(57)【要約】  接続体によって第二部材に結合された第一部材によって適用された力を測定するための方法及び装置であって、接続体上の第一位置から接続体上の第二位置へ接続体を通して周期的に繰り返すエネルギー波を伝送し、第一位置から第二位置までの周期的に繰り返すエネルギー波の通過時間を測定し、測定された通過時間を利用して力の測定値を生成することによって測定する。好ましい実施態様では、接続体は駆動シャフトを被駆動シャフトに固定しかつ駆動シャフトのトルク出力を測定する固定プレートである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程を含む、体に適用される力を測定する方法：
前記体上の第一位置から前記体上の第二位置までの前記体における伝送路を通って周期的に繰り返す音波を伝送する；
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る前記音波の通過時間を測定する；そして
前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成する。
【請求項２】
前記体は第一部材を第二部材に接続する接続体である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接続体は前記第一部材を前記第二部材に固定する固定プレートであり、前記接続体は前記伝送路を通る周期的に繰り返す音波の測定された通過時間が歪の測定値、従って前記固定プレートに適用された力の測定値を表すように前記固定プレートに適用された前記力によって歪まされる請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第一及び第二部材は測定された力が第一回転部材によって第二回転部材に適用されるトルクであるように前記固定プレートによる回転の共通軸のまわりに一緒に回転するために固定された第一及び第二回転部材である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記固定プレートは第一固定点で前記第一回転部材に、そして第二固定点で前記第二回転部材に固定され、固定プレートの前記伝送路は周期的に繰り返すエネルギー波の前記測定された通過時間が前記第一と第二固定点の間の前記伝送路における固定プレートの歪の測定値を表すように前記第一と第二固定点の間である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第二固定点は前記第一と第二固定点の間の固定プレートの区域が前記回転部材の回転方向に依存して拡張又は収縮されることによって変形されるように前記第一固定点から前記回転軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って前記第一固定点から離間される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記固定プレートはまた、第三固定点で前記第二回転部材に固定され、前記第三固定点は前記接線方向の線上であるが前記第一固定点に対して前記第二固定点とは反対の側上にあり、前記第一固定点から前記第二固定点と等間隔で離間され、かくして前記駆動シャフトの回転時に前記最初に述べた伝送路とは反対方向に変形される固定プレートにおける別の伝送路を前記第一と第三固定点の間に生成し；前記固定プレートの変形はまた、測定されて前記トルクの測定値を生成するように利用される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記固定プレートは前記駆動シャフトの回転時に変形を受ける固定プレートにおける前記第一及び第二伝送路を規定するスロット形成で形成される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記固定プレートは金属からなり、音波における反射を最小にするために遮音材料を充填されたスロットによって前記固定プレートに浮動自在に装着されたソケットに受容された金属固定手段によって前記第一及び第二回転部材に固定される請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
二つの回転部材は回転部材の回転軸のまわりで偏心的に等間隔で離間された複数の前記固定プレートによって一緒に結合される請求項５に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一回転部材は車両の駆動シャフトであり、前記第二回転部材は車両の被駆動シャフトである請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一位置から前記第二位置までの前記周期的に繰り返す音波の通過時間は下記工程によって測定される請求項１に記載の方法：
前記第二位置で受信した周期的に繰り返す音波における予め決められた基準点を検出する；
受信した波数が整数であるように各受信した音波の検出された基準点に従って周期的に繰り返す音波の伝送の周波数を連続的に変化する；そして
測定された周波数の変化を利用して前記第一位置から前記第二位置までの周期的に繰り返す音波の前記通過時間の測定値を生成する。
【請求項１３】
下記工程を含む、回転の共通軸に沿って駆動シャフトによって被駆動シャフトへ適用されたトルクを測定する方法：
少なくとも一つのトルクセンサープレートを前記回転の共通軸に対して偏心した第一固定点で前記シャフトの一方に、そして前記第一固定点から離間された第二固定点で前記シャフトの他方に固定することによって前記シャフトを一緒に結合する；
前記トルクセンサープレートの変形を前記第一と第二固定点の間のその区域において測定する；そして
前記測定された変形を利用して前記トルクの測定値を生成する；
