(57)【要約】【課題】  部品点数の増大を招くことなくトルクと回転数の両方を検出可能な回転状態検出装置を提供すること。【解決手段】  回転体に作用するトルクにより変形する部材の歪量に応じた電気信号を検出する電気信号検出手段と、電気信号検出手段により検出された電気信号の振幅から前記回転体に作用するトルクを算出すると共に、前記電気信号の変動周期に基づいて前記回転体の回転数を算出する回転状態検出手段と、を備えた。【選択図】        図５
2012202791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に作用するトルクに応じて変形する部材の歪量に応じた電気信号を出力する電気信号検出手段と、
該電気信号検出手段により検出された電気信号の振幅から前記回転体に作用するトルクを算出すると共に、前記電気信号の変動周期に基づいて前記回転体の回転数を算出する回転状態検出手段と、
を備えたことを特徴とする回転状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転状態検出装置において、
前記回転体は該回転軸と異なる径方向位置から入力されたトルクによって回転する部材であって、ころ軸受けを介して支持部材に回転可能に支持された回転体であり、
前記電気信号検出手段は、前記ころ軸受けのアウタレースに生じる歪を検出する歪ゲージであることを特徴とする回転状態検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転状態検出装置において、
前記歪ゲージは、前記回転体にトルクが入力される位置と、前記回転軸を介して対称位置に配置されていることを特徴とする回転状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の運動状態を検出する回転状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、回転体のトルクを検出する装置として、磁歪式のトルクセンサを備えた構成が開示されている。また、一般に、回転体に凹凸部材等を設け、この凹凸の変化によるソレノイド磁界の変化を検出することで、回転体の回転速度を検出する回転センサ等が知られている。これにより、回転体のトルクと回転数を検出することで回転状態を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７２４３０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に記載の技術では、トルクを検出しているのみであり、回転数は別途回転数センサを備えなければならず、部品点数の増加を招くという問題があった。
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、部品点数の増大を招くことなくトルクと回転数の両方を検出可能な回転状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、回転体に作用するトルクにより変形する部材の歪量に応じた電気信号を検出する電気信号検出手段と、電気信号検出手段により検出された電気信号の振幅から前記回転体に作用するトルクを算出すると共に、前記電気信号の変動周期に基づいて前記回転体の回転数を算出する回転状態検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、１つの電気信号からトルクと回転数の両情報を検出することが可能となり、トルクセンサと回転数センサを個別に設ける必要が無く、部品点数を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の回転状態検出装置が適用されたファイナルドライブ機構の拡大断面図である。
【図２】実施例１の回転状態検出装置が装着された自動変速機の概略構成を表す図である。
【図３】実施例１のベアリングの拡大部分断面図である。
【図４】実施例１のベアリングの拡大部分断面図である。
【図５】実施例１の電気信号の時間変化を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
図１は実施例１の回転状態検出装置が適用されたファイナルドライブ機構の拡大断面図である。このファイナルドライブ機構１６は、自動変速装置の出力部材となるリダクションギア３４に噛合されたファイナルギア３６と、ボルト４５によってカバー４６とともにファイナルギア３６に固定されたデフキャリア４１とを備えている。カバー４６はフランジ状に形成されており、小径の円筒部４６ａの外周面とケース４７（支持部材）との間に装着されたベアリング４８（ころ軸受け）によって回動自在に支持されている。ベアリング４８は、図４に示すとおり、円筒部４６ａに対して圧入固定されたインナレース４８ａと、テーパーローラ４８ｂと、ケース４７に対して固定されたアウタレース４８ｃと、テーパーローラ４８ｂの円周方向位置を規定する保持器４８ｄとを有する。アウタレース４８ｃには、切り欠き４８１ｃが形成され、内部に歪ゲージ６０が装着されている。
【０００９】
一方、デフキャリア４１は回転軸方向の先端側に小径の円筒部４１ａを有し、この円筒部４１ａの外周面とケース４７との間に装着されたベアリング４９によって回動自在に支持されている。デフキャリア４１には、これを回転軸に対して垂直方向内側に向かって貫通する軸部材５０が固定されており、これら軸部材５０には、ピニオンギア４２が回動自在に支持されている。そして、ファイナルギア３６，カバー４６，デフキャリア４１はドライブシャフト４４Ｌ，４４Ｒの軸を中心として一体となって回転するように構成されている。
