと対向す
るように回転軸部材１０の外周面に近接してが配置され
た第３磁気ヘッド１４ｄとを備えている。

【００６９】さらに、回転軸部材１０が静止している状
態で、第１，第２および第３磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ
および１４ｄを介して回転軸部材１０に位置信号を記録
する記録回路１６（記録手段）と、各磁気ヘッド１４
ａ，１４ｂおよび１４ｄを介して位置信号を再生する増
幅器１８、フィルタ回路２０および波形整形回路２２か
らなる再生手段と、該再生手段により再生された、第１
および第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂからの位置信号相
互間の位相差Δｔを検出する位相差検出回路２４（位相
差検出手段）と、第１磁気ヘッド１４ａからの位置信号
の再生波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ
_P-P を検出するピーク幅検出回路２６（ピーク幅検出手
段）と、回転軸部材１０が所定の回転状態にあるときの
ピーク幅検出回路２６によって検出された時間間隔ｔ
_P-P ０と、第３磁気ヘッド１４ｄからの再生位置信号の
再生間隔ｔ_REV.とに基づいて、第１磁気ヘッド１４ａを
介して磁気記録層１２ａ上に記録された位置信号の占有
角度αを演算する基準角度演算回路２９（基準角度演算
手段）と、前記位相差Δｔ、時間間隔ｔ_P-P および占有
角度αに基づいて、回転軸部材１０の捩れ角θを算出す
るとともに、この捩れ角θに基づいて、回転軸部材１０
に作用するトルクＴを算出するトルク演算回路２８（ト
ルク算出手段）とを備えている。

【００７０】上記磁気記録層１２ａ，１２ｂおよび１２
ｄは、上述した実施例１および２と同様に、例えば回転
軸部材１０の外周面上に磁気塗料を塗布することによ
り、あるいは磁性粉末をプラズマ溶射することにより形
成することができる。また、上記回転軸部材１０が構造
用鋼等の磁性材料により形成されている場合は、回転軸
部材１０の外周表面そのものを磁気記録層とすること
も、実施例１および２と同様に可能である。さらに、磁
気記録層１２ａ，１２ｂおよび１２ｄは、必ずしも回転
軸部材１０の外周面上に別個に形成する必要はなく、磁
気記録層１２ａ，１２ｂおよび１２ｄを連続して一体に
形成することも可能である。

【００７１】次に、本実施例の動作について説明する。

【００７２】先ず、回転軸部材１０が負荷から解放さ
れ、かつ各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂ，１４ｄに対して
相対的に静止している状態で、記録回路１６は、所定の
記録用パルス信号を発生させて各磁気ヘッド１４ａ，１
４ｂ，１４ｄに同時に送り、各磁気ヘッド１４ａ，１４
ｂ，１４ｄを介して磁気記録層１２ａ，１２ｂ，１２ｄ
上に位置信号をそれぞれ記録する。このときの位置信号
の記録は、トルク検出のために原理的には各磁気記録層
１２ａ，１２ｂ，１２ｄについてそれぞれ１箇所への記
録のみでよいが、複数箇所に位置信号を記録する場合の
２箇所目以降の記録は、第３磁気ヘッド１４ｄを除く磁
気ヘッド１４ａ，１４ｂのみを介して行う。本実施例に
おいては、回転軸部材１０の周面上にほぼ９０°の間隔
で４箇所に記録している。

【００７３】次に、回転軸部材１０を回転させて、上述
のような態様で磁気記録層１２ａ，１２ｂ，１２ｄに記
録されている位置信号を、第１，第２および第３磁気ヘ
ッド１４ａ，１４ｂ，１４ｄを介して再生したときの再
生信号Ｓａ１，Ｓｂ１，Ｓｄ１は、図１０に示すような
波形となる。このとき、回転軸部材１０が無負荷状態で
あれば、再生信号Ｓａ１，Ｓｂ１は同一位相の波形とな
るが、回転軸部材１０にトルクが作用した負荷状態で
は、回転軸部材１０に捩れを生じ、再生信号Ｓａ１，Ｓ
ｂ１は、トルクに応じた分だけ位相がずれた波形とな
る。