但し、前記第二固定点は前記第一固定点から前記回転の軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って前記第一固定点から離間され、かくして前記第一と第二固定点の間のトルクセンサープレートの変形された区域が前記駆動シャフトの回転方向に依存して拡張又は収縮される。
【請求項１４】
前記トルクセンサープレートはまた、第三固定点で前記シャフトの前記他方に固定され、前記第三固定点は前記接線方向の線上にあるが前記第一固定点に対して前記第二固定点とは反対の側上にあり、前記第一固定点から前記第二固定点と等間隔で離間され、かくして前記駆動シャフトの回転時に前記最初に述べた区域とは反対方向に変形されるトルクセンサープレートの別の区域を前記第一と第三固定点の間に生成し；前記トルクセンサープレートの変形はまた、測定されて前記トルクの測定値を生成するように利用される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
二つのシャフトはシャフトの回転軸のまわりで偏心的に等間隔で離間された複数の前記トルクセンサープレートによって一緒に結合される請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一と第二固定点の間の区域における前記トルクセンサープレートの変形は下記工程によって測定される請求項１３に記載の方法：
前記区域の一方の側から前記区域の他方の側に向かって周期的に繰り返すエネルギー波を伝送する；
前記区域の他方の側で周期的に繰り返すエネルギー波を受信する；
受信した周期的に繰り返すエネルギー波における予め決められた基準点を検出する；
受信した波数が整数であるように各受信した波の検出された基準点に従って周期的に繰り返すエネルギー波の伝送の周波数を連続的に変化する；
周波数の変化を測定する；そして
測定された周波数の変化を利用して前記第一と第二固定点の間の前記区域におけるトルクセンサープレートの変形の測定値、従って前記トルクの測定値を生成する。
【請求項１７】
前記トルクセンサープレートが金属からなり、音波における反射を最小にするために遮音材料を充填された前記トルクセンサープレートに浮動自在に装着されたソケットに受容された金属固定手段によって前記第一及び第二回転部材に固定される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記駆動シャフトは車両のエンジンの出力シャフトである請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
下記のものを含む、体に適用される力を測定するための装置：
周期的に繰り返す音波を前記体中の伝送路を通って前記体上の第二位置に伝送するための前記体上の第一位置の送信機；
前記周期的に繰り返す音波を受信するための前記体上の前記第二位置の受信機；及び
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る周期的に繰り返す音波の通過時間を測定し、前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成するための電気的システム。
【請求項２０】
前記体は第一部材を第二部材に接続する接続体である請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記接続体は前記第一部材を前記第二部材に固定する固定プレートであり、前記接続体は前記伝送路を通る周期的に繰り返す音波の測定された通過時間が歪の測定値、従って前記固定プレートに適用された力の測定値を表すように前記固定プレートに適用された前記力によって歪まされる請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第一及び第二部材は測定された力が第一回転部材によって第二回転部材に適用されるトルクであるように前記固定プレートによる回転の共通軸のまわりに一緒に回転するために固定された第一及び第二回転部材である請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記固定プレートは第一固定点で前記第一回転部材に、そして第二固定点で前記第二回転部材に固定され、固定プレートの前記伝送路は周期的に繰り返すエネルギー波の前記測定された通過時間が前記第一と第二固定点の間の前記伝送路における固定プレートの歪の測定値を表すように前記第一と第二固定点の間である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第二固定点は前記第一と第二固定点の間の固定プレートの変形された区域が前記回転部材の回転方向に依存して拡張又は収縮されるように前記第一固定点から前記回転軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って前記第一固定点から離間される請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記固定プレートはまた、第三固定点で前記第二回転部材に固定され、前記第三固定点は前記接線方向の線上であるが前記第一固定点に対して前記第二固定点とは反対の側上にあり、前記第一固定点から前記第二固定点と等間隔で離間され、かくして前記駆動シャフトの回転時に前記最初に述べた伝送路とは反対方向に変形される固定プレートにおける別の伝送路を前記第一と第三固定点の間に生成し；前記固定プレートの変形はまた、測定されて前記トルクの測定値を生成するように利用される請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記固定プレートは前記駆動シャフトの回転時に変形を受ける固定プレートにおける前記第一及び第二伝送路を規定するスロット形成で形成される請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記固定プレートは金属からなり、音波における反射を最小にするために遮音材料を充填されたスロットによって前記固定プレートに浮動自在に装着されたソケットに受容された金属固定手段によって前記第一及び第二回転部材に固定される請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