【００１０】
上述のピニオンギア４２には、中空の円筒状に形成された左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの基端側に形成されたギア部４３ａが噛合されている。左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの中間部４３ｂの外周面は、それぞれカバー４６の円筒部４６ａ，デフキャリア４１の円筒部４１ａによって回動自在に支持されており、先端側の延設部４３ｃは、それぞれカバー４６の回転軸方向外側に向かって延設されている。左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの内周側の中空部４３ｄには、左右ドライブシャフト４４Ｌ，４４Ｒ（回転体）が挿着される嵌合部４３ｅ及び左右ドライブシャフト４４Ｌ，４４Ｒの抜け止めであるＣリング用の溝４３ｈが形成されている。また、左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの延設部４３ｃの内周面には、Ｏリング溝４３ｆが環状に形成されており、ここに、Ｏリング５１が装着されている。さらに、左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの中空部４３ｄの基端側には、キャップ部材５２が嵌合される抜け止め部４３ｇが形成されている。左右サイドギア４３Ｌ，４３Ｒの延設部４３ｃの外周には、延設部４３ｃとケース４７との間の液密性を維持するオイルシール５３と、このオイルシール５３をゴミやほこりから保護するダストカバー５４が設けられている。
【００１１】
図２は実施例１の回転状態検出装置が装着された自動変速機の概略構成を表す図である。自動変速機ユニット１は、エンジン等の動力源に接続されたプライマリプーリと、セカンダリプーリと、プライマリプーリの駆動力をセカンダリプーリに伝達するベルトと、セカンダリプーリの駆動力をファイナルドライブ機構１６に伝達するリダクションギアとを有する。自動変速機ユニット１内には、プライマリプーリが位置する第１回転軸Ｏ１と、セカンダリプーリが位置する第２回転軸Ｏ２と、リダクションギアが位置する第３回転軸Ｏ３と、ファイナルドライブ機構１６が位置する第４回転軸Ｏ４とが設けられている。言い換えると、ファイナルドライブ機構１６は、第４回転軸Ｏ４と異なる径方向位置にある第３回転軸Ｏ３側からトルクが入力され、これによって回転する部材であり、ベアリング４８を介してケース４７に回転可能に支持されている。
【００１２】
歪ゲージ６０は、アウタレース４８ｃの変形量に応じた電気信号を出力する。回転状態検出部１００は、歪ゲージ６０によって検出された電気信号からファイナルドライブ機構１６の回転数を検出する回転数検出部１０１と、ファイナルドライブ機構１６に作用するトルクを検出するトルク検出部１０２とを有する。尚、詳細については後述する。
【００１３】
ここで、リダクションギアが位置する第３回転軸Ｏ３とファイナルドライブ機構１６が位置する第４回転軸Ｏ４とを結ぶ線をＬ１と定義する。歪ゲージ６０は、アウタレース４８ｃの円周方向と線Ｌ１の交点上であって、第４回転軸Ｏ４を介して第３回転軸Ｏ３と反対側に設けられている。リダクションギア３４からファイナルギア３６にトルクが伝達されると、ファイナルギア３６の接線方向に作用する力と共に、第３回転軸Ｏ３と第４回転軸Ｏ４との間を離間させる方向の力が発生する。この力はベアリング４８を介してケース４７によって受け止められる。よって、図３に示すアウタレース４８ｃの切り欠き４８１ｃには最も大きな力が作用し、その力に応じて歪が発生する。よって、歪ゲージ６０をこの切り欠き４８１ｃの位置に配置することで、効果的に歪量を検出することができる。
【００１４】
図３，４は実施例１のベアリングの拡大部分断面図である。図３はベアリング４８を回転軸方向から見たときのＢ−Ｂ部分断面図であり、図４はベアリングを径方向から見たときのＡ−Ａ部分断面図である。リダクションギア３４からファイナルギア３６にトルクが入力されると、ファイナルドライブ機構１６が回転し始める。その回転に伴ってインナレース４８ａも同時に回転し、テーパーローラ４８ｂもケース部材４７に固定されたアウタレース４８ｃ内周を転がる。このとき、テーパーローラ４８ｂが切り欠き４８１ｃを通過する度にアウタレース４８ｃが変形し、歪が検出される。
【００１５】
図５は実施例１の電気信号の時間変化を表す図である。上述したように、テーパーローラ４８ｂが転がると、テーパーローラ４８ｂが歪ゲージ６０を通過する度に歪量が大きくなるため、図５に示すような正弦波が出力される。この正弦波の振幅が歪量に相当し、歪量はファイナルドライブ機構１６に作用するトルクと比例関係にある。よって、トルク検出部１０２では、検出された正弦波の振幅に所定の係数を掛け合わせることでトルクを検出する。
【００１６】