【００７４】再生信号Ｓａ１は、増幅器１８に入力さ
れ、この増幅器１８において増幅された後、フィルタ回
路２０において高周波ノイズをカットされ、さらに波形
整形回路２２およびピーク幅検出回路２６に送出され
る。波形整形回路２２においては、信号Ｓａ１の入力タ
イミングに基づいた矩形波信号Ｓａ２に波形整形され
て、位相差検出回路２４へ送出される。一方、ピーク幅
検出回路２６においては、入力された再生信号Ｓａ１の
信号波形の最上限のピーク位置と最下限のピーク位置と
を判別して）、この間の時間間隔ｔ_P-P を検出し、この
検出信号Ｓ４を基準角度演算回路２９およびトルク演算
回路２８に送出する。

【００７５】再生信号Ｓｂ１は、増幅器１８に入力さ
れ、この増幅器１８において増幅された後、フィルタ回
路２０において高周波ノイズをカットされ、さらに波形
整形回路２２において、信号Ｓｂ１の入力タイミングに
基づいた矩形波信号Ｓｂ２に波形整形されて、位相差検
出回路２４に送出される。

【００７６】再生信号Ｓｄ１は、増幅器１８に入力さ
れ、この増幅器１８において増幅された後、フィルタ回
路２０において高周波ノイズをカットされ、さらに波形
整形回路２２に送出される。波形整形回路２２において
は、信号Ｓｄ１の入力タイミングに基づいた矩形波信号
Ｓｄ２に波形整形され、さらに、トルク演算回路２８お
よび基準角度演算回路２９に送出される。

【００７７】基準角度演算回路２９においては、連続す
る２つの信号Ｓｄ２の入力間隔ｔ_REV.を検出するととも
に、入力間隔ｔ_REV.を検出する間にピーク幅検出回路２
６により検出される時間間隔ｔ_P-P から、第１磁気ヘッ
ド１４ａを介して磁気記録層１２ａ上に記録された角位
置信号に対して、その占有角度αを演算する。

【００７８】いま、図１０に示すように、信号Ｓｄ２の
立上がりをトリガとして、信号Ｓｄ２の次の立上がりま
での間隔がｔ_REV.、その間に検出される信号Ｓ４におけ
る時間間隔が順にｔ_P-P １，ｔ_P-P ２，ｔ_P-P ３，ｔ
_P-P ４であったとすれば、それぞれの記録信号の占有角
度α１，α２，α３，α４は、式（６）によって演算さ
れる。

【００７９】 αｎ＝（ｔ_P-P ｎ／ｔ_REV.）・３６０（ｄｅｇ） （６） ｎ＝１〜４ 上式で演算された占有角度αｎはトルク演算回路２８に
転送され、トルク演算回路２８のメモリに検出の順を保
って格納される。

【００８０】なお、上記占有角度αｎは、原理的にはそ
れぞれの記録位置信号に対し回転軸部材１０の１回転分
の検出値を用いて演算して決定することができるが、回
転軸部材１０の回転変動等を考慮すると、それぞれの位
置信号について複数回の占有角度αｎの演算を行い、そ
の演算結果を平均化した値を最終的な占有角度として設
定することが望ましい。

【００８１】また、上記占有角度の演算は、位置信号を
記録した後、トルク検出に先だって上述の動作により一
度演算すれば良く、ピーク幅検出毎に常に行う必要はな
い。位相差検出回路２４においては、入力した２つの信
号Ｓａ２，Ｓｂ２の位相差Δｔを検出し、この検出信号
Ｓ５をトルク演算回路２８に送出する。

【００８２】トルク演算回路２８においては、入力され
る時間間隔ｔ_P-P および位相差Δｔと、メモリに格納さ
れている占有角度αｎとに基づいて、信号Ｓｄ２の立上
がりをトリガとして順に、式（５）に従い回転軸部材１
０の捩れ角θを算出するとともに、この捩れ角θに基づ
き、回転軸部材１０に作用するトルクＴを、式（３）に
より算出し、算出値を出力する。

