(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側と出力側のヘリカルギアの間で伝達されるトルクを検出するトルク検出システムにおいて、
少なくとも出力側のヘリカルギアの歯部側面に配置され同ギアの回転を検出するセンサと、
同センサの出力信号に基づいて、前記出力側のヘリカルギアへ伝達されるトルクを検出するトルク検出手段と、を備え、
前記トルク検出手段が前記センサと前記出力側のヘリカルギアとの距離に基づいて、前記出力側のヘリカルギアへ伝達されるトルクの大きさおよび方向を検出することを特徴とするトルク検出システム。
【請求項２】
前記センサは、前記入力側と前記出力側のヘリカルギアとの噛み合い部分の側方に配置され、同センサと入力側および出力側のヘリカルギアとの各々の距離に基づいてトルクの方向および大きさを検出することを特徴とする請求項１に記載のトルク検出システム。
【請求項３】
前記センサの出力信号は、前記センサと前記入力側および出力側のヘリカルギアの少なくとも一方との距離に対応する振幅のパルス信号であり、
前記トルク検出手段は、前記パルス信号の振幅に基づいてトルクの大きさおよび方向を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルク検出システム。
【請求項４】
入力側の歯車と出力側の歯車との間で伝達されるトルクを検出するトルク検出システムにおいて、
前記入力側の歯車を検出対象歯車とする第１のセンサと、
前記出力側の歯車を検出対象歯車とする第２のセンサと、
前記入力側の歯車と前記出力側の歯車との間で伝達されるトルクを検出するトルク検出手段とを備え、
前記トルク検出手段が、
前記入力側の歯車と前記出力側の歯車の歯の傾きに基づいて、前記入力側の歯車と前記出力側の歯車との間で伝達されるトルクの大きさおよび方向を検出することを特徴とするトルク検出システム。
【請求項５】
前記トルク検出手段は、
前記歯の傾きの大きさを、前記第１および第２のセンサの出力信号の位相差から検出し、
前記位相差の方向に基づいて、前記入力側の歯車と前記出力側の歯車との間で伝達されるトルクの方向を検出することを特徴とする請求項４に記載のトルク検出システム。
【請求項６】
前記位相差は、前記入力側の歯車と前記出力側の歯車の噛み合い部分の歯が、伝達されるトルクの大きさに応じて、歯車の回転方向に傾くことにより発生したものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のトルク検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動力が伝達される歯車の変速機構において、歯面に対して垂直に設けられたセンサにより、入力軸から出力軸までの間のトータルの軸捩れ量をセンサ位相量として検出し、検出したセンサ位相量に基づいて、入力軸と出力軸の間で伝達されるトルクを求めることが特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−０３１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のものは、入力軸と出力軸の間で伝達されるトルクの伝達方向を知ることはできない。
そのため、動力が伝達される歯車の変速機構が車両用の自動変速機である場合、自動変速機を介して、駆動源側から駆動輪側にトルクが入力されている場合（ドライブ時）と、駆動輪側から駆動源側にトルクが入力されている場合（エンジンブレーキ時）とを、区別することができない。
【０００５】
そこで、自動変速機を介して駆動源と駆動輪との間で伝達されるトルクの伝達方向を検出できるようにすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、入力側と出力側のヘリカルギアの間で伝達されるトルクを検出するトルク検出システムにおいて、少なくとも出力側のヘリカルギアの歯部側面に配置され同ギアの回転を検出するセンサと、同センサの出力信号に基づいて、前記出力側のヘリカルギアへ伝達されるトルクを検出するトルク検出手段と、を備え、前記トルク検出手段が前記センサと前記出力側のヘリカルギアとの距離に基づいて、前記出力側のヘリカルギアへ伝達されるトルクの大きさおよび方向を検出することを特徴とするトルク検出システムとした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、入力側と出力側のヘリカルギアの間でトルクが伝達されると、入力側のヘリカルギアと出力側のヘリカルギアには、ヘリカルギアを軸方向に変位させようとする力と、ヘリカルギアを回転軸に対して傾けようとする力とが作用して、入力側のヘリカルギアと出力側のヘリカルギアは、トルクの伝達方向に応じて決まるスラスト方向に移動するので、ヘリカルギアとこのヘリカルギアの側面に配置されたセンサとの距離（ギャップ）が、トルクの伝達方向に応じて変化する。
よって、センサと出力側のヘリカルギアとの距離に基づいて、出力側のヘリカルギアの変位方向が判るので、変位方向からトルクの伝達方向を特定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかるトルク検出システムの概略構成図である。
【図２】ギア間で伝達されるトルクの大きさと位相差との関係を説明する図である。
【図３】ギア間で伝達されるトルクの大きさとセンサの出力信号の変化を説明する図である。