二つの回転部材は回転部材の回転軸のまわりで偏心的に等間隔で離間された複数の前記回転部材固定プレートによって一緒に結合される請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記第一回転部材は車両の駆動シャフトであり、前記第二回転部材は車両の被駆動シャフトである請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記電気システムは下記工程によって前記通過時間を測定する請求項１９に記載の装置：
前記第二位置で受信した周期的に繰り返す音波における予め決められた基準点を検出する；
受信した波数が整数であるように各受信した音波の検出された基準点に従って周期的に繰り返す音波の伝送の周波数を連続的に変化する；そして
測定された周波数の変化を利用して前記第一位置から前記第二位置までの周期的に繰り返す音波の前記通過時間の測定値を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力、特にトルクを測定するための方法及び装置に関する。本発明は車両の出力トルク及び／又は自動車において遭遇される他の力を測定するのに特に有用である。それゆえ本発明はかかる用途に対して以下に記載されるが、本発明が同様に多くの他の用途に使用されることができることが認識されるだろう。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンの瞬間的な出力トルクは車両のエンジンの効率を高めるために、エンジンに供給される燃料及び／又は燃料の点火を制御するために使用されることができる。それはまた、エンジンのオーバーホールが必要かもしれないという兆候を与えるために使用されることができる。多くのトルク測定装置はこれらの目的のために使用されている。しかしながら、トルク測定の精度を高めること、回転数又は温度変化に対するトルク測定の感度を低下すること、及び／又は存在する車両中へうまく導入してそこの過酷な環境条件に耐えうる簡単でコンパクトな構成を与えることに対する努力は継続的になされている。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は特に自動車の上述の用途に使用されるときに上述の一つ以上の点で利点を有する、トルク及び他の力を測定するための方法及び装置を提供することである。
【０００４】
本発明の一つの広い側面によれば、下記工程を含む、体に適用される力を測定する方法が提供される：
前記体上の第一位置から前記体上の第二位置までの前記体における伝送路を通って周期的に繰り返す音波を伝送する；
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る前記音波の通過時間を測定する；そして
前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成する。
【０００５】
以下に記載される本発明の好ましい実施態様では、体は第一部材を第二部材に接続する接続体である。特に、接続体は第一部材を第二部材に固定する固定プレートであり、接続体は伝送路を通る周期的に繰り返す音波の測定された通過時間が歪の測定値、従って固定プレートに適用された力の測定値を表すように固定プレートに適用された力によって歪まされる。
【０００６】
本発明の別の側面によれば、下記工程を含む、回転の共通軸に沿って駆動シャフトによって被駆動シャフトへ適用されたトルクを測定する方法が提供される：
少なくとも一つのトルクセンサープレートを回転の共通軸に対して偏心した第一固定点でシャフトの一方に、そして第一固定点から離間された第二固定点でシャフトの他方に固定することによってシャフトを一緒に結合する；
トルクセンサープレートの変形を第一と第二固定点の間のその区域において測定する；そして
測定された変形を利用してトルクの測定値を生成する；
但し、第二固定点は第一固定点から回転の軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って第一固定点から離間され、かくして第一と第二固定点の間のトルクセンサープレートの変形された区域が駆動シャフトの回転方向に依存して拡張又は収縮される。
【０００７】
さらに重要な特徴によれば、トルクセンサープレートはまた、第三固定点で前記シャフトの他方に固定され、第三固定点は接線方向の線上にあるが第一固定点に対して第二固定点とは反対の側上にあり、第一固定点から第二固定点と等間隔で離間され、かくして駆動シャフトの回転時に最初に述べた区域とは反対方向に変形されるトルクセンサープレートの別の区域を第一と第三固定点の間に生成し；トルクセンサープレートの変形はまた、測定されてトルクの測定値を生成するように利用される。
【０００８】
本発明の他の側面は上記方法に従ってトルク又は他の力を測定するための装置を提供する。
【０００９】
特に以下に記載されるように、前記特徴を含む方法及び装置は高い精度を有しかつ回転数及び温度変化に対して比較的反応しないトルクの測定を実現する。さらに、方法は比較的簡単でコンパクトな構成を有しかつ存在する車両中へうまく導入してそこの過酷な環境条件に耐えうる装置で実現されうる。
【００１０】
接続部材（例えばトルクセンサープレート）の変形の測定が本願の譲受人に譲渡された２００３年９月１６日の米国特許第６６２１２７８号に記載された高精度測定システムに従って実施されるときに特に良好な結果が得られる。但し、例えば通常の歪ゲージの使用によって他の変形測定システムを使用できることが認識されるだろう。
