JP6520059B2 - トルク測定装置付回転伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用自動変速機等の回転機械装置に組み込まれて、回転部材の伝達するトルクや回転速度等を測定する為に使用する磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置に関する。

自動車用自動変速機を構成する軸の回転速度と、この軸により伝達しているトルクの大きさとを測定し、その測定結果を当該変速機の変速制御又はエンジンの出力制御を行う為の情報として利用する事が、従来から行われている。又、トルクの大きさを測定する為に利用可能な装置として従来から、軸の弾性的な捩れ変形量を１対のセンサの出力信号の位相差に変換し、この位相差に基づいてトルクの大きさを測定する装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。この様な従来構造に就いて、図６を参照しつつ説明する。

図６に示した従来構造の場合、運転時にトルクを伝達する回転部材であるトルク伝達軸１の軸方向２箇所位置に、１対のエンコーダ２、２を外嵌固定している。これら両エンコーダ２、２の外周面である被検出面の磁気特性は、周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化している。又、これら両被検出面の磁気特性が周方向に関して変化するピッチは、これら両被検出面同士で互いに等しくなっている。又、これら両被検出面に、１対のセンサ３、３の検出部を対向させた状態で、これら両センサ３、３を、図示しないハウジングに支持している。これら両センサ３、３は、それぞれ自身の検出部を対向させた部分の磁気特性の変化に対応して、その出力信号を変化させるものである。

上述の様な前記両センサ３、３の出力信号は、前記トルク伝達軸１と共に前記両エンコーダ２、２が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。この変化の周波数（及び周期）は、前記トルク伝達軸１の回転速度に見合った値をとる。この為、この周波数（又は周期）に基づいて、この回転速度を求められる。又、前記トルク伝達軸１によりトルクを伝達する事に伴って、このトルク伝達軸１が弾性的に捩れ変形すると、前記両エンコーダ２、２が回転方向に相対変位する。この結果、前記両センサ３、３の出力信号同士の間の位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。又、この位相差比は、前記トルク（前記トルク伝達軸１の弾性的な捩れ変形量）に見合った値をとる。この為、この位相差比に基づいて、前記トルクを求められる。

上述の様な従来構造を構成するエンコーダ２とセンサ３との組み合わせとして、具体的には、図７に示す様な、エンコーダ２ａとセンサ３ａとの組み合わせを使用する事ができる。このうちのエンコーダ２ａは、磁性金属板から造られた断面クランク形で円環状の支持環４と、この支持環４の外周面に固定された、円筒状の永久磁石製のエンコーダ本体５とから成る。このエンコーダ本体５の外周面である着磁面６には、Ｓ極とＮ極とが、周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置（着磁成形）されている。周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界は、前記着磁面６の幅方向である軸方向（図７の左右方向）と平行な直線状になっている。この様なエンコーダ２ａは、前記トルク伝達軸１に前記支持環４を外嵌固定する事により、このトルク伝達軸１に支持される。又、前記センサ３ａは、ホール素子、ＭＲ素子等の磁気検出素子から成る磁気検出部７を備える。この様なセンサ３ａは、この磁気検出部７を前記着磁面６に対し、この着磁面６の法線方向である径方向（図７の上下方向）に対向させた状態で、図示しないハウジングに支持される。この状態で、前記トルク伝達軸１と共に前記エンコーダ２ａが回転すると、前記センサ３ａの磁気検出部７の近傍を、このエンコーダ２ａの着磁面６に設けられたＮ極とＳ極とが交互に通過する。この結果、これらＮ極及びＳ極から出入りして前記磁気検出部７を通過する磁束の向き及び大きさが周期的に変化し（この磁気検出部７が検出する磁束密度が周期的に変化し）、これに伴って、前記センサ３ａの出力信号が周期的に変化する。

又、前記トルク伝達軸１は、運転時に発生する振動に基づいて軸方向に変位する他、軸方向一部分にはすば歯車が固定されている場合には、トルクを伝達する際に、このはすば歯車と、相手歯車である別のはすば歯車との噛合部に作用する反力のうち、アキシアル方向（軸方向）の分力（アキシアル荷重）に基づいて、軸方向に変位する。又、これに伴って、前記トルク伝達軸１に支持された前記各エンコーダ２、２ａも、前記各センサ３、３ａに対して軸方向に不可避的に変位する。又、前記エンコーダ２、２ａと、前記センサ３、３ａとの軸方向位置は、取付誤差や寸法誤差によっても、設計値からずれる可能性がある。

上述の様な事情に鑑み、前記図６に示した様な従来構造を実施する場合で、上述の様なエンコーダ２ａとセンサ３ａとの組み合わせを使用する場合には、前記回転速度や前記トルクの測定に関する信頼性の向上を図る観点より、工夫すべき点がある。この点に就いて、以下に説明する。

前記エンコーダ２ａの場合、前記着磁面６に対し径方向に一定の間隔をあけて配置された前記センサ３ａの磁気検出部７により検出される磁束密度（着磁面６に存在するＮ極から出てＳ極に入る磁束の密度）は、図８の上部に示す様に、前記着磁面６の幅方向（軸方向、図８の左右方向）に関する中間部の領域αでは、ほぼ一定となるが、この幅方向に関する両端部の領域βでは、両端縁に向かうに従って低下する。この理由は、前記着磁面６の幅方向両端部から外れた部分（幅方向外側）には磁束の発生源が存在しない為、前記領域βを通過する磁束の本数が、両端縁に向かうに従って少なくなる為である。従って、運転時に前記トルク伝達軸１に支持された前記エンコーダ２ａが前記センサ３ａに対して軸方向に変位する等により、このセンサ３ａの磁気検出部７が前記領域αから前記領域βにはみ出した（移動した）場合に、この磁気検出部７が検出する磁束密度が大幅に低下する可能性がある。この様な場合には、前記センサ３ａが十分に大きな信号を出力せず、ジッタの影響が大きくなる為、この信号を利用した前記回転速度及び前記トルクの測定に関する信頼性が低くなる可能性がある。