【図４】位相差と伝達されるトルクとの関係を示す特性グラフである。
【図５】ギア間で伝達されるトルクの伝達方向とギアのスラスト方向への移動を説明する図である。
【図６】ギア間で伝達されるトルクの伝達方向による回転センサの出力信号の変化を説明する模式図である。
【図７】クリープ走行時の推定トルクに基づくパルス信号の位相差の補正を説明する図である。
【図８】ギア間で伝達されるトルクの大きさと位相差との関係を説明する図である。
【図９】第２の実施形態にかかるトルク検出システムの概略構成図である。
【図１０】トルク伝達による回転センサとヘリカルギアとのギャップと、回転センサの出力信号を説明する図である。
【図１１】トルク伝達による回転センサとヘリカルギアとのギャップと、回転センサの出力信号を説明する図である。
【図１２】ドライブ時とコースト時に回転センサから出力されるパルス信号を説明する図である。
【図１３】トルクの伝達がないときに回転センサから出力されるパルス信号を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、駆動源（エンジンおよび／またはモータ）と駆動輪との間で回転駆動力の伝達を行う自動変速機に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１０】
図１に示すように、自動変速機の動力伝達経路上で、ヘリカルギア３とヘリカルギア４とが、外周の歯３ａ、４ａ同士を噛合させて設けられている。
ヘリカルギア３は、ギア軸１と一体回転可能に設けられており、ヘリカルギア４は、ギア軸２と一体回転可能に設けられている。
ヘリカルギア３とヘリカルギア４は、歯数と径が同じギアであり、動力伝達経路上で隣接して設けられている。
【００１１】
駆動源側から車輪（駆動輪）側にトルクが伝達されるドライブ時には、ギア軸１に入力された回転駆動力（回転トルク）は、ヘリカルギア３とヘリカルギア４とを介して、ギア軸２に伝達される。
【００１２】
車輪（駆動輪）側から駆動源側にトルクが伝達されるエンジンブレーキ時には、車輪（駆動輪）側からギア軸２に入力された回転駆動力（回転トルク）は、ヘリカルギア４とヘリカルギア３とを介して、ギア軸１に伝達される。
【００１３】
ヘリカルギア３の周方向外側には、ヘリカルギア３の回転を検出するセンサ５（回転センサ）が設けられている。
センサ５は、ギア軸１に直交する向きで、歯先の回転円周面に近接して配置されている。このセンサ５は、ヘリカルギア３のラジアル方向（周方向）から、ヘリカルギア３の歯面にセンサ面を対向させている。
【００１４】
センサ５は、ヘリカルギア３の歯の凹凸に応じたパルス信号を出力する。具体的には、図３に示すように、歯３ａがセンサ５の正面に位置している場合にはＯＮ信号を、歯３ａがセンサ５の正面に位置していない（歯溝部３ｂが正面に位置している）場合には、ＯＦＦ信号を出力する。
よって、ヘリカルギア３が回転している場合には、図３の（ａ）に示すような連続するＯＮ信号とＯＦＦ信号からなるパルス信号が、センサ５から出力される。
【００１５】
図１に示すように、ヘリカルギア４の側方には、ヘリカルギア４の回転を検出するセンサ６（回転センサ）が設けられている。
センサ６は、ギア軸２に対して平行となる向きで、ヘリカルギア４の外周縁近傍の側方に、ヘリカルギア４に近接して配置されている。このセンサ６は、ヘリカルギア４のスラスト方向（直交方向）から、ヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１にセンサ面を対向させている。
【００１６】
センサ６は、ヘリカルギア４の歯４ａの凹凸に応じたパルス信号を出力する。具体的には、歯４ａの側面４ａ１がセンサ６の正面に位置している場合にはＯＮ信号を、歯４ａの側面４ａ１がセンサ６の正面に位置していない場合には、ＯＦＦ信号を出力する。
よって、ヘリカルギア４が回転している場合には、図３の（ａ）に示すような連続するＯＮ信号とＯＦＦ信号からなるパルス信号が、センサ６から出力される。
【００１７】
これらセンサ５、６からのパルス信号は、演算装置（例えば、自動変速機の制御装置７（ＡＴＣＵ））に入力され、ギア軸１とギア軸２の間で伝達されるトルク（入力トルク）の検出や、トルクの伝達方向の検出に利用される。
【００１８】
ここで、センサ５、６からのパルス信号に基づくトルクの検出を説明する。
ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でのトルクの伝達は、互いに噛み合う歯３ａ、４ａを介して行われる。そのため、トルクが伝達される際には、ヘリカルギア３の歯３ａとヘリカルギア４の歯４ａの噛み合い部分に力（トルク）が集中する。
そして、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間で伝達されるトルクが大きくなって、歯３ａ、４ａの噛み合い部分に作用する力が大きくなると、噛み合い部分の歯３ａ、４ａの各々が、図２の（ｂ）に示すように、回転軸回りの周方向に、僅かに倒れる（撓む）ことになる。
【００１９】
例えば、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａが、それぞれ、本来の位置を基準として、角度α１、α２ずつ倒れると、センサ６では、歯３ａ、４ａが倒れたことに起因して、基準位置４１にある歯が、所定角度（α１＋α２）分だけ遅れて検知される。
この遅れは、伝達されるトルクの大きさに応じて変化し、トルクが大きくなるほど、遅れが大きくなる。