【００１１】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の記載から明らかであろう。
【００１２】
図面の簡単な記述
本発明は添付図面を参照して例示としてここに記載される。
図１は本発明に従って構成されたトルク測定装置を示す分解した三次元図であるが、その中の三つのトルクセンサープレートの一つだけを示す。
図２は図１のトルク測定装置をその三つのトルクセンサープレートとともに概略的に示す端面図である。
図３は図１の一つのトルクセンサープレートを示す拡大欠切断面図であり、それが図１に示されたような駆動及び被駆動シャフトに結合されている態様で示す。
図４は図１及び３のトルクセンサープレートの拡大図であり、それはトルクセンサープレートによって感知されるトルクを測定するための電気システムに接続されている。
図５は図４の電気的測定システムを示すブロック図である。
図６は図４に示されたトルクセンサープレートにおける変形を示す。
【００１３】
前述の図面及び以下の記載は主に本発明の概念的な側面及び現在好ましい実施態様と考えられているものを含むその様々な可能な実施態様を容易に理解する目的のために与えられることは理解されるべきである。明確さ及び簡潔さのため、当業者が決まりきった技術及び設計を使用して記載された発明を理解及び実践するために必要とされる以上に詳細を与える試みはなされていない。さらに、記載された実施態様が例示だけを目的とすること、そして本発明がここに記載された以外の形態及び用途で具体化されうることは理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面のうち図１〜５はエンジンのトルクの連続的な測定値を生成するために自動車で実現される本発明による新規なトルク測定方法及び装置を示す。図示された実行では、トルク測定はエンジン出力シャフトに接続されたフライホイールとエンジンギアボックスに接続されたクラッチ板との間の結合で実施される。この接続は典型的には、三つの固定ボルトによってフライホイールをクラッチ板にそれらの外周で固定することによってなされる。従って、エンジンからの機械的エネルギーはこれらの三つのボルトによってフライホイール及びクラッチ板を介して伝達される。各ボルトは全剪断力Ｆ＝Ｍ／Ｒ（式中、「Ｍ」はボルトに適用される力であり、「Ｒ」は板の回転軸とボルト軸の間の距離である）を負荷される。エンジントルクは三つのボルトに適用される全部の力（３Ｆ）である。
【００１５】
図１〜５に示された本発明の実施態様では、これらのボルトの負荷はエンジンの出力トルクの測定値を与えるために感知される。
【００１６】
従って、図１は駆動シャフト３を介してエンジンに接続されたフライホイール２と、被駆動シャフト５及びギアボックス（図示せず）を介する負荷に接続されたクラッチ板４との間の結合を示す。この結合は上述の三つの固定ボルトによって実施され、それらのうちの一つは６で示される。各固定ボルト６はフライホイール板２における開口７を貫通し、クラッチ板４に固定された螺合部材９中にねじ込まれる。
【００１７】
本発明によれば、トルクセンサープレートとして作用する、一般に１０で示される固定プレートは各ボルトを介して伝達されるトルクを感知するような方法で各固定ボルト６によってフライホイール板２及びクラッチ板４に結合される。図１はボルト６のための一つだけのかかるトルクセンサープレート１０を示すが、各々が固定ボルト６ａ，６ｂ，６ｃによってそれぞれ固定された、図２で１０ａ，１０ｂ及び１０ｃで概略的に示されるような三つのかかるトルクセンサープレートがあることが認識されるだろう。
【００１８】
各トルクセンサープレート１０は図４で最も良好に見られるように平坦な細長い形状を有する。それはその中央区域で最も幅広く、その二つの端区域に向かって幅を減少する。その中央区域は上述のようにフライホイール板２をクラッチ板４に固定する固定ボルト６を受けるための中央開口１１を伴って形成される。その二つの端区域は開口１２，１３を伴って形成される。後者の開口の各々は別の固定ボルト１４，１５を受け、それらのボルトはフライホイール板２だけに整合された開口を貫通する。ボルト１４，１５はトルクセンサープレート１０の反対端をフライホイール板２に固定するためにロッキングリング１６，１７及びナット１８，１９（図１及び３）を受ける。
【００１９】
特に図３に示されているように、そのそれぞれのトルクセンサープレート１０の中央を貫通する各固定ボルト６はシャフト３及び５によって規定される二つの板の回転の共通軸に対して偏心した第一固定点でトルクセンサープレートをクラッチ板４に固定するために作用することがわかるだろう。また、それぞれのトルクセンサープレート１０の端開口１２，１３を貫通する他の二つの固定ボルト１４，１５は固定ボルト６の第一固定点の反対側上に等間隔で離間された第二及び第三固定点のそれぞれでトルクセンサープレートをフライホイール板２に固定するために作用することがわかるだろう。従って、フライホイール板２によってクラッチ板４に伝達されたトルクは以下に特に記載されるように各トルクセンサープレート１０を伝達されたトルクに相当する歪又は変形に供するだろう。
【００２０】
図２は全ての三つのトルクセンサープレートが図１の単一のトルクセンサープレート１０に対して上記の方法でフライホイール板２をクラッチ板４に結合するために適用されるときの図１の組立体を示す。図２では、図１のプレート１０にそれぞれ対応する三つのトルクセンサープレートはそれぞれ１０ａ，１０ｂ及び１０ｃとして識別され、図１のボルト６，１４及び１５に相当するそれらの三つの固定ボルトはそれぞれ６ａ−６ｃ，１４ａ−１４ｃ及び１５ａ−１５ｃとして識別される。
【００２１】