特開平１−２５４８２６号公報 特開昭６３−８２３３０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、回転部材の回転速度や伝達するトルク等の測定に関する信頼性の向上を図るべく、運転時にセンサの磁気検出部が検出する磁束密度が大幅に低下するのを防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトルク測定装置付回転伝達装置に組み込まれる磁気検出装置は、エンコーダと、センサとを備える。
このうちのエンコーダは、使用時に回転する回転部材に支持され、この回転部材と同心の着磁面を備えると共に、この着磁面にＳ極とＮ極とを周方向に関して交互に配置されている。
又、前記センサは、磁気検出部を備えると共に、この磁気検出部を前記着磁面に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持される。
特に、前記磁気検出装置の場合には、前記着磁面は、幅方向中間部を、使用時に前記磁気検出部が対向し得る対向部とすると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部を、使用時に前記磁気検出部が対向し得ない非対向部としている。そして、これら各非対向部の幅寸法をそれぞれ０．５ｍｍ以上としている。
尚、前記対向部とは、使用時に於ける変形や寸法誤差に基づいて、前記エンコーダと前記センサとが前記着磁面の幅方向に相対変位した場合にも、前記磁気検出部が対向し得る範囲をいい、具体的には、３．０ｍｍ以上の幅寸法とする。

本発明を実施する場合に、好ましくは、前記各非対向部の幅寸法をそれぞれ１．３５ｍｍ以上とする。
但し、本発明を実施する場合に、好ましくは、前記エンコーダが徒に大型化するのを防止する観点より、前記各非対向部の幅寸法をそれぞれ３．０ｍｍ以下（より好ましくは、２．５ｍｍ以下、更に好ましくは２．０ｍｍ以下）とする。

このような磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置を実施する場合には、実施の一態様として例えば、前記回転部材を、使用時に回転しつつトルクを伝達するものとする。
又、前記エンコーダと前記センサとを、２つずつ設ける。
又、前記回転部材のうち、伝達するトルクに応じた分だけ回転方向に相対変位する２つの部位のうちの一方の部位に、前記２つのエンコーダのうちの一方のエンコーダを、これら２つの部位のうちの他方の部位に、これら２つのエンコーダのうちの他方のエンコーダを、それぞれ支持する。
又、前記一方のエンコーダの着磁面に、前記２つのセンサのうちの一方のセンサを構成する磁気検出部を、前記他方のエンコーダの着磁面に、これら２つのセンサのうちの他方のセンサを構成する磁気検出部を、それぞれ対向させる。
そして、この様な態様を採用する事によって、演算器により、前記両センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、前記トルクを算出する。

具体的には、本発明とは異なるが、トルク測定装置付回転伝達装置の第１の態様では、ハウジングと、回転部材と、内軸と、転がり軸受と、２つのエンコーダと、センサユニットとを備える。
前記回転部材は、使用時に回転しつつトルクを伝達する筒状のものである。
前記内軸は、前記回転部材の内径側に配置され、軸方向一端部を前記回転部材の軸方向一端部に相対回転不能に連結すると共に、軸方向他端部を前記回転部材の軸方向他端開口から軸方向他側に突出させている。
前記転がり軸受は、前記ハウジングに内嵌固定された外輪と、前記回転部材の軸方向他側部に外嵌固定された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを有する。
前記２つのエンコーダのそれぞれは、前記回転部材と同心の着磁面を有すると共に、この着磁面にＳ極とＮ極とを周方向に関して交互に配置されている。
前記２つのエンコーダのうちの一方のエンコーダは、前記回転部材の軸方向他側部に直接又は前記内輪を介して間接的に支持されている。
前記２つのエンコーダのうちの他方のエンコーダは、前記内軸の軸方向他端部に支持されている。
前記センサユニットは、それぞれが磁気検出部を有する２つのセンサと、これら２つのセンサを保持したホルダと、このホルダから引き出された、前記２つのセンサの出力信号を送信する１本のハーネスとを含んで構成され、前記２つのセンサのうちの一方のセンサの磁気検出部を前記一方のエンコーダの着磁面に対向させると共に、前記２つのセンサのうちの他方のセンサの磁気検出部を前記他方のエンコーダの着磁面に対向させた状態で、前記ホルダが前記外輪に支持されている。
前記２つのエンコーダのそれぞれの着磁面は、幅方向中間部が、使用時に前記磁気検出部が対向し得る対向部になっていると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部が、使用時に前記磁気検出部が対向し得ない非対向部になっており、これら各非対向部の幅寸法がそれぞれ０．５ｍｍ以上である。
又、前記２つのセンサの出力信号同士の位相差に基づき、前記回転部材に加わるトルクを測定可能である。