【００２０】
そうすると、センサ５から出力されるパルス信号とセンサ６から出力されるパルス信号との間に、歯３ａ、４ａの倒れに起因する位相差α、α’が生じることになる（図３参照）。そして、この位相差α、α’は、伝達されるトルクが大きくなるにつれて大きくなる（α＜α’）。
【００２１】
ここで、伝達されるトルクの大きさと、歯の傾きに起因する位相差との間には、一定の関係がある。実施の形態では、制御装置７の図示しない記憶手段に、実験により予め求めたトルクの大きさと位相差との関係を規定するデータ（マップデータ：図４の（ａ）参照）が記憶されている。
よって、歯３ａ、４ａの倒れに起因する位相差α、α’が検出されると、このマップを参照して、伝達されるトルクの大きさβ、β’（入力トルクの大きさ）が求められるようになっている。
【００２２】
次に、センサ６からのパルス信号に基づく、トルクの方向（伝達方向）の判定を説明する。
図５は、ヘリカルギア３、４間で伝達されるトルクの伝達方向とヘリカルギア３、４のスラスト方向への移動を説明する図である。この図では、歯３ａと歯４ａの噛み合い部分が、歯に沿って切断した断面で模式的に示されている。
図６は、ヘリカルギア３、４間で伝達されるトルクの伝達方向によるセンサ６の出力信号の変化を説明する図である。
【００２３】
実施の形態の場合、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でのトルクの伝達には、駆動源からギア軸１に入力されたトルク（回転駆動力）が、ギア軸２を介して車輪（駆動輪）に伝達される場合（以下、ドライブ時ともいう）と、車輪（駆動輪）からギア軸２に入力されたトルク（回転駆動力）が、ギア軸１を介して駆動源側に伝達される場合（以下、エンジンブレーキ時ともいう）と、がある。
【００２４】
外周の歯３ａ、４ａ同士を互いに噛合させたヘリカルギア３、４間でトルクの伝達が行われる場合、回転するヘリカルギア３、４には、回転軸Ｘ１、Ｘ２方向のスラスト力と、ヘリカルギア３、４を回転軸Ｘ１、Ｘ２に対して傾けようとする力と、が作用する。
そして、これら力の作用する方向は、トルクの伝達方向に応じて決まる。
【００２５】
そのため、例えばエンジンブレーキ時には、トルクの伝達により作用するこれらの力により、ヘリカルギア４の歯４ａがセンサ６から離れる方向に移動し、ドライブ時には、ヘリカルギア４の歯４ａがセンサ６に近づく方向に移動するというように、トルクの伝達方向に応じて、ヘリカルギア４の歯４ａとセンサ６との距離（ギャップ）が変化する。
【００２６】
よって、例えばドライブ時に図５の（ａ）に示す位置にあったヘリカルギア４が、エンジンブレーキ時に図５の（ｂ）に示すようにセンサ６から離れる方向に移動すると、図６に示すように、センサ６とヘリカルギア４との距離が大きくなった分だけ、センサ６からのパルス信号の振幅ｈ（ｈ１、ｈ２）が小さくなる。
【００２７】
実施の形態では、ドライブ時とエンジンブレーキ時とを区別するための閾値となる振幅（閾値振幅Ｔｈ１）が、制御装置７の図示しない記憶手段に記憶されている。
よって、センサ６から出力されたパルス信号の振幅ｈが、閾値振幅Ｔｈ１以上である場合には、駆動源からギア軸１に入力されたトルクがギア軸２側に伝達されている（ドライブ時）と判定される。一方、閾値振幅Ｔｈ１未満である場合には、変速機構側からギア軸２に入力されたトルクがギア軸１側に伝達されている（エンジンブレーキ時）と判定される。
【００２８】
以上の通り、実施の形態では、ヘリカルギア４の回転を検出するセンサ６を、ヘリカルギア４の側面に配置すると共に、センサ６のセンサ面を、ヘリカルギア４のスラスト方向（軸方向）からヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１に対向させ、制御装置７が、センサ６から出力されるパルス信号の振幅から、トルクの伝達方向に応じてスラスト方向（軸方向）に変位するヘリカルギア４と、センサ６との距離（ギャップ）を求めると共に、求めた距離（ギャップ）から、トルクの大きさと方向を検出する構成とした。
【００２９】
これにより、外周の歯同士を互いに噛合させて設けられたヘリカルギア３、４間で伝達されるトルクの検出に用いられていた従来のセンサの取付位置を変更するだけで、トルクの検出だけではなく、トルクの伝達方向まで判断できることになる。
すなわち、従来のセンサをそのまま利用して、センサの数を増やさずに、トルクの伝達方向を検出できるようになる。これにより、伝達方向を検出するための専用のセンサなどを別途設ける必要がないので、コストの上昇を抑えることができる。
【００３０】
さらに、自動変速機に入力されるトルクを瞬時に検出して、トルクダウン制御や油圧の最適化を行うことが可能になる。よって、自動変速機を搭載した車両の燃費の向上や、油圧の最適化による自動変速機のユニット耐久性の向上が期待できる。
さらに、ドライブ側とエンジンブレーキ側のトルクを識別できるので、ハイブリット自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）での回生効率の向上が期待できる。
【００３１】
また、センサ６の出力信号は、センサ６とヘリカルギア４との距離に対応する振幅のパルス信号であり、制御装置７がパルス信号の振幅に基づいてトルクの方向および大きさを検出する構成とした。
【００３２】