特に図２に示されるように、三つのトルクセンサープレート１０ａ，１０ｂ，１０ｃの各々は三つのボルト６ａ，６ｂ，６ｃによって実施される第一固定点が二つのシャフト３，５の共通の回転軸ＲＡに対して偏心するように装着される。さらに、ボルト１４ａ−１４ｃ及び１５ａ−１５ｃのそれぞれによって実施される第二及び第三固定点の各々はそれぞれのボルト６ａ，６ｃのそれぞれの第一固定点を通過する接線方向の線上、即ちそれぞれの第一固定点から二つのシャフトの回転軸ＲＡまでの半径方向の線ＲＬに実質的に垂直な線上である。従って、フライホイール板２のシャフトの回転中、力は図２に矢印Ａ−Ｃでそれぞれ示されるように三つのボルト６ａ−６ｃの各々によって接線方向に三つのトルクセンサープレート１０ａ−１０ｃに適用されるだろう。三つのボルト６ａ−６ｃの各々によって適用されたかかる接線方向の力は第一固定点（ボルト６ａ−６ｃ）と第二固定点（ボルト１４ａ−１４ｃ）の間でそれぞれのトルクセンサープレート１０ａ−１０ｃの区域の収縮を生成し、その反対側、即ち第一固定点（ボルト６ａ−６ｃ）と第三固定点（ボルト１５ａ−１５ｃ）の間でトルクセンサープレートの区域の拡張を生成するだろう。
【００２２】
各トルクセンサープレート１０の収縮及び拡張された区域は特に図４に見られる。示されているように、各トルクセンサープレート１０は上記三つの固定点の間のトルクセンサープレートの区域の収縮及び拡張を増大するために一般に２０で示されるスロット形成を伴って形成される。スロット形成２０は中央開口１１と一方の端開口１２の間に第一対の平行なスロット２１，２２を含み、中央開口１１と他方の端開口１３の間に第二対の平行なスロット２３，２４を含む。従って、スロット２１，２２は開口１１と１２の間の第一の変形可能な区域２５を規定し、スロット２３，２４は開口１１と１３の間に第二の変形可能な区域２６を規定する。二つの区域２５，２６はそれらのそれぞれの固定ボルト６に適用された力に従って二つの板２，４の回転中に反対方向に変形されること、即ちこれらの区域の一方が収縮されると他方が等しい量で長くされることがわかるだろう。
【００２３】
各トルクセンサープレート１０に形成されたスロット形成２０はスロット対２１，２２及び２３，２４に対してそれぞれ９０°に位置される二つのさらなる対の平行スロット３１，３２及び３３，３４を含む。従って、変形可能な区域３５はスロット対３１，３２によって規定され、別の変形可能な区域３６はスロット対３３，３４によって規定される。しかしながら、トルクセンサープレートの区域２５及び２６は収縮又は伸長によって変形可能であり、区域３５及び３６は曲げによって変形可能である。従って、センサー区域３５及び３６における曲げはセンサー区域２５，２６における収縮又は伸長を増大する。
【００２４】
センサー区域２５，２６における収縮又は伸長は図４に示された追加のスロット、即ち平行なスロット２１−２４の外部端のそれぞれに形成された外方に延びる端スロット３７−４０、及び二対のスロット２１−２４を二対のスロット３１−３４と相互接続する接続スロット４１−４４によってさらに増大される。
【００２５】
従って、各トルクセンサープレート１０の区域２５及び２６の収縮又は伸長はフライホイール板２からクラッチ板４へそれぞれのトルクセンサープレート１０を介して伝達されるトルクによって生成されたそれぞれの中央固定ボルト上の力に相当することがわかるだろう。センサー区域２５，２６の収縮又は伸張は通常の歪ゲージによって測定されてもよい。しかしながら、特に良好な結果はかかる変形が比較的小さい変形であっても極めて高い精度を達成することができる上で引用した米国特許第６６２１２７８号に記載された電気測定システムによって測定されるときに得られる。
【００２６】
かかる電気測定システムは図４のボックス５０によって概略的に示され、特に図５に示される。大ざっぱに言うと、トルクセンサープレート１０の区域２５，２６の各々における変形は、周期的に繰り返すエネルギー波をそれぞれの区域の一方の側から他方の側に向かって伝送し、受信した波数が整数であるように周期的に繰り返すエネルギー波の伝送の周波数を連続的に変化し、周波数の変化を測定し、測定された周波数の変化を利用してそれぞれのセンサー区域２５，２６の変形の測定値を生成することによって測定される。
【００２７】
従って、かかる測定値はエンジントルクによって生成されるそれぞれのトルクセンサープレートの固定ボルト６上の力からなるだろう。従って、全エンジントルク、即ちフライホイール板２とクラッチ板４の間で伝達される全トルクは三つの固定ボルト６ａ−６ｃによって二つの板を一緒に結合する三つのトルクセンサープレート１０ａ，１０ｂ及び１０ｃによって伝達されるトルクの合計であるだろう。
【００２８】
図４に示されるように、各トルクセンサープレート１０はその変形可能な区域２５の一方の側で第一送信機５１を与えられ、その変形可能な区域２５の反対側で第一受信機５２を与えられ、その変形可能な区域２６の一方の側で第二送信機５３を与えられ、その変形可能な区域２６の反対側で第二受信機５４を与えられる。記載された好ましい実施態様では、二つの送信機及び受信機はともに周期的に繰り返す音波を送信及び受信するための音波タイプのものである。
【００２９】
トルクセンサープレート１０ａ−１０ｃのセンサー区域２５及び２６の伸長及び収縮を測定するための図４のブロック５０内に示される電気測定システムは特に図５に示される。簡単のため、図５はトルクセンサープレート１０ａ−１０ｃの一つのセンサー区域２５の伸張又は収縮を測定するための送信機５１及び受信機５２で作動される電気システムの回路だけを示す。しかしながら、システムはまた、それぞれのトルクセンサープレートのセンサー区域２６の伸張又は収縮を感知するための送信機５３及び受信機５４で作動される同様の回路、並びにフライホイール板２からクラッチ板４へのトルクの伝達時に他の二つのトルクセンサープレートで生じる収縮及び拡張を感知するための同様の回路を含むことが認識されるだろう。
【００３０】