【００８３】以上の説明で明らかなように、本実施例の
トルク検出装置によれば、第３磁気ヘッド１４ｄを介し
て再生される位置信号をトリガとして、時間間隔ｔ_P-P
を検出する各位置信号の入力順序を定め、その上で占有
角度の演算およびトルクの演算を行うように構成されて
いるので、回転軸部材１０の周面上の複数箇所に位置信
号を記録する場合においても、正確に演算を行うことが
可能になる。

【００８４】なお、本実施例においては、磁気ヘッド１
４ａを介して再生された信号波形の最上限と最下限のピ
ークより時間間隔ｔ_P-P を検出するようにしているが、
必ずしもこれに限定されるものではなく、磁気ヘッド１
４ｂを介して再生される信号から時間間隔ｔ_P-P を検出
するようにしても、あるいは、双方の磁気ヘッド１４１
４ａ，１４ｂを介して再生されるそれぞれの信号波形の
最上限と最下限のピークの時間間隔を検出し、それぞれ
の検出値を演算処理（例えば平均演算）した結果をｔ
_P-P の値とするように構成することも可能である。

【００８５】また、本実施例においては、記録用のパル
スを記録回路１６から各磁気ヘッド１４ａ，１４ｂに同
時に送出するように構成されているが、記録する信号に
ずれを生じないように、回転軸部材１０が静止した状態
を維持した上で、磁気ヘッド１４ａ，１４ｂに対し別個
に記録用のパルスを送出するようにしても良い。また、
第３磁気ヘッド１４ｄを介しての位置信号の記録は、必
ずしも第１、第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂと同時に行
う必要はなく、その記録位置も、回転軸部材１０の周面
上に１箇所記録するのであれば、回転軸部材１０の周面
上のどの位置に記録しても差支えない。

【００８６】さらに、本実施例においては、第３磁気ヘ
ッド１４ｄが別個に配置されているが、これに代えて、
第１もしくは第２磁気ヘッド１４ａ，１４ｂを、図１１
に示すような２つのトラックを有する複合磁気ヘッド１
４ａｄとし、その一方のトラックに第３磁気ヘッドの機
能を担わせるように構成することも可能である。なお、
図１１において、３０ａ，３０ｄはコア、３１ａ，３１
ｄはコイル、３２はトラック間のシールド板である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる回転速度検出装置の実施例を示
す概略的構成図