このように構成すると、センサの６出力信号を確認するだけで、自動変速機に入力されるトルクの方向および大きさを瞬時に検出することができるので、トルクダウン制御や油圧の最適化を行うことが可能になる。
【００３３】
さらに、制御装置７が、センサ５が出力するパルス信号と、センサ６が出力するパルス信号との位相差から、トルクの伝達により生じたヘリカルギア３とヘリカルギア４の回転の位相差を求め、求めた位相差から、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間で伝達されるトルクの大きさを検出する構成とし、位相差は、ヘリカルギア３の歯３ａとヘリカルギア４の歯４ａが、噛み合い部分において、伝達されるトルクの大きさに応じて、ヘリカルギア３、４の回転方向に傾くことで発生したものである構成とした。
【００３４】
これにより、センサ５が出力するパルス信号と、センサ６が出力するパルス信号とを比較するだけで、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間で伝達されるトルクの大きさを検出できる。
【００３５】
ここで、ヘリカルギア３、４は、歯数と径が同じヘリカルギアであり、他の歯車を介さずに、外周の歯３ａ、４ａ同士を互いに噛合させて設けられて、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間のトルクの伝達が直接行われるように構成した。
これにより、ヘリカルギア３、４は同じ回転速度で回転するので、センサ５、６から出力されるパルス信号を単純にそのまま比較するだけで位相差を求めることができる。
【００３６】
さらに、センサ６は、ヘリカルギア３の歯３ａとヘリカルギア４の歯４ａとの噛み合い部分から離れた位置で、検出対象のヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１に対向して設けられている構成とし、特に、センサ６が、回転中心軸Ｘ２を挟んで噛み合い部分の反対側となる位置に設けられている構成とした。
【００３７】
これにより、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａの倒れ、すなわちヘリカルギア３、４の間でトルクが伝達される際に生ずる歯３ａ、４ａの回転軸回りの周方向の倒れに起因する位相差を適切に検出できるので、トルクの検出精度を向上させることができる。
特に、センサ６が、回転中心軸Ｘ２を挟んで噛み合い部分の反対側となる位置に設けられていると、かかる位置では、ヘリカルギア３、４の間でトルクが伝達される際に、歯４ａの側面４ａ１とセンサ６とのギャップが大きく変化するので、トルクの伝達方向をより確実に検出できる。
【００３８】
実施の形態では、ヘリカルギア３、４の回転を検出するセンサ５、６のうちの一方のセンサ６を、ヘリカルギア４の側方に配置して、ヘリカルギア４のスラスト方向（直交方向）からヘリカルギア４の回転を検出するようにした場合を例示した。
ここで、センサ５、６のうちの少なくとも一方が、ヘリカルギアのスラスト方向から回転を検出するように配置されていれば、ヘリカルギア３、４の間で伝達されるトルクの大きさとその伝達方向を検出できる。
よって、センサ５とセンサ６の両方を、ヘリカルギアのスラスト方向から回転を検出するように配置しても良い。また、センサ５をヘリカルギアのスラスト方向から回転を検出するように配置すると共に、センサ６をヘリカルギアのラジアル方向から回転を検出するように配置しても良い。
【００３９】
実施の形態では、センサ５、６から出力されるパルス信号の位相差をそのまま用いて、入力トルクを求める場合を例示した。
ここで、ギアの経時的な摩耗などの位相差への影響を考慮して、パルス信号の位相差を補正するようにしても良い。
例えば、定常低トルクとなるクリープ走行時の推定トルクに基づいて、パルス信号の位相差を補正するようにしても良い。
【００４０】
具体的には、ヘリカルギアが経時的に摩耗や変形すると、摩耗や変形が生じていない場合の位相差との間にズレが生じる。そのため、パルス信号の位相差をそのままマップに当てはめると、求められるトルクが大きく／小さくなってしまう。
そこで、図７に示すように、定常低トルクとなるクリープ走行時の推定トルクを与える位相差αＢを記憶手段に記憶しておく。そして、実際に車両がクリープ走行をしている時のセンサ５、６から出力されるパルス信号の位相差αＡとの差Δα（αＢ−αＡ）を補正量として決定し、以降得られるパルス信号の位相差をこの補正量Δαで補正する。これにより、補正後の位相差を用いてマップを参照して、入力トルクを求めることで、ヘリカルギアの経時的に摩耗や変形による影響を緩和することができ、より正確なトルクを求めることができるようになる。
【００４１】
このように、トルク算出手段が、クリープ走行時の推定トルクを与える位相差と、クリープ走行時にセンサ５、６から出力されるパルス信号の位相差との差に基づいて、クリープ走行時以外のヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクの伝達が行われている際にセンサ５、６から出力されるパルス信号の位相差を補正し、補正後の位相差に基づいてトルクを算出する構成とした。
【００４２】
これにより、ヘリカルギアの経時的に摩耗や変形による影響を緩和することができ、より正確なトルクを求めることができるようになる。
【００４３】
なお、補正量（位相差αＡと位相差αＢとの差Δα）ごとに対応する複数のマップを記憶手段に記憶させておき、クリープ走行時に補正量が決定されると、以降補正量に応じて決まるマップに基づいて、トルクを求めるようにしても良い。