従って、図５に示されているように、電気測定システム５０は送信機からの音波が受信機５２によって受信されるまでスイッチＳＷを介して送信機５１を最初に駆動するための発振器５５を含む。いったんかかる音波が受信機５２によって受信されると、スイッチＳＷが開放され、従って受信機５２によって受信された信号がその後送信機５１の伝送の周波数を制御するために使用される。
【００３１】
図５に示されるように、受信機５２によって受信された信号はその入力５６ａを介して比較器５６に供給される。比較器５６は受信した信号の予め決められた基準又は参照点を検出するように予め決められたバイアスに接続された第二入力５６ｂを含む。図５に示された例では、この予め決められた基準点は受信した信号の「０」クロスオーバー点であり、それゆえ入力５６ｂはゼロバイアスである。他の参照点は受信した信号の前縁、最大ピーク、又は最小ピークの如き基準点として使用されることができる。
【００３２】
比較器５６の出力は増幅器５７に供給され、それは受信機５３によって受信した信号における各基準点（「０」クロスオーバー点）のために出力波又は信号の生成を引き起こす。増幅器５７からの信号はＯＲゲートを介して送信機５２に供給される。ＯＲゲート５８はまた、スイッチＳＷが閉じられるとき発振器５５から出力を受ける。
【００３３】
スイッチＳＷは送信機５２が増幅器５７からＯＲゲート５８を介して信号の連続流れを受信するときに開放される。スイッチＳＷが開放されるとき、送信機５２は増幅器５７を制御するために比較器５６によって検出されかつ受信機５３によって受信された信号における基準点によって決定された周波数で送信するだろう。従って、送信機５２による送信の周波数は送信機５１から送信されかつ受信機５２によって受信される周期的に繰り返すエネルギー波の波数が整数であるようなものであるだろう。
【００３４】
従って、送信機５２の周波数がセンサー区域２５の伸長又は収縮によって生じるような、送信機５２と受信機５３の間の距離の変化を伴って変化している間、送信機５２から送信された信号の波数は整数のままであることがわかるだろう。これは上で説明したように、送信機５２の送信が受信機５３によって受信される信号の基準点（「０」クロスオーバー点）によって制御されるためである。送信機５２による周波数のこの変化は送信機と受信機の間の波数を整数に維持しながら送信機と受信機の間の距離の正確な決定を行うことを可能にする。即ち、下記のように知られている：
Ｆ＝Ｃ／λ
式中、Ｆ及びＣはそれぞれ、各媒体における周期的に繰り返すエネルギー波の周波数及び速度であり、λは波長である。
【００３５】
送信機５２の周波数を制御するために使用される、比較器５６において検出される「０」クロスオーバー点はまた、「Ｎ」回カウントされるためにカウンタ６０に与えられ、出力はクロック６２によって制御された別のカウンタ６１に与えられる。カウンタ６１は測定された伸長及び収縮に従ってエンジントルクの計算を行うマイクロプロセッサ６３、及びマイクロプロセッサの出力を表示するディスプレイ６４に出力を生成する。
【００３６】
マイクロプロセッサ６３の出力は測定されたトルクを表す。それは燃料のエンジンへの供給又は燃料の点火を制御するために６５で示されるように制御信号として適用されてもよい。それはエンジントルク出力、エンジン状態（例えば修理又はオーバーホールの必要性）、又はエンジントルク出力に関する他の情報又は制御の連続的表示を与えるために使用されてもよい。
【００３７】
図５に示された測定システムに関するさらなる詳細は上で引用した米国特許第６６２１２７８号において入手可能であり、その内容は参考としてここに組み入れられる。トルクセンサープレートにおける上記変形を測定するためのかかる測定システムを使用することは極めて高い精度のトルク測定値を生成することが見出された。それゆえかかる測定システムは好ましいが、トルクセンサープレートにおける変形を測定するための他の電気測定システム、例えば従来の歪ゲージを使用してもよい。
【００３８】
また、一つの区域において伸張を受け、別の区域において相補的な収縮を受けるトルクセンサーを使用することは、トルクの高精度な測定値だけでなく、温度又は角速度変数に比較的敏感でない測定値を生成することが見出された。従って、温度の影響は拡張信号と収縮信号の間において同じであり、それゆえ一方の信号を他方の信号から減算することは温度の影響を除去する。さらに、記載された好ましい実施態様では、感知される力は半径方向の力よりむしろ回転軸に対して接線方向の力であるので、生成される出力信号は回転速度によって比較的影響されず、それは半径方向（遠心）力を生成する。
【００３９】
記載されたトルクセンサーのさらなる利点はそれが存在する車両のトランスミッションシステムに都合良く組み込まれかつ過酷な環境に耐えうる簡単かつコンパクトな構成を与えることである。
【００４０】
トルクセンサープレートは記載された車両の実施態様では比較的小さい伸長及び収縮を生成する金属であることが好ましいが、他の実施態様ではそれらは良好な超音波伝導性を有しかつより大きな伸長及び収縮を生成するプラスチック又は弾性材料からなってもよい。センサープレート１０ａ−１０ｃの各々の伸長及び収縮は全トルクの正確な測定値を生成するために上記のように独立して測定されてもよい。あるいは、一つだけのセンサープレートの伸長及び収縮を実際に測定してもよく、かかる測定によって表されるトルクに対してかかるプレートの数（３）を掛けて全トルクの近似値を得てもよい。センサーの出力はスリップリング、ワイヤレス送信機などを介して電気測定システムに与えられてもよい。
【００４１】
図６はそこでは一般に１０で示されるトルクセンサープレートの変更例を示す。トルクセンサープレート１１０はまた、金属から作られ、図４の開口１１，１２及び１３に対応する１１１，１１２及び１１３で示される三つの固定開口で形成される。しかしながら、この場合において、各開口は一連のウェブ１１１ｃによって中断された円形スロット（例えば１１１ｂ）によってセンサープレートの残りに浮動可能に装着されたソケット１１１ａ，１１２ａ，１１３ａによって規定される。全てのスロット１１１ｂ、及び開口１１２及び１１３に対して形成された対応するスロットは遮音材料、好ましくはエポキシ樹脂で充填され、それはセンサープレートに生成される音波反射を吸収する傾向を有する。