【図２】上記実施例の作用を説明するための再生信号の
波形図

【図３】上記実施例の効果を説明するためのグラフ

【図４】本発明に係わるトルク検出装置の第１実施例を
示す概略的構成図

【図５】図４のトルク検出装置の作用を説明するための
タイミングチャート

【図６】本発明に係わるトルク検出装置の第２実施例の
作用を説明するための信号の波形図

【図７】上記トルク検出装置の第２実施例の作用の説明
図

【図８】同磁化領域の説明図

【図９】本発明に係わるトルク検出装置の第２実施例を
示す概略的構成図

【図１０】図９のトルク検出装置の動作を説明するため
のタイミングチャート

【図１１】上記実施例の磁気ヘッドの変形例を示す斜視
図

【符号の説明】

１，１０ 回転軸部材 ２，１２ａ，１２ｂ，１２ｄ 磁気記録層 ３，１４ａ，１４ｂ，１４ｄ 磁気ヘッド ４ 記録手段 ５ 再生手段 ６ ピーク幅検出手段 ７ 回転速度算出手段 １６ 記録回路（記録手段） １８ 増幅器（再生手段） ２０ フィルタ回路（再生手段） ２２ 波形整形回路（再生手段） ２４ 位相差検出回路（位相差検出手段） ２６ ピーク幅検出回路（ピーク幅検出手段） ２８ トルク演算回路（トルク算出手段） ２９ 基準角度演算回路（基準角度演算手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸部材の回転速度を検出する回転速
   度検出装置であって、 前記回転軸部材の周面部に形成された磁気記録層と、 該磁気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面に
   近接して配置された磁気ヘッドと、 前記回転軸部材が静止している状態で前記磁気ヘッドを
   介して前記磁気記録層に信号を記録する記録手段と、 前記磁気ヘッドを介して前記信号を再生する再生手段
   と、 該再生手段により再生される信号の波形ピークの最上限
   と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P を検出するピーク幅検
   出手段と、 該ピーク幅検出手段により検出された時間間隔ｔ_P-P に
   基づいて、前記回転軸部材の回転速度を算出する回転速
   度算出手段と、を備えてなることを特徴とする回転速度
   検出装置。
2. 【請求項２】 回転軸部材に作用するトルクを検出する
   トルク検出装置であって、 前記回転軸部材の周面部に形成された磁気記録層と、 該磁気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面に
   近接して、かつ該回転軸部材の軸線方向に所定間隔をお
   いて配置された第１および第２磁気ヘッドと、 前記回転軸部材が静止している状態で前記第１および第
   ２磁気ヘッドを介して前記磁気記録層に位置信号を記録
   する記録手段と、 前記各磁気ヘッドを介して位置信号を再生する再生手段
   と、 該再生手段により再生された前記第１および第２磁気ヘ
   ッドからの位置信号相互間の位相差Δｔを検出する位相
   差検出手段と、 前記再生手段により再生された前記第１および第２磁気
   ヘッドからの位置信号のうちの少なくとも一方の再生信
   号の波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ
   _P-P を検出するピーク幅検出手段と、 前記位相差検出手段により検出された位相差Δｔと前記
   ピーク幅検出手段により検出された時間間隔ｔ_P-P とに
   基づいて、前記回転軸部材の捩れ角θを算出し、該捩れ
   角θに基づいて、前記回転軸部材に作用するトルクＴを
   算出するトルク算出手段と、を備えてなることを特徴と
   するトルク検出装置。
3. 【請求項３】 回転軸部材に作用するトルクを検出する
   トルク検出装置であって、 前記回転軸部材の周面部に形成された磁気記録層と、 該磁気記録層と対向するように前記回転軸部材の周面に
   近接して、かつ該回転軸部材の軸線方向に所定間隔をお
   いて配置された第１および第２磁気ヘッドと、 前記回転軸部材が静止している状態で前記第１および第
   ２磁気ヘッドを介して前記磁気記録層に位置信号を記録
   する記録手段と、 該記録手段により記録された位置信号による磁化領域の
   前記回転軸部材の周方向に関する占有角度αを演算する
   基準角度演算手段と、前記各磁気ヘッドを介して位置信
   号を再生する再生手段と、 該再生手段により再生された前記第１および第２磁気ヘ
   ッドからの位置信号相互間の位相差Δｔを検出する位相
   差検出手段と、 前記再生手段により再生された前記第１および第２磁気
   ヘッドからの位置信号のうちの少なくとも一方の再生信
   号の波形ピークの最上限と最下限との間の時間間隔ｔ
   _P-P を検出するピーク幅検出手段と、 前記位相差検出手段により検出された位相差Δｔと、前
   記ピーク幅検出手段により検出された時間間隔ｔ
   _P-P と、前記基準角度演算手段により演算された占有角
   度αとに基づいて、前記回転軸部材の捩れ角θを算出
   し、該捩れ角θに基づいて、前記回転軸部材に作用する
   トルクＴを算出するトルク算出手段と、を備えてなるこ
   とを特徴とするトルク検出装置。
4. 【請求項４】 前記基準角度演算手段は、前記再生手段
   により再生された前記第１および第２磁気ヘッドからの
   位置信号のうちの少なくとも一方の再生信号に基づき検
   出された、前記回転軸部材が１回転する時間ｔ_REV.と、
   その再生波形の最上限と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P
   ０とにより、前記占有角度αを演算することを特徴とす
   る請求項３に記載のトルク検出装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２磁気ヘッドの記録面
   とは異なる位置に、前記磁気記録層と対向するように前
   記回転軸部材の周面に近接して第３磁気ヘッドが配置さ
   れ、該第３磁気ヘッドを介して前記回転軸部材の周面上
   の１箇所に位置信号を記録する記録手段を備え、前記基
   準角度演算手段は、前記第３磁気ヘッドを介して再生さ
   れた前記回転軸部材が１回転する時間ｔ_REV.と、前記第
   １および第２磁気ヘッドからの位置信号のうちの少なく
   とも一方の再生信号に基づき検出された再生波形の最上
   限と最下限との間の時間間隔ｔ_P-P ０とにより、前記占
   有角度αを演算することを特徴とする請求項３に記載の
   トルク検出装置。