又は、別の態様として、前記エンコーダの着磁面に第一被検出部と第二被検出部とを、この着磁面の幅方向に関して複列に設けると共に、この幅方向に対する、周方向に隣り合う前記Ｓ極と前記Ｎ極との境界の傾斜方向を含めた傾斜角度を、前記第一、第二両被検出部同士で互いに異ならせる。
又、前記センサを２つ設ける。
又、前記第一被検出部に、前記両センサのうちの一方のセンサの磁気検出部を、前記第二被検出部に、これら両センサのうちの他方のセンサの磁気検出部を、それぞれ対向させる。
そして、この様な態様を採用する事によって、演算器により、前記両センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて、前記回転部材により伝達するトルク、又は、この回転部材に作用する、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント等の測定対象量を算出する。

具体的には、本発明である、トルク測定装置付回転伝達装置の第２の態様では、ハウジングと、回転部材と、転がり軸受と、エンコーダと、センサユニットとを備える。
前記回転部材は、使用時に回転しつつトルクを伝達する。
前記転がり軸受は、前記ハウジングに内嵌固定された外輪と、前記回転部材の軸方向他側部に外嵌固定された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを有する。
前記エンコーダは、前記回転部材に直接又は前記内輪を介して間接的に支持され、この回転部材と同心の着磁面を有し、この着磁面にＳ極とＮ極とが周方向に関して交互に配置されていると共に、周方向に隣り合う前記Ｓ極と前記Ｎ極との境界が前記着磁面の幅方向に対して傾斜し、且つ、この傾斜の方向が前記着磁面の幅方向片半部と幅方向他半部とで互いに逆である。
前記センサユニットは、それぞれが磁気検出部を有する２つのセンサと、これら２つのセンサを保持したホルダと、このホルダから引き出された、前記２つのセンサの出力信号を送信する１本のハーネスとを含んで構成され、前記２つのセンサのうちの一方のセンサの磁気検出部を前記着磁面の幅方向片半部に対向させると共に、前記２つのセンサのうちの他方のセンサの磁気検出部を前記着磁面の幅方向他半部に対向させた状態で、前記ホルダが前記外輪に支持されている。
前記着磁面は、幅方向中間部が、使用時に前記２つのセンサの磁気検出部が対向し得る対向部になっていると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部が、使用時に前記２つのセンサの磁気検出部が対向し得ない非対向部になっており、これら各非対向部の幅寸法がそれぞれ０．５ｍｍ以上である。
又、前記２つのセンサの出力信号同士の位相差に基づき、前記回転部材に加わるトルクを測定可能である。

上述の様に構成する本発明の磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置によれば、センサの出力信号を利用した、回転部材の回転速度や伝達するトルク等の測定に関する信頼性の向上を図れる。
即ち、後述する実施例で実験結果を示す様に、本発明の場合、エンコーダの着磁面に対し一定の間隔をあけて配置されたセンサの磁気検出部が検出する磁束密度（この着磁面に存在するＮ極から出てＳ極に入る磁束の密度）は、この着磁面の幅方向に関する中間部では、ほぼ一定の大きさとなるが、エンコーダの幅寸法に関係なく、その両側部分（幅寸法が１．３５ｍｍの部分）では、両端縁に向かうに従って低下する。特に、これら両側部分のうち、両端縁に近い両端部（幅寸法が０．５ｍｍの部分）では、前記センサの磁気検出部により検出される磁束密度が、上述した中間部で検出されるほぼ一定の磁束密度に比べて大幅に低下する。
これに対し、本発明の場合には、前記着磁面のうち、幅方向中間部を、使用時に前記磁気検出部が対向し得る対向部とすると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部を、使用時に前記磁気検出部が対向し得ない非対向部とし、これら各非対向部の幅寸法をそれぞれ０．５ｍｍ以上としている。この為、使用時に、前記エンコーダと前記センサとの前記着磁面の幅方向に関する相対変位に拘わらず、前記磁気検出部により検出される磁束密度が大幅に低下する事を防止できる。この結果、前記回転速度や前記トルク等の測定に関する信頼性の向上を図れる。
更に、本発明を実施する場合、前記各非対向部の幅寸法をそれぞれ１．３５ｍｍ以上とすれば、使用時に前記磁気検出部により検出される磁束密度が低下する事を実質的に防止できる（検出される磁束密度の大きさをほぼ一定にできる）。この結果、前記回転速度や前記トルク等の測定に関する信頼性の向上を十分に図れる。

本発明に関連する参考例の第１例に関する、磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置の断面模式図。 同じく、エンコーダの断面形状と、着磁面の着磁パターンと、磁束密度の分布状態とを示す図。 本発明の実施の形態の第１例に関する、図１に相当する図。 同じく、エンコーダ本体を取り出して示す斜視図。 本発明の効果を確認する為に行った実験の結果を示す線図。 従来構造の１例を示す略側面図。 この従来構造の１例を構成する為に使用可能なエンコーダとセンサとの組み合わせの１例を示す部分断面図。 このエンコーダの断面形状と、着磁面の着磁パターンと、磁束密度の分布状態とを示す図。

［参考例の第１例］
図１〜２により、本発明に関連する参考例の第１例に就いて説明する。
本参考例の磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置は、例えば自動車用の自動変速機に組み込んで使用する。この様なトルク測定装置付回転伝達装置は、図示しないハウジング（ミッションケース）と、ベルト式ＣＶＴ等のインプットシャフト（又はカウンタシャフト）として機能する中空状（中空筒状）の回転部材であるトルク伝達軸８と、転がり軸受９と、出力歯車１０と、内軸１１と、第一エンコーダ１２と、第二エンコーダ１３と、１個のセンサユニット１４とを備える。