【００４４】
前記した実施の形態では、トルクが伝達される際のヘリカルギア４の移動方向（スラスト方向における移動方向）を、ヘリカルギア４の側方に配置したセンサ６とヘリカルギア４との距離Ｄ（Ｄ１、Ｄ２）に基づいて検出し、検出したヘリカルギア４の移動方向からトルクの伝達方向を検出する場合を例示した。
【００４５】
ここで、ヘリカルギア３、４の間でトルクが伝達される際には、前記したように、互いに噛合する歯３ａ、４ａ同士が伝達されるトルクの大きさに応じて傾くことで、ヘリカルギア３、４の間に位相差が生ずるので、この位相差に基づいて、トルクの伝達方向を特定するようにしても良い。
【００４６】
図８は、トルクが伝達される際に生ずるヘリカルギア３とヘリカルギア４の間の位相差を説明する図であって、（ａ）はドライブ時における位相差を、（ｂ）はエンジンブレーキ時における位相差を説明する図である。
【００４７】
図８に示すように、ドライブ時とエンジンブレーキ時とではトルクの伝達方向が異なり、ヘリカルギア３、４が回転する方向もトルクの伝達方向に応じて異なる。
そのため、例えばドライブ時には、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａが、それぞれ、本来の位置を基準として、角度α１、α２ずつ倒れ、センサ６では、歯３ａ、４ａが倒れたことに起因して、基準位置４１にある歯が、所定角度（α１＋α２）分だけ遅れて検知される（位相差Ａ）。
これに対してエンジンブレーキ時には、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａが、それぞれ、本来の位置を基準として、ドライブ時とは反対方向に角度α１’、α２’ずつ倒れ、センサ６では、歯３ａ、４ａが倒れたことに起因して、基準位置４１にある歯が、所定角度（α１’＋α２’）分だけ先に検知される（位相差Ｂ）。
【００４８】
よって、トルクの伝達方向に応じて、方向が異なる位相差Ａ、Ｂとなるので、基準位置にあるヘリカルギア４の歯４ａが、基準位置にあるヘリカルギア３の歯３ａよりも先に検出されるのか、それとも後に検出されるのかに基づいて、トルクの伝達方向を特定することが可能となる。このようにすることによっても、前記実施の形態の場合と同様に、トルクの大きさの検出だけではなく、トルクの伝達方向まで判断できることになる。
【００４９】
このように、ヘリカルギア３を検出対象歯車とするセンサ５（第１のセンサ）と、ヘリカルギア４を検出対象歯車とするセンサ６（第２のセンサ）と、ヘリカルギア３、４の間で伝達されるトルクを検出するトルク検出手段とを備え、
トルク検出手段が、ヘリカルギア３、４の噛み合い部分の歯３ａ、４ａの歯３ａ、４ａの傾きの大きさα１、α２、α１’、α２’を、センサ５、６の出力信号の位相差（α１＋α１’、α２＋α２’）から検出し、位相差の方向に基づいて、ヘリカルギア３、４の間で伝達されるトルクの方向を検出する構成とし、位相差は、ヘリカルギア３、４の噛み合い部分の歯３ａ、４ａが、伝達されるトルクの大きさに応じて、回転方向に傾くことにより発生したものである構成とした。
【００５０】
このように構成すると、センサ５、６の出力信号からヘリカルギア３、４の位相差を求めるだけで、伝達されるトルクの大きさと方向を検出できる。
特に、従来のセンサをそのまま利用して、センサの数を増やさずに、トルクの伝達方向を検出でき、専用のセンサなどを別途設ける必要がないので、コストの上昇を抑えることができる。
【００５１】
本発明の第２の実施形態を説明する。
図９は、第２の実施形態にかかるトルク検出システムの概略構成図である。
図１０は、トルク伝達による回転センサとヘリカルギアとのギャップと、回転センサの出力信号を説明する図である。
【００５２】
第２の実施形態では、自動変速機の動力伝達経路上で、外周の歯３ａ、４ａ同士を噛合させて隣接して設けられたヘリカルギア３とヘリカルギア４の側方に、ひとつのセンサ６Ａ（ギャップセンサ）が設けられている。
センサ６Ａは、ギア軸１、２に対して平行となる向きで、ヘリカルギア３の歯３ａとヘリカルギア４の歯４ａとの噛み合い部分の側方に配置されている。このセンサ６Ａは、ヘリカルギア３とヘリカルギア４のスラスト方向（直交方向）から、歯３ａと歯４ａとの噛み合い部分の側面３ａ１、４ａ１に、センサ面を対向させている。
【００５３】
そのため、ヘリカルギア３、４が回転して、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されると、センサ６Ａのセンサ面の正面を、歯３ａの側面３ａ１と歯４ａの側面４ａ１とが交互に通過するようになっている。
【００５４】
さらに、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されていないときには、ヘリカルギア３の歯３ａの側面３ａ１とセンサ６Ａとの距離と、ヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１とセンサ６Ａとの距離とが同じになるように、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の軸方向の位置が設定されている。
【００５５】
前記したように、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達される際には、ヘリカルギア３とヘリカルギア４とをそれぞれ回転軸（ギア軸１、ギア軸２）に対して傾けようとする力と、ヘリカルギア３とヘリカルギア４をスラスト方向に移動させようとする力が作用する。
