ベルト動的張力計測装置および方法
稼動中のフロントエンド補機ベルト張力を、ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測するための方法と装置である。ハブ荷重トランスデューサは、同心的な複数のリングを備え、内側リングと外側リングの間に同一面となるように可変部材が配置される。ハブ荷重トランスデューサは、トルクを伝達しないアイドルプーリとともに用いられる。トルクトランスデューサは、ベルト受面と回転シャフトに連結された可変円筒部材を備える。トルクトランスデューサは、トルクを従動補機に伝達する。それは、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングポンプなどの補機に用いられる。ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサからの信号は、ベルトと従動補機の間のベルトスパン張力とともに駆動効率を計算するのに用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトの動的張力計測のための装置および方法に関し、特にハブ荷重トランスデューサ(hubload transducer)およびトルクトランスデューサ(torque transducer)を用いた駆動効率計測のためのベルトの動的張力計測のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な歪み計測装置が知られている。それらは荷重が掛けられるとともに歪みゲージが取り付けられた可変部材(strainable member)を一般に備える。それらの中に、変形可能なビーム部材と撓みビーム部材を有する環状ゲージリングを備える装置がある。可撓性ビーム部材は複数の環状部を相互に連絡する。
【０００３】
また、周知の装置の中には、双対ビーム検出部材があり、これは平行に離間した桁部材によって一体的に連結された離間した端部壁部材を備え、ビーム部材は１つの方向にのみ比較的撓み易いすなわち曲げられ易い。端部壁の一方は支持構造に通常取り付けられており、他方の端部壁はシャフトに有効にあるいは直接取り付けられる。
【０００４】
この技術の代表はレトバーラ(Lehtovaara)に与えられた米国特許第６，２１６，５４７号明細書（２００１年）であり、環状内側リング部と環状外側リング部を備え変形可能なビーム部材と撓みビーム部材を有する環状ゲージリングを備える荷重センサを開示する。可撓性ビーム部材は複数のリング部を相互に連絡する。
【０００５】
また、２００２年９月３０日に出願された出願人の同時係属中の米国特許出願第１０／２６２，０３５号も参考にでき、これは内側リングと外側リングの間に同一平面的に配置された変形可能なリングを備えるハブ荷重トランスデューサを開示する。
【０００６】
また、他端がシャフトに連結された状態でプーリに連結された円筒形部材を備え、円筒形部材に取り付けられた歪みゲージを有するトルクロードを計測するためのプーリが知られている。
【０００７】
この技術の代表は、日本国特許出願公開公報第２００１０９９２７１号であり、他端がシャフトに連結された状態でプーリに連結され、円筒形部材に取り付けられた歪みゲージを有する円筒形部材を開示する。
【０００８】
従来技術は、ハブ荷重トランスデューサおよびトルクトランスデューサを組み合わせ１つのシステムとして機能させることを教示しない。また、ハブ荷重トランスデューサは、撓みビーム部材と変形可能なビーム部材を備え比較的複雑である。従来のトルクトランスデューサは、円筒部を他の支持構造からの捩りに対して分離する手段に欠けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされているのは、稼動中のベルトスパン張力をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置である。必要とされているのはベルト駆動効率をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置である。本発明はこれらの要求に合致する。
【００１０】
本発明の第１の目的は、稼動中のベルトスパン張力とクランクシャフトトルクをハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、ベルト駆動効率をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置を提供することである。
【００１２】