前記トルク伝達軸８は、炭素鋼の如き合金鋼により中空円筒状に造られたもので、軸方向一端部（図１の右端部）外周面に、トルクの入力部であるスプライン部（雄スプライン部）１５が形成されている。このスプライン部１５には、図示しないクラッチ、筒型軸継手、フランジ型軸継手、流体継手（トルクコンバータを含む）等の動力継手がスプライン係合され、前記トルク伝達軸８と同軸上に配置されたエンジンやモータ等の動力源の回転軸と接続されている。或いは、前記スプライン部１５に、図示しない入力歯車をスプライン係合し、前記トルク伝達軸８とは同軸上に存在しない動力源の回転軸と接続する事も可能である。又、このトルク伝達軸８の軸方向他端寄り部分（図１の左端寄り部分）は、前記ハウジングに対し、前記転がり軸受９により回転自在に支持されている。従って、本参考例の場合には、前記トルク伝達軸８は、片持ち式の支持構造となる。

前記転がり軸受９は、例えば深溝型、アンギュラ型等の玉軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、ラジアルニードル軸受、自動調心ころ軸受等であり、それぞれが円環状の外輪及び内輪と、複数個の転動体とから構成されている。このうちの外輪は、前記ハウジングに内嵌固定されており、前記内輪は、前記トルク伝達軸８の軸方向他端寄り部分に外嵌固定されている。前記各転動体は、前記外輪の内周面に形成された外輪軌道と、前記内輪の外周面に形成された内輪軌道との間に、保持器により保持された状態で、転動自在に設けられている。又、前記転がり軸受９は、前記ハウジングと前記トルク伝達軸８との間に組み付けられた状態で、必要に応じて、予圧（初期設定予圧）が付与されている。

前記出力歯車１０は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車又は平歯車であり、前記トルク伝達軸８の軸方向中間部に、このトルク伝達軸８と一体に形成（固定）されている。尚、前記出力歯車１０を、このトルク伝達軸８とは別体として、このトルク伝達軸８の軸方向中間部外周面に外嵌固定する事もできる。この場合には、例えば、この嵌合部を、同心性を確保する為の円筒面嵌合部と、相対回転を防止する為のインボリュートスプライン係合部とを、軸方向に隣接配置した構成を採用できる。又、前記出力歯車１０がはすば歯車である場合には、前記トルク伝達軸８によりトルクを伝達する際に、このトルク伝達軸８は、前記出力歯車１０と、図示しない相手歯車である別のはすば歯車との噛合部に作用する反力のうち、アキシアル方向（軸方向）の分力（アキシアル荷重）に基づき、アキシアル方向に変位する。

前記内軸１１は、炭素鋼の如き合金鋼又は合成樹脂により略円柱状（又は円管状）に造られたもので、前記トルク伝達軸８の内径側に、このトルク伝達軸８と同心に配置されている。又、前記内軸１１は、その軸方向一端部（図１の右端部）を、このトルク伝達軸８の軸方向一端部に相対回転不能に連結すると共に、その軸方向他端部（図１の左端部）を、前記トルク伝達軸８の軸方向他端開口から軸方向他側に突出させている。図示の構造の場合には、前記内軸１１の軸方向一端部を、前記トルク伝達軸８の軸方向一端部に相対回転不能に連結する為に、この内軸１１の軸方向一端部に設けた大径部１６の外周面と、このトルク伝達軸８の軸方向一端部内周面とを、相対回転不能に締り嵌めにより嵌合固定している。尚、これら両周面同士を、相対回転不能に連結する為に、例えばインボリュートスプラインやキーによる係合を採用する事もできる。又、本参考例の場合には、前記内軸１１のうち、前記大径部１６から軸方向に外れた部分の外周面と、前記トルク伝達軸８の内周面との間部分には、軸方向全長且つ全周に亙って、隙間（微小隙間）が設けられている。この間部分には、潤滑油を充満させて、フィルムダンパとして機能させる事もできる。

前記第一エンコーダ１２は、前記転がり軸受９を構成する内輪に支持固定されている。言い換えれば、この第一エンコーダ１２は、この転がり軸受９を構成する内輪を介して、前記トルク伝達軸８の軸方向他端寄り部分に間接的に支持されている。この為、前記第一エンコーダ１２は、このトルク伝達軸８の軸方向他端寄り部分と共に（同期して）回転可能である。これに対し、前記第二エンコーダ１３は、前記内軸１１のうちで、前記トルク伝達軸８の軸方向他端開口から軸方向他側に突出した部分（軸方向他端部）に外嵌固定されている。言い換えれば、前記第二エンコーダ１３は、前記内軸１１を介して、前記トルク伝達軸８の軸方向一端部に間接的に支持されている。この為、前記第二エンコーダ１３は、このトルク伝達軸８の軸方向一端部と共に（同期して）回転可能である。