【００５６】
ここで、トルクの伝達方向に応じてこれらの力が作用する向きが異なるので、図１０の（ａ）に示すように、トルクの伝達方向に応じて、歯３ａの側面３ａ１とセンサ６との距離Ｄ４と、歯４ａの側面４ａ１とセンサ６との距離Ｄ３とが変化する。
例えば、図１０の（ａ）に示す位置関係に歯３ａ、４ａとセンサ６Ａとがある場合、センサ６Ａから出力されるパルス信号は、歯３ａの側面３ａ１に起因する山ａと、歯４ａの側面４ａ１に起因する谷ｂとが交互に繰り返されるパルス信号１０となる。
なお、第２の実施形態では、センサ６Ａから離れた位置にある歯の側面が、パルス信号における山になるように、センサ６Ａの出力信号が処理されている。
【００５７】
ここで、山ａと谷ｂとの高さの差（Ｇａｐ）は、歯３ａの側面３ａ１と、歯４ａの側面４ａ１とのギャップ（Ｇａｐ）に応じて決まる。
実施の形態では、トルクが伝達される際に、ヘリカルギア３とヘリカルギア４とが互いに異なる方向（ギャップが広がる方向）に移動する。そのため、ヘリカルギア３とヘリカルギア４に作用する力が小さくて、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の変位量（移動量）が小さくても、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との相対的な移動量が大きくなるので、検出能（分解能）が向上して、トルクの検出精度が向上するようになっている。
【００５８】
第２の実施形態では、制御装置７が、パルス信号１０（図１０の（ｂ）参照）に基づいて、パルス信号の周期Ｔと、ヘリカルギア３、４とセンサ６Ａとの距離とを求める。そして、求めた周期Ｔと距離に基づいて、制御装置７の図示しない記憶手段に記憶されたマップを参照して、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の回転数（回転速度）と、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間で伝達されるトルクの大きさとが特定される。
【００５９】
次に、第２の実施形態の変形例を説明する。
図１１は、第２の実施形態の変形例の場合における、トルク伝達によるセンサ６Ａとヘリカルギア３、４とのギャップと、回転センサの出力信号を説明する図である。図１１の（ａ）は、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａ同士が噛合した部分の拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は、センサ６Ａが出力するパルス信号を説明する図であり、（ｄ）は、（ａ）における符号Ｂで囲んだ領域の拡大図である。
【００６０】
この変形例にかかるトルク検出システムでは、ヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１に凹部４２が設けられている。
凹部４２は、ヘリカルギア４の総ての歯４ａにおいて、センサ６Ａとの対向面（側面４ａ１）に設けられている。これら凹部４２は、ヘリカルギア４を側面から見て、ヘリカルギア４の回転中心（図示せず）を中心とした半径ｒの仮想円上に位置するように形成されている。さらに、これら凹部４２は、ヘリカルギア４の側面側から見た形状が、総て同じ形状（矩形形状）であり、凹部４２の深さＤ５（図１１の（ｄ）参照）も総て同じとなっている。
この変形例では、ヘリカルギア３からヘリカルギア４にトルクが伝達されているときに、出力側となるヘリカルギア４に凹部４２が設けられている。そして、このヘリカルギア４における凹部４２が設けられている面は、トルクが伝達されているときに倒れる側の面（変位が大きい側の面）に相当する。
【００６１】
ヘリカルギア３、４が、図１１の（ａ）に示す位置関係にある場合に、センサ６Ａから出力されるパルス信号を説明する。
ヘリカルギア３、４が回転して、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達される場合、センサ６Ａの正面を歯４ａの凹部４２が通過すると、凹部４２の深さＤ５の分だけ、センサ６Ａとの距離が変動する。
そのため、センサ６Ａから出力されるパルス信号では、歯３ａの側面に起因する山ａと、歯４ａの側面４ａ１に起因する谷ｂとが交互に繰り返されると共に、谷ｂの途中に、凹部４２に起因する小さい山ｃが出現する。よって、図１１の（ｃ）に示すようなパルス信号１０Ａが出力されることになる。
【００６２】
これにより、制御装置７が、パルス信号１０Ａ（図１１の（ｃ）参照）に基づいて、パルス信号の周期Ｔと、ヘリカルギア３、４とセンサ６Ａとの距離とを求める。そして、求めた周期Ｔと距離に基づいて、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の回転数（回転速度）と、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間で伝達されるトルクの大きさとが特定される。
【００６３】
さらに、パルス信号１０Ａにおいて、小さい山ｃが出現している山または谷が、ヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１に起因するものであることが判るので、センサ６Ａから出力されるパルス信号の山と谷が、何れのヘリカルギア３とヘリカルギア４の何れの歯３ａ、４ａの側面３ａ１、４ａ１に起因するものであるのかが特定できる。