本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、稼動中のフロントエンド補機ベルト張力を、ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測するための方法と装置に関する。ハブ荷重トランスデューサは、同心的な複数のリングを備え、内側リングと外側リングの間に同一面となるように可変部材が配置される。ハブ荷重トランスデューサは、トルクを伝達しないアイドルプーリとともに用いられる。トルクトランスデューサは、ベルト受面と回転シャフトに連結された可変円筒部材を備える。トルクトランスデューサは、トルクを従動補機に伝達する。それは、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングポンプなどの補機に用いられる。ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサからの信号は、ベルトと従動補機の間のベルトスパン張力とともに駆動効率を計算するのに用いられる。
【００１４】
この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。ハブ荷重トランスデューサは比較的コンパクトであり、プーリ内においてシャフト荷重すなわちシャフトの動的挙動を計測するのに用いられ得る。これにはハブ荷重の計測が含まれるので、結果としてベルトスパン張力が計測される。ハブ荷重は、ベルト伝動システムにおけるベルト張力によりプーリとそのシャフトに掛かる荷重である。
【００１６】
トランスデューサ１００は一般に、弧状内側部材すなわちハブリング１０１とセンサリング１０２、弧状外側部材すなわち外側リング１０３とを備える。ハブリング１０１は、トランスデューサを取付面に取り付けるための手段として機能するボア１０４を備える。ボルトなどのファスナは、ハブリング１０１にボア１０４を通して係合し、トランスデューサを取付面に連結する。ハブリング１０１は、トランスデューサを取付面に連結する確りとした手段を提供するために比較的リジッドである。ハブリング１０１は更に、ハブリングを取付面に取り付けるための一体的なシャフトを備えてもよい。ハブリング１０１は、連結部すなわち部材１０８によりセンサリング１０２に連結される。
【００１７】
ハブリング１０１の各側面に設けられたアパーチャ１２０、１２１は、センサリング１０２の内周面１２２、１２３への通路（アクセス）を提供する。アパーチャ１２０、１２１を通した通路（アクセス）は、歪みゲージ３０２、３０３をセンサリング１０２に取り付けるために用いられる。アパーチャ１２０、１２１を使用するかは、スロット５１１の幅に依存する。アパーチャ１２０、１２１の採用は、スロット５１１の幅を、センサリング１０２がハブリングの横方向運動範囲の限界においてハブリング１０１にぎりぎり触れないところまで極小化でき、これによりトランスデューサの全体の直径を従来技術よりも小さくすることができる。例えば、スロット５１１が特に狭い場合、例えば約２ｍｍよりも小さいとき、センサリング１０２への歪みゲージの取り付けのためのアクセスは極めて制限され、恐らくアパーチャ１２０、１２１が無ければ不可能であろう。
【００１８】
センサリング１０２は、ハブリング１０１と外側リング１０３の間に連結される。センサリング１０２は、内側ハブリング１０１と外側リング１０３の弧状部と同心的に協働する弧状可変部材(arcuate strainable member)を備える。ハブリング、センサリング、外側リングの同心的な関係は、例えばプーリ内などの狭い場所での利用において、本発明に関わるトランスデューサを例えば６０ｍｍよりも小さい最小の直径にすることを可能にする。
【００１９】
スロット５１０は、センサリング１０２と外側リング１０３の間に配置される。スロット５１１は、センサリング１０２と内側リング１０１の間に配置される。荷重が掛かった状態では、センサリング１０２は引き延ばされ、すなわちＡ−Ａ方向に長軸を、Ｂ−Ｂ方向に短軸を持つ楕円形に変形する（図３参照）。スロット５１１の幅は、荷重が掛かった状態のときに、センサリング１０２のＢ−Ｂ方向へ必要とされる総体的変形量によって決定される。スロット５１１の幅は、センサリング１０２の厚さＴの関数でもある。厚さ（Ｔ）は、最大設計荷重を含むセンサリングが晒される動的条件によって決定される。有限要素解析を用いて、厚さ（Ｔ）は予想される荷重条件の下で好適なダイナミックレンジを与えるように最適化される。
【００２０】
図３に示されるように、少なくとも１つの歪みゲージがセンサリングに取り付けられる。ハブ荷重力ベクトルがベクトル６００で表わされる。センサリング１０２は、ハブリングへのハブ荷重の作用により歪みゲージの位置において表面歪み(surface strain)が生じるのに十分な可撓性を有する。センサリング１０２は、弧状連結部材５１２を介して外側リング１０３と部分１０７に連結される。部分１０７と連結部１０８は、実質的にセンサリング１０２の互いに反対側に配置される。部材５１２におけるセンサリング１０２の外側リング１０３へ連結は、軸Ａ