又、前記第一、第二両エンコーダ１２、１３は、前記転がり軸受９を構成する内輪又は前記内軸１１の軸方向他端部に支持固定される、磁性金属板から造られた断面クランク形で円環状の支持環１７、１８と、これら各支持環１７、１８の外周面に固定された、円筒状の永久磁石製のエンコーダ本体１９、２０とから成る。尚、これらエンコーダ本体１９、２０中に含有する磁性粉としては、例えば、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト等のフェライト系の磁性粉や、サマリウム−鉄、サマリウム−コバルト、ネオジウム−鉄−ボロン等の希土類元素の磁性粉を採用できる。そして、前記第一エンコーダ１２を構成するエンコーダ本体１９の外周面を、着磁面である第一被検出部２１とし、又、前記第二エンコーダ１３を構成するエンコーダ本体２０の外周面を、着磁面である第二被検出部２２としている。これら第一、第二両被検出部２１、２２は、互いの直径が等しく、互いに同心に、且つ、軸方向に隣り合う状態で近接（例えば軸方向に１０ｍｍ以内、好ましくは５ｍｍ以内の間隔をあけて）配置されている。又、前記第一、第二両被検出部２１、２２には、それぞれＳ極とＮ極とが、周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されている。又、これら第一、第二両被検出部２１、２２に関して、周方向に隣り合うＳ極とＮ極との境界は、これら第一、第二両被検出部２１、２２の幅方向（軸方向）と平行な直線状になっている。又、これら第一、第二両被検出部２１、２２の磁極（Ｓ極、Ｎ極）の総数は、互いに一致している。尚、図示は省略するが、第一エンコーダを、トルク伝達軸８の軸方向他端部に、直接外嵌固定する構造を採用する事もできる。

前記センサユニット１４は、合成樹脂製のホルダ２３と、このホルダ２３の先端部に軸方向に隣接する状態で包埋（保持）された、第一、第二両センサ２４、２５と、１本のハーネス２６とを備える。これら第一、第二両センサ２４、２５のそれぞれの磁気検出部３２、３３は、ホール素子、ＭＲ素子等の磁気検出素子から成り、前記ホルダ２３を前記転がり軸受９を構成する外輪に支持固定した状態で、このうちの第一センサ２４の磁気検出部３２を、前記第一被検出部２１に、前記第二センサ２５の磁気検出部３３を、前記第二被検出部２２に、それぞれ近接対向させている。この為、前記第一センサ２４は、前記第一被検出部２１の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させ、又、前記第二センサ２５は、前記第二被検出部２２の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させる。本参考例の場合には、この様な第一、第二両センサ２４、２５の出力信号を、軸方向に引き出された１本のハーネス２６を通じて、図示しない演算器に送信する。又、図示の構造の場合、前記ホルダ２３は、前記転がり軸受９を構成する外輪の軸方向他端面に支持固定されている。尚、図示は省略するが、センサユニットを構成するホルダを、ハウジングに支持する構造を採用する事もできる。

又、本参考例の場合には、図２に示す様に、前記第一、第二各エンコーダ１２、１３の第一、第二被検出部２１、２２のうち、幅方向中間部を、運転時に前記第一、第二各センサ２４、２５の磁気検出部３２、３３が径方向に対向し得る（対向する可能性がある）対向部３４ａ、３４ｂとすると共に、これら各対向部３４ａ、３４ｂから外れた残りの部分である幅方向両端部を、運転時に、前記第一、第二各エンコーダ１２、１３と前記第一、第二各センサ２４、２５との軸方向に関する相対変位やズレに拘わらず、前記各磁気検出部３２、３３が径方向に対向し得ない（対向する可能性のない）非対向部３５ａ、３５ｂとしている。そして、これら各非対向部３５ａ、３５ｂの幅寸法Ｗ₃₅を、それぞれ１．３５ｍｍ以上且つ３．０ｍｍ以下としている。これに対し、前記各対向部３４ａ、３４ｂの幅寸法Ｗ₃₄を、軸方向に関する前記各磁気検出部３２、３３の幅寸法、運転時に生じる前記トルク伝達軸１及び前記第一、第二各エンコーダ１２、１３の軸方向に関する変位量、寸法誤差等を考慮して、具体的に決定している（例えば３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定している）。

以上の様な構成を有する本参考例のトルク測定装置付回転伝達装置の場合、前記センサユニット１４を構成する第一、第二両センサ２４、２５の出力信号は、前記トルク伝達軸８と共に前記第一、第二両エンコーダ１２、１３が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。ここで、この変化の周波数（及び周期）は、前記トルク伝達軸８の回転速度に見合った値をとる。従って、これら周波数（又は周期）と回転速度との関係を予め調べておけば、この周波数（又は周期）に基づいて、この回転速度を求められる。又、前記トルク伝達軸８によりトルクを伝達する際には、前記スプライン部１５と前記出力歯車１０との間部分が弾性的に捩れ変形する事に伴い、前記トルク伝達軸８の軸方向両端部同士（第一、第二両エンコーダ１２、１３同士）が回転方向に相対変位する。そして、この様に第一、第二両エンコーダ１２、１３同士が回転方向に相対変位する結果、前記第一、第二両センサ２４、２５の出力信号同士の間の位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。ここで、この位相差比は、前記トルクに見合った値をとる。従って、この位相差比に基づいて、このトルクを算出する事ができる。尚、この算出処理は、前記演算器により行う。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比と前記トルクとの関係を、計算式やマップ等の型式で組み込んでおく。