【００６４】
実施の形態では、小さい山ｃが出現するパルス信号に基づいて、トルクの伝達方向を特定できるようになっている。
以下、トルクの伝達方向の特定を説明する。
【００６５】
図１２は、図１１の（ａ）に示す構成のヘリカルギア４が採用されている場合に、ドライブ時とエンジンブレーキ時にセンサ６Ａから出力されるパルス信号を説明する図である。
図１２の（ａ）は、駆動源側から入力された回転駆動力（トルク）が駆動輪側に伝達されるドライブ時のヘリカルギア３、４の位置関係と、センサ６Ａから出力されるパルス信号を示す図である。（ｂ）は、駆動輪側から入力された回転駆動力（トルク）が駆動源側に伝達されるエンジンブレーキ時のヘリカルギア３、４の位置関係と、センサ６Ａから出力されるパルス信号を示す図である。
図１３は、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されてないために、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の回転軸方向の位置が略同じになった場合のパルス信号を説明する図である。
【００６６】
なお、以下の説明は、ドライブ時には、ヘリカルギア３の歯３ａがセンサ６Ａから離れると共にヘリカルギア４の歯４ａがセンサ６Ａに近づき、エンジンブレーキ時には、ヘリカルギア３の歯３ａがセンサ６Ａに近づくと共にヘリカルギア４の歯４ａがセンサ６Ａから離れる場合（図１２参照）について説明をする。
【００６７】
図１２の（ａ）に示すように、ドライブ時には、センサ６Ａから出力されるパルス信号は、センサ６Ａからの距離が遠いほうの歯３ａの側面３ａ１に起因する山ａと、センサ６Ａに近いほうの歯４ａの側面４ａ１に起因する谷ｂとが交互に繰り返すパルス信号であって、谷ｂの途中に、歯４ａの凹部４２に起因する小さい山ｃが出現するパルス信号１０Ｂとなる。
【００６８】
一方、図１２の（ｂ）に示すように、エンジンブレーキ時には、センサ６Ａから出力されるパルス信号は、センサ６Ａからの距離が遠いほうの歯４ａの側面４ａ１に起因する山ｂと、センサ６Ａに近いほうの歯３ａの側面３ａ１に起因する谷ａとが交互に繰り返すパルス信号であって、山ｂの途中に、歯４ａの凹部４２に起因する小さい山ｃが出現するパルス信号１０Ｃとなる。
【００６９】
これにより、制御装置７では、パルス信号１０Ｂ、１０Ｃから求めたパル信号の周期Ｔと、ヘリカルギア３、４とセンサ６Ａとの距離に基づいて、回転数と伝達トルクの大きさとが特定される。
【００７０】
さらに、パルス信号１０Ｂ、１０Ｃにおいて、小さい山ｃが出現している山が、ヘリカルギア４の歯４ａの側面４ａ１に起因するものであることが判るので、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の何れが、センサ６Ａに近い位置にあるのかが特定できる。
前記したように、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の位置関係はトルクの伝達方向に応じて決まるので、制御装置７において、特定した位置関係に基づいてトルクの伝達方向を特定できることになる。
【００７１】
ちなみに、図１３に示すように、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されない場合、ヘリカルギア３とヘリカルギア４の回転軸方向の位置が略同じになる。
かかる場合には、歯３ａの側面３ａ１と歯４ａの側面４ａ１とのギャップ（Ｇａｐ）が略ゼロになるので、センサ６Ａから出力されるパルス信号１０Ｄでは、山と谷が明確に区別できなくなる。
しかし、このような場合であっても、歯４ａの凹部４２に起因する小さい山ｃが、パルス信号１０Ｄに出現する。
よって、かかる場合には、制御装置７において、小さい山ｃの周期Ｔに基づいて、ヘリカルギア３、４の回転数（回転速度）を求めることができるようになっている。
【００７２】
なお、上記の変形例では、ヘリカルギア４に凹部４２が設けられている場合を例に挙げて説明をしたが、凹部の変わりに凸部を設けるようにしても良い。このようにすることによっても、上記の変形例の場合と同様の作用効果が奏されることになる。
【００７３】
さらに、第２の実施形態およびその変形例では、ヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されていないときに、歯３ａの側面３ａ１とセンサ６Ａとのギャップ（距離）と、歯４ａの側面４ａ１とセンサ６Ａとのギャップ（距離）とが、同じとなるようにヘリカルギア３とヘリカルギア４とが設けられている。
しかし、トルクが伝達されていないときに、側面３ａ１とセンサ６Ａとのギャップと、側面４ａ１とセンサ６Ａとのギャップとが異なるように、ヘリカルギア３とヘリカルギア４とをスラスト方向（軸方向）にずらして配置するようにしても良い。このようにすると、少なくともドライブ時とエンジンブレーキ時の一方において、センサ６Ａから出力されるパルス信号のギャップが大きくなるので、かかる場合におけるトルクの検出精度を向上させることができる。
【００７４】