【００４２】
図６に示されたセンサープレート１１０では、そこで１２５及び１２６で示された音波伝送路（図４の伝送路２５及び２６のそれぞれに相当）はまた、図４のスロット４１−４４のそれぞれに相当する複数のスロット１４１−１４４によって規定される。しかしながら、この場合において、スロットは狭い伝送路１２５，１２６、及びトルクセンサープレートの中央部分を外周部分に装着する狭いウェブ１３５，１３６を生成するようにずっと幅広い。
【００４３】
図４に関して上で記載したように、伝送路１２５，１２６の各々は図４の送信機及び受信機５１−５４に相当する要素１５１−１５４によって示されるようにその対向端に送信機及び受信機を含む。
【００４４】
全ての他の点で、図６に示されたトルクセンサープレート１１０は実質的に同じ構成を有し、図１〜５に対して上で記載されたトルクセンサープレート１０と実質的に同じ方法で操作する。
【００４５】
本発明はその特定の実施態様と結合して記載されたが、多くの代替例、変更例及び修正例が当業者に明らかであることは明白である。例えば、本発明は他の力、例えば重量などを感知又は測定するための方法及び装置で実施されてもよく、ボルトなどの他の形の接続部材に適用された力を感知してもよい。従って、添付の特許請求の範囲の精神及び広い範囲内にあるかかる代替例、変更例及び修正例の全てを包含することを意図される。この明細書に述べた全ての出版物、特許、特許出願は、あたかも各個々の出版物、特許、特許出願が参照としてここに組み入れられることを特別にかつ個々に示されているのと同程度に明細書に全体を参照として組み入れられる。さらに、この出願の参照における引用又は識別はかかる参照が本発明の従来技術として利用可能であるという承認として見なすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に従って構成されたトルク測定装置を示す分解した三次元図である。
【図２】図１のトルク測定装置をその三つのトルクセンサープレートとともに概略的に示す端面図である。
【図３】図１の一つのトルクセンサープレートを示す拡大欠切断面図である。
【図４】図１及び３のトルクセンサープレートの拡大図である。
【図５】図４の電気的測定システムを示すブロック図である。
【図６】図４に示されたトルクセンサープレートにおける変形を示す。
【図１】
2007517213.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月1日(2006.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程を含む、接続体を介して第一部材によって第二部材に適用される力を測定する方法：
前記接続体上の第一位置から前記接続体上の第二位置までの前記接続体における伝送路を通って周期的に繰り返す音波を伝送する；
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る前記音波の通過時間を測定する；そして
前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成する。
【請求項２】
前記接続体は前記第一部材を前記第二部材に固定する固定プレートであり、前記第一及び第二部材は測定された力が第一回転部材によって第二回転部材に適用されるトルクであるように前記固定プレートによる回転の共通軸のまわりに一緒に回転するために固定された第一及び第二回転部材である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固定プレートは第一固定点で前記第一回転部材に、そして第二固定点で前記第二回転部材に固定され、固定プレートの前記伝送路は周期的に繰り返すエネルギー波の前記測定された通過時間が前記第一と第二固定点の間の前記伝送路における固定プレートの歪の測定値を表すように前記第一と第二固定点の間である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二固定点は前記第一と第二固定点の間の固定プレートの区域が前記回転部材の回転方向に依存して拡張又は収縮されることによって変形されるように前記第一固定点から前記回転軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って前記第一固定点から離間される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記固定プレートはまた、第三固定点で前記第二回転部材に固定され、前記第三固定点は前記接線方向の線上であるが前記第一固定点に対して前記第二固定点とは反対の側上にあり、前記第一固定点から前記第二固定点と等間隔で離間され、かくして前記駆動シャフトの回転時に前記最初に述べた伝送路とは反対方向に変形される固定プレートにおける別の伝送路を前記第一と第三固定点の間に生成し；前記固定プレートの変形はまた、測定されて前記トルクの測定値を生成するように利用される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記固定プレートは前記駆動シャフトの回転時に変形を受ける固定プレートにおける前記第一及び第二伝送路を規定するスロット形成で形成される請求項５に記載の方法。
【請求項７】
二つの回転部材は回転部材の回転軸のまわりで偏心的に等間隔で離間された複数の前記固定プレートによって一緒に結合される請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記第一回転部材は車両の駆動シャフトであり、前記第二回転部材は車両の被駆動シャフトである請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第一位置から前記第二位置までの前記周期的に繰り返す音波の通過時間は下記工程によって測定される請求項１に記載の方法：