特に、本参考例のトルク測定装置付回転伝達装置によれば、前記第一、第二各センサ２４、２５の出力信号を利用した、前記回転速度及び前記トルクの測定に関する信頼性の向上を図れる。即ち、後述する実施例で実験結果を示す様に、本参考例の場合、前記第一、第二各エンコーダ１２、１３の第一、第二各被検出部２１、２２に対し一定の間隔をあけて配置された前記第一、第二各センサ２４、２５の磁気検出部３２、３３が検出する磁束密度（第一、第二各被検出部２１、２２に存在するＮ極から出てＳ極に入る磁束の密度）は、図２の上部に示す様に、これら第一、第二各被検出部２１、２２の幅方向（軸方向、図２の左右方向）に関する中間部では、ほぼ一定の大きさとなるが、その両側部分（幅寸法が１．３５ｍｍの部分）では、両端縁に向かうに従って低下する。特に、これら両側部分のうち、両端縁に近い両端部（幅寸法が０．５ｍｍの部分）では、前記各磁気検出部３２、３３により検出される磁束密度が、上述した中間部で検出されるほぼ一定の磁束密度に比べて大幅に低下（凡そ８０％以下に低下）する。これに対し、本参考例の場合には、前記第一、第二各被検出部２１、２２のうち、幅方向中間部を、運転時に前記各磁気検出部３２、３３が径方向に対向し得る対向部３４ａ、３４ｂとすると共に、これら各対向部３４ａ、３４ｂから外れた残りの部分である幅方向両端部を、運転時に前記各磁気検出部３２、３３が対向し得ない非対向部３５ａ、３５ｂとし、これら各非対向部３５ａ、３５ｂの幅寸法をそれぞれ１．３５ｍｍ以上としている。この為、運転時に前記各磁気検出部３２、３３により検出される磁束密度が低下する事を実質的に防止できる。この結果、前記回転速度や前記トルク等の測定に関する信頼性の向上を図れる。又、本参考例の場合には、前記各非対向部３５ａ、３５ｂの幅寸法をそれぞれ３．０ｍｍ以下としている為、前記第一、第二各エンコーダ１２、１３が徒に大型化する事を防止できる。

又、本参考例のトルク測定装置付回転伝達装置によれば、センサの取り付け作業性を良好にできると共に、ハーネスの配線作業の簡略化を図れ、コスト及び重量の低減を図れる。
即ち、本参考例の場合には、前記トルク伝達軸８の軸方向一端部の位相を、このトルク伝達軸８の内径側に配置され、その軸方向他端部がこのトルク伝達軸８の軸方向他端開口から突出した前記内軸１１に伝達する事ができる。この為、このトルク伝達軸８の軸方向他端部の位相を検出する為の前記第一エンコーダ１２と、このトルク伝達軸８の軸方向一端部の位相を検出する為の第二エンコーダ１３とを、このトルク伝達軸８の軸方向に関して他端側部分に隣接配置する（まとめて配置する）事ができる。従って、本参考例の場合には、前記第一、第二両センサ２４、２５を前記ホルダ２３に保持した１個のセンサユニット１４を使用できる為、センサの取り付け作業性を良好にできる。具体的には、前記ホルダ２３を、前記転がり軸受９を構成する外輪に取り付ける作業を１回行うだけで、前記第一、第二両センサ２４、２５を高精度に位置決めする事ができる。又、ハーネスの本数を２本から１本に減らす事ができる為、ハーネスの配線作業の簡略化を図れる（取り回し性を良好にできる）と共に、コスト及び重量の低減を図れる。

［実施の形態の第１例］
図３〜４により、本発明の実施の形態の第１例に就いて説明する。
本例の磁気検出装置を備えたトルク測定装置付回転伝達装置は、図示しないハウジング（ミッションケース）と、インプットシャフト（又はカウンタシャフト）として機能する中空状（中空筒状）のトルク伝達軸８と、転がり軸受９と、出力歯車１０と、１個のエンコーダ２７と、１個のセンサユニット１４とを備える。

前記エンコーダ２７は、前記転がり軸受９を構成する内輪に支持固定される、磁性金属板から造られた断面クランク形で円環状の支持環２８と、この支持環２８の外周面に全周に亙り固定された、円環状で永久磁石製のエンコーダ本体２９とから構成されている。着磁面である、このエンコーダ本体２９の外周面には、Ｓ極とＮ極とが周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されており、周方向に隣り合う、これらＳ極とＮ極との境界は、幅方向（軸方向）中央部が周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）Ｖ字形になっている。そして、前記エンコーダ本体２９の外周面のうち、幅方向片半部（図３、４の右半部）を、この幅方向に対して前記境界が所定方向に所定角度傾斜した第一被検出部３０とし、幅方向他半部（図３、４の左半部）を、この幅方向に対して前記境界が前記所定方向とは逆方向に前記所定角度と同角度だけ傾斜した第二被検出部３１としている。即ち、本例の場合には、前記エンコーダ本体２９の外周面に、前記第一被検出部３０と前記第二被検出部３１とが、幅方向に関して複列に設けられている。尚、図示は省略するが、エンコーダを、トルク伝達軸８の軸方向他端部に、直接外嵌固定する構造を採用する事もできる。

本例の場合には、前記トルク測定装置付回転伝達装置全体として、１個のエンコーダ２７のみを用いており、このエンコーダ２７に、前記第一被検出部３０と前記第二被検出部３１とを設けている。この為、前記トルク伝達軸８の内側には、前記参考例の第１例の構造の様に、内軸１１は設けていない。従って、図示は省略するが、トルク伝達軸を中実状とする事もできる。

又、本例の場合にも、前記センサユニット１４を構成するホルダ２３を、前記トルク伝達軸８の軸方向他端寄り部分を回転自在に支持する転がり軸受９を構成する外輪に対して支持固定している。そして、この状態で、前記ホルダ２３の先端部に包埋された第一、第二センサ２４、２５のうち、第一センサ２４の磁気検出部３２を、前記第一被検出部３０に、前記第二センサ２５の磁気検出部３３を、前記第二被検出部３１に、それぞれ近接対向させている。又、前記第一、第二両センサ２４、２５の磁気検出部３２、３３が、前記エンコーダ２７の外周面に対向する位置は、このエンコーダ２７の周方向に関して同じ位置としている。尚、図示は省略するが、センサユニットを構成するホルダを、ハウジングに対して支持固定する事もできる。又、第一、第二両センサの磁気検出部が、エンコーダの外周面に対向する位置を、このエンコーダの周方向に関して互いにずらせる事もできる。