また、ヘリカルギア４に凹部または凸部を設けた場合には、例えばヘリカルギア３とヘリカルギア４との間でトルクが伝達されていないときにセンサ６Ａにより検出されるセンサと凹部または凸部とのギャップと、予め求めたトルクが伝達されていないときのギャップとの差を求めて、以降、この求めた差に基づいて、センサ６Ａにより検出されるギャップを補正するようにしても良い。このようにすると、トルクの検出精度を向上させることができる。
【００７５】
以上の通り、第２の実施形態およびその変形例では、入力側の歯車（ヘリカルギア３）から出力側の歯車（ヘリカルギア４）にトルクを伝達する場合に、ヘリカルギア３、４の歯３ａ、４ａの噛み合い部分の側方にセンサ６Ａを配置し、軸方向のスラスト力が働く歯車の歯の側面（歯３ａ、４ａの側面３ａ１、４ａ１）と歯車の変位量を測定するギャップセンサ（センサ６Ａ）を設け、歯の側面（３ａ１、４ａ１）とギャップセンサとの間の距離に基づいて、歯車（ヘリカルギア３、４）が伝達するトルクを検出すると共に、ギャップセンサが検出する距離の変動周期（Ｔ）に基づいて、歯車の回転速度を検出する構成のトルク検出装置とした。
【００７６】
このような構成にすると、ギャップセンサは、ひとつのセンサで、伝達されるトルクに応じて変化する歯車の側面の変位量を検出することができる。そして、その変位量に基づいて歯車が伝達するトルクを検出することができる。
【００７７】
また、ギャップセンサは、歯車の歯の側面とギャップセンサとの距離を検出するようにしているので、一方の歯車の側面が存在しない部分と、一方の歯車の歯の側面が存在する部分との距離は異なり、距離は歯車の回転と共に周期的に変化する。この周期的な変化に基づき、歯車の回転速度を検出することができる。つまり、ひとつのセンサで、歯車の伝達するトルクと、歯車の回転速度を検出することができる。
【００７８】
さらに、前記ギャップセンサは、入力側の歯車と出力側の歯車が噛み合う位置で、各歯車の側面の変位量を測定する構成とした。
【００７９】
このように構成すると、ギャップセンサは、伝達されるトルクに応じて作用するスラスト力によって、互いに逆方向に変位する歯車の側面と、ギャップセンサの距離を検出することができる。このように、互いに逆方向に変位する歯車の側面を測定することで、歯車が伝達するトルクが同じで、それに伴う歯車の変位量が同じであっても、ギャップセンサが検出する検出値を大きくすることができ、トルクの検出精度を向上することができる。
【００８０】
前記歯車の歯の側面であって、前記ギャップセンサと対向する側の側面には、凸部または凹部が形成されている構成とした。
【００８１】
このように構成すると、ギャップセンサは、互いの歯車の側面がトルクにより変位しなくても、歯車の回転による歯車の側面との距離が周期的に変化して、歯車の回転速度を検出することができる。また、歯車に形成した凸部または凹部と歯車の側面とのギャップに基づいて、歯車の側面の位置の変位量を補正することにより、変位量の検出精度を向上させることができる。
【００８２】
側面に凹部が形成される歯車は、出力側の歯車であり、かつ入力側から出力側へトルクが伝達されている状態で、歯車が倒れる側の面に凹部が形成されている構成とした。
【００８３】
このように構成すると、凸部を形成する場合に比べ、ギャップセンサと歯車との距離を近くに設定することができ、ギャップセンサの検出精度の向上と、センサの搭載性を向上させることができる。
【００８４】
なお、歯車は、ギャップセンサ側で、軸方向に対して、互いの歯車の側面がずれるように配置されている構成としても良い。
【００８５】
このように構成すると、歯車の側面に凸部や凹部を設けなくても、伝達トルクがない状態、すなわち、スラスト力が働かず、歯車の軸方向の変位がない状態でも、ギャップセンサの出力に歯の側面の位置ズレによる周期的な変位が表れるので、歯車の回転速度を検出することができる。
【００８６】
さらに、ギャップセンサは、一方の歯車の歯のみを検出する位置に配置した構成としても良い。
【００８７】
このように構成すると、歯の側面に凸部や凹部を設けなくても、歯の形状（歯と歯溝）のみで、歯車の回転速度を検出できる。
さらに、この場合において、トルクの受け渡し部分、すなわち歯車の歯と歯の噛み合い部分に近い部分に、ギャップセンサを配置することが好ましい。このように構成すると、歯の倒れ（歯の側面の位置変位量）が大きいところで、歯車の倒れ量を検出することができるので、他の部分で検出する場合に比べて、トルクの検出精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１    ギア軸（第１の回転軸）
２    ギア軸（第２の回転軸）
３    ヘリカルギア（入力側の歯車）
４    ヘリカルギア（出力側の歯車）
５    センサ（第１のセンサ）
６    センサ（第２のセンサ）
６Ａ  センサ
７    制御装置（トルク検出手段）
【図１】
0005464561.tif 000002
【図２】
0005464561.tif 000003
【図３】
0005464561.tif 000004
【図４】
0005464561.tif 000005
【図５】
0005464561.tif 000006
【図６】
0005464561.tif 000007
【図７】
0005464561.tif 000008
【図８】
0005464561.tif 000009
【図９】
0005464561.tif 000010
【図１０】
0005464561.tif 000011
【図１１】
0005464561.tif 000012
【図１２】
0005464561.tif 000013
【図１３】
0005464561.tif 000014