前記第二位置で受信した周期的に繰り返す音波における予め決められた基準点を検出する；
受信した波数が整数であるように各受信した音波の検出された基準点に従って周期的に繰り返す音波の伝送の周波数を連続的に変化する；そして
測定された周波数の変化を利用して前記第一位置から前記第二位置までの周期的に繰り返す音波の前記通過時間の測定値を生成する。
【請求項１０】
下記のものを含む、接続体を介して第一部材によって第二部材に適用される力を測定するための装置：
周期的に繰り返す音波を前記接続体の伝送路を通って前記接続体上の第二位置に伝送するための前記接続体上の第一位置の送信機；
前記周期的に繰り返す音波を受信するための前記接続体上の前記第二位置の受信機；及び
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る周期的に繰り返す音波の通過時間を測定し、前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成するための電気的システム。
【請求項１１】
前記接続体は前記第一部材を前記第二部材に固定する固定プレートであり、前記第一及び第二部材は測定された力が第一回転部材によって第二回転部材に適用されるトルクであるように前記固定プレートによる回転の共通軸のまわりに一緒に回転するために固定された第一及び第二回転部材である請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記固定プレートは第一固定点で前記第一回転部材に、そして第二固定点で前記第二回転部材に固定され、固定プレートの前記伝送路は周期的に繰り返すエネルギー波の前記測定された通過時間が前記第一と第二固定点の間の前記伝送路における固定プレートの歪の測定値を表すように前記第一と第二固定点の間である請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第二固定点は前記第一と第二固定点の間の固定プレートの変形された区域が前記回転部材の回転方向に依存して拡張又は収縮されるように前記第一固定点から前記回転軸までの半径方向の線に実質的に垂直な接線方向の線に沿って前記第一固定点から離間される請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記固定プレートはまた、第三固定点で前記第二回転部材に固定され、前記第三固定点は前記接線方向の線上であるが前記第一固定点に対して前記第二固定点とは反対の側上にあり、前記第一固定点から前記第二固定点と等間隔で離間され、かくして前記駆動シャフトの回転時に前記最初に述べた伝送路とは反対方向に変形される固定プレートにおける別の伝送路を前記第一と第三固定点の間に生成し；前記固定プレートの変形はまた、測定されて前記トルクの測定値を生成するように利用される請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記固定プレートは前記駆動シャフトの回転時に変形を受ける固定プレートにおける前記第一及び第二伝送路を規定するスロット形成で形成される請求項１４に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の一つの広い側面によれば、下記工程を含む、接続体を介して第一部材によって第二部材に適用される力を測定する方法が提供される：
前記接続体上の第一位置から前記接続体上の第二位置までの前記接続体における伝送路を通って周期的に繰り返す音波を伝送する；
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る前記音波の通過時間を測定する；そして
前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
以下に記載される本発明の好ましい実施態様では、接続体は第一部材を第二部材に固定する固定プレートであり、二つの部材は測定された力が第一回転部材によって第二回転部材に適用されたトルクであるように固定プレートによって回転軸のまわりに一緒に回転するために固定された回転部材である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のさらなる側面によれば、下記のものを含む、接続体を介して第一部材によって第二部材に適用される力を測定するための装置が提供される：
周期的に繰り返す音波を前記接続体の伝送路を通って前記接続体上の第二位置に伝送するための前記接続体上の第一位置の送信機；
前記周期的に繰り返す音波を受信するための前記接続体上の前記第二位置の受信機；及び
前記第一位置から前記第二位置までの前記伝送路を通る周期的に繰り返す音波の通過時間を測定し、前記測定された通過時間を利用して前記力の測定値を生成するための電気的システム。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の他の側面は上記方法に従ってトルク又は他の力を測定するための装置を提供する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本発明はその特定の実施態様と結合して記載されたが、多くの代替例、変更例及び修正例が当業者に明らかであることは明白である。例えば、本発明は他の力、例えば重量などを感知又は測定するための方法及び装置で実施されてもよく、ボルトなどの他の形の接続部材に適用された力を感知してもよい。
【国際調査報告】
2007517213.tif 000008
2007517213.tif 000009
2007517213.tif 000010