又、本例の場合も、着磁面である前記エンコーダ２７の外周面のうち、幅方向中間部を、運転時に前記第一、第二各センサ２４、２５の磁気検出部３２、３３が径方向に対向し得る対向部３４ｃとすると共に、この対向部３４ｃから外れた残りの部分である幅方向両端部を、運転時に、前記エンコーダ２７と前記第一、第二各センサ２４、２５との軸方向に関する相対変位やズレに拘わらず、前記各磁気検出部３２、３３が径方向に対向し得ない非対向部３５ｃ、３５ｃとしている。そして、これら各非対向部３５ｃ、３５ｃの幅寸法Ｗ₃₅を、それぞれ１．３５ｍｍ以上且つ３．０ｍｍ以下としている。これに対し、前記対向部３４ｃの幅寸法Ｗ₃₄を、軸方向に関する前記各磁気検出部３２、３３の幅寸法、運転時に生じる前記トルク伝達軸１及び前記エンコーダ２７の軸方向に関する変位量、寸法誤差等を考慮して、具体的に決定している（例えば、３．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定している）。

又、前記トルク伝達軸８は、図示しないハウジングに対して、前記転がり軸受９により回転自在に支持されており、この転がり軸受９には予圧（初期設定予圧）が付与されている。又、前記トルク伝達軸８によりトルクを伝達する際に、このトルク伝達軸８は、軸方向中間部に設けられたはすば歯車である出力歯車１０と、図示しない相手歯車である別のはすば歯車との噛合部に作用する反力のうち、アキシアル方向（軸方向）の分力（アキシアル荷重）に基づき、アキシアル方向に変位する。

以上の様な構成を有する本例のトルク測定装置付回転伝達装置の場合、前記トルク伝達軸８に前記アキシアル荷重が作用する事に基づいて、前記ハウジングとこのトルク伝達軸８とが軸方向に相対変位すると、前記第一、第二両被検出部３０、３１に対する前記両センサ２４、２５の検出部の走査位置が軸方向にずれる。この結果、これら両センサ２４、２５の出力信号同士の間の位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。この場合に、この位相差比は、前記トルク（前記アキシアル荷重）に見合った値をとる。従って、この位相差比に基づいて、このトルク（アキシアル荷重）を算出する事ができる。尚、この算出処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた、前記位相差比と前記トルク（アキシアル荷重）との関係を、計算式やマップ等の型式で組み込んでおく。

以上の様な構成を有する本例の場合には、前記トルク測定装置付回転伝達装置全体として、１個のエンコーダ２７を使用するのみで、前記トルク伝達軸８が伝達するトルクを求める事ができる。この為、部品点数の削減に伴うコストの低減を図れる。又、前記トルク伝達軸８の内径側に、内軸１１（図１参照）を配置しなくて済む為、このトルク伝達軸８の設計の自由度を向上できる。更には、このトルク伝達軸８の強度確保を図る面からも有利になる。
その他の構成及び作用効果に就いては、前述した参考例の第１例の場合と同様である。

本発明の効果を確かめる為に行った実験に就いて説明する。
本実験では、図１に示した第一、第二各エンコーダ１２、１３と同様、外周面を着磁面Ｍとし、この着磁面ＭにＳ極とＮ極とを周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置された、円筒状の永久磁石であるエンコーダ本体Ｅを備えたエンコーダに就いて、前記着磁面Ｍに対し径方向に一定の間隔をあけて対向するセンサの磁気検出部により検出される磁束密度（着磁面Ｍに存在するＮ極から出てＳ極に入る磁束の密度）の分布｛着磁面Ｍの幅方向（軸方向）に関する分布｝を調べた。

実験結果を、図５に示す。
尚、この実験結果は、下記の条件により行った実験の結果である。
「エンコーダ本体Ｅの仕様」
材質 ： サマリウム−鉄
着磁面Ｍ（外周面）の直径寸法 ： ４２ｍｍ
径方向の厚さ寸法Ｔ ： ２．１ｍｍ
幅寸法Ｗ（軸方向寸法） ： ６．７ｍｍ
着磁面Ｍに設けた磁極（Ｓ極、Ｎ極）の総数 ： ５２個
その他 ： 着磁面Ｍの幅方向両端部に、幅方向寸法が０．４ｍｍである４５度のＣ面取り部を設けた。
「磁束密度の検出に就いて」
着磁面Ｍとセンサの磁気検出部との径方向に関する対向間隔 ： １ｍｍ
着磁面Ｍの幅方向に関する検出位置 ： この幅方向に関して０．２ｍｍ間隔となる複数位置