次に、回転数検出部１０１では、正弦波の上に凸の頂点間の時間ｔ１を計測する。言い換えると、電気信号の変動周期を検出する。テーパーローラ４８ｂ間の距離ａは、保持器４８ｄによって規制されているため回転数によらず一定である。よって、距離ａを計測された時間ｔ１で割ることによって回転数Ｖを算出する。具体的には、電気信号に所定のフィルタリング処理を施した後、前回の検出値と今回の検出値を比較し、今回値が前回値よりも大きい状態から小さい状態に切り換わったときは、前回値が正弦波の振幅に相当する値、すなわちトルク値として記憶する。同時に、タイマのカウントアップを開始し、次に今回値が前回値よりも大きい状態から小さい状態に切り換わったときは、タイマのカウント値を用いて回転数Ｖを検出すると共に、タイマをクリアして再度カウントアップを開始する。尚、所定期間、電気信号を時系列データとして保存し、保存されたデータからトルクや回転数を検出してもよい。この場合、データ解析に演算負荷がかかり、またメモリの容量も必要となる。
【００１７】
以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）ファイナルドライブ機構１６（回転体）に作用するトルクに応じて変形するアウタレース４８ｃ（部材）の歪量に応じた電気信号を出力する歪ゲージ６０（電気信号検出手段）と、トルク検出部１０２において、歪ゲージ６０により検出された電気信号の振幅からファイナルドライブ機構１６に作用するトルクを算出すると共に、回転数検出部１０１において、電気信号の変動周期に基づいてファイナルドライブ機構１６の回転数を算出する回転状態検出部１００（回転状態検出手段）と、を備えた。
よって、１つの電気信号からトルクと回転数の両情報を検出することが可能となり、トルクセンサと回転数センサを個別に設ける必要が無く、部品点数を抑制することができる。
【００１８】
（２）ファイナルドライブ機構１６は第３回転軸Ｏ３と異なる径方向位置から入力されたトルクによって回転する部材であって、ベアリング４８（ころ軸受け）を介してケース部材４７（支持部材）に回転可能に支持された回転体であり、歪ゲージ６０は、ベアリング４８のアウタレース４８ｃに生じる歪を検出する。
よって、１つの歪ゲージ６０によってテーパーローラ４８ｂが通過する際の周期を計測することが可能となり、部品点数を抑制することができる。
【００１９】
（３）歪ゲージ６０は、ファイナルドライブ機構１６にトルクが入力される位置と、第３回転軸Ｏ３を介して反対側に配置されている。よって、効率よく歪量の変化を検出することができる。
【００２０】
（他の実施例）
以上、本発明の回転状態検出装置を実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。本実施例においては、ベアリングのアウタレースに歪ゲージを１つだけ配置し、テーパーローラの移動に伴う歪量及び歪量変動周期に基づいて回転状態を検出した。これに対し、例えば、特開２００３−１７２４３０号公報に記載のような非接触磁歪型トルクセンサにおいて、円周方向に複数の磁性体が取り付けられているような場合には、１つ１つの磁性体によって変化する電気信号の変動周期を検出し、これに基づいて回転状態を検出するように構成してもよい。
【００２１】
また、実施例ではベアリングのアウタレース変形量に着目したが、ケース側の変形量に着目してもよい。また、アウタレースとケース部材との間に圧力検出素子等を設け、圧力変動を検出することで歪量を検出する構成としてもよい。
また、歪ゲージ６０を収装する切り欠きを円周方向の長孔形状として、１つの歪ゲージを用いた構成としたが、径方向から見て正方形や円形の切り欠きを設け、その中に歪ゲージを配置してもよい。また、切り欠きに限らず、アウタレースに凸部を形成し、ケース部材側に凹部を形成し、両凹凸を嵌め合わせ、その内部に歪ゲージを収装してもよい。
【００２２】
また、歪ゲージ６０を円周方向に配置することで歪量を検出したが、ハスバ歯車を採用している場合、ベアリングには径方向だけでなく、軸方向にもトルクに応じた力が発生する。よって、歪ゲージ６０を軸方向の力によって変形する部分に配置してもよい。特に、テーパーローラを採用している場合、顕著に軸方向の力に応じた歪量を得ることができる。
また、ころ軸受けとして、テーパーローラに限らず、ボールベアリングや、ニードルベアリングを採用してもよい。
また、歪ゲージの設置位置は、線Ｌ１上に限らず、効果的に歪量を検出できる位置であれば、他の円周方向位置に配置してもよい。また、１つに限らず、複数の歪ゲージや圧力検知素子等を配置してもよい。
【００２３】
実施例ではファイナルドライブ機構１６に作用するトルク及び回転数を検出する構成としたが、変速機入力軸を支持するベアリングに適用してもよい。この場合、変速機入力回転数と入力トルクを簡易な構成で検出することができる。また、変速機に限らず、動力源の回転体に適用してもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１６    ファイナルドライブ機構
３４    リダクションギア
３６    ファイナルギア
４１    デフキャリア
４４Ｌ，４４Ｒ    左右ドライブシャフト
４７    ケース部材（支持部材）
４８    ベアリング（ころ軸受け）
４８ａ    インナレース
４８ｂ    テーパーローラ
４８ｃ    アウタレース
４８ｄ    保持器
６０    歪ゲージ
１００    回転状態検出部
１０１    回転数検出部
１０２    トルク検出部
【図１】
2012202791.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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