図５に示した実験結果から、着磁面Ｍと径方向に対向し得る位置でセンサの磁気検出部により検出される磁束密度は、この着磁面Ｍの幅方向に関する中間部では、ほぼ一定の大きさとなるが、その両側部分（幅寸法が１．３５ｍｍの部分）では、両端縁に向かうに従って低下する事が分かる。特に、これら両側部分のうち、両端縁に近い両端部（幅寸法が０．５ｍｍの部分）では、センサの磁気検出部により検出される磁束密度が、上述した中間部で検出されるほぼ一定の磁束密度に比べて大幅に（２割程度以上）低下する事が分かる。
又、本発明者が、エンコーダ本体Ｅの仕様及び着磁面Ｍとセンサの磁気検出部との径方向に関する対向間隔を種々変えて同様の実験を行ったところ、何れの場合も、上述した各部分（両側部分、両端部）の幅寸法に就いて、同様の結果が得られる事を確認できた。
従って、以上の各実験結果から、着磁面Ｍのうち、幅方向中間部を、使用時に磁気検出部が対向し得る対向部とすると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部を、使用時に磁気検出部が対向し得ない非対向部とし、これら各非対向部の幅寸法をそれぞれ０．５ｍｍ以上とすれば、磁気検出部により検出される磁束密度が大幅に低下する事を防止でき、トルク等の測定の信頼性が向上する事を確認できた。更に、前記各非対向部の幅寸法をそれぞれ１．３５ｍｍ以上とすれば、磁気検出部により検出される磁束密度が低下する事を実質的に防止でき、トルク等の測定の信頼性が十分に向上する事を確認できた。

本発明を実施する場合に、エンコーダを支持する回転部材は、自動車のパワートレインを構成する回転軸に限らず、例えば、風車の回転軸（主軸、増速器の回転軸）、圧延機のロールネック、鉄道車両の回転軸（車軸、減速機の回転軸）、車両の車輪支持用軸受ユニットのハブ、工作機械の回転軸（主軸、送り系の回転軸）、建設機械・農業機械・家庭用電気器具・モータの回転軸等、各種機械装置の回転軸を対象にする事ができる。又、自動車のパワートレインを構成する場合には、例えば、トルクコンバータからトルクが入力されるインプットシャフト（タービンシャフト）や、カウンタシャフトを対象とする事ができる。
又、本発明の磁気検出装置を組み込んで変速機を構成する場合の変速機の形式は、特に限定されず、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、ベルト式やトロイダル式等の各種無段変速機（ＣＶＴ）、オートメーテッドマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）、トランスファー等、車側の制御により変速を行う変速機を採用できる。又、変速機の設置位置と駆動輪との関係は特に限定されず、前置エンジン前輪駆動車（ＦＦ車）、前置エンジン後輪駆動車（ＦＲ車）、及び、四輪駆動車等が対象となる。又、前記変速機の上流側に置かれる動力源は、必ずしもガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である必要はなく、例えばハイブリッド車や電気自動車に用いられる電動モータであっても良い。
又、本発明を実施する場合、エンコーダの被検出面（着磁面）は、円筒面ではなく、円輪面として、センサの磁気検出部を軸方向に対向させる事もできる。

１ トルク伝達軸
２、２ａ エンコーダ
３、３ａ センサ
４ 支持環
５ エンコーダ本体
６ 着磁面
７ 磁気検出部
８ トルク伝達軸
９ 転がり軸受
１０ 出力歯車
１１ 内軸
１２ 第一エンコーダ
１３ 第二エンコーダ
１４ センサユニット
１５ スプライン部
１６ 大径部
１７ 支持環
１８ 支持環
１９ エンコーダ本体
２０ エンコーダ本体
２１ 第一被検出部
２２ 第二被検出部
２３ ホルダ
２４ 第一センサ
２５ 第二センサ
２６ ハーネス
２７ エンコーダ
２８ 支持環
２９ エンコーダ本体
３０ 第一被検出部
３１ 第二被検出部
３２ 磁気検出部
３３ 磁気検出部
３４ａ〜３４ｃ 対向部
３５ａ〜３５ｃ 非対向部

Claims (1)

1. ハウジングと、回転部材と、転がり軸受と、エンコーダと、センサユニットとを備え、
   前記回転部材は、使用時に回転しつつトルクを伝達するものであり、
   前記転がり軸受は、前記ハウジングに内嵌固定された外輪と、前記回転部材の軸方向他側部に外嵌固定された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを有しており、
   前記エンコーダは、前記回転部材に直接又は前記内輪を介して間接的に支持され、この回転部材と同心の着磁面を有し、この着磁面にＳ極とＮ極とが周方向に関して交互に配置されていると共に、周方向に隣り合う前記Ｓ極と前記Ｎ極との境界が前記着磁面の幅方向に対して傾斜し、且つ、この傾斜の方向が前記着磁面の幅方向片半部と幅方向他半部とで互いに逆であり、
   前記センサユニットは、それぞれが磁気検出部を有する２つのセンサと、これら２つのセンサを保持したホルダと、このホルダから引き出された、前記２つのセンサの出力信号を送信する１本のハーネスとを含んで構成され、前記２つのセンサのうちの一方のセンサの磁気検出部を前記着磁面の幅方向片半部に対向させると共に、前記２つのセンサのうちの他方のセンサの磁気検出部を前記着磁面の幅方向他半部に対向させた状態で、前記ホルダが前記外輪に支持されており、
   前記着磁面は、幅方向中間部が、使用時に前記２つのセンサの磁気検出部が対向し得る対向部になっていると共に、この対向部から外れた残りの部分である幅方向両端部が、使用時に前記２つのセンサの磁気検出部が対向し得ない非対向部になっており、これら各非対向部の幅寸法がそれぞれ０．５ｍｍ以上であり、
   前記２つのセンサの出力信号同士の位相差に基づき、前記回転部材に加わるトルクを測定可能である、
   トルク測定装置付回転伝達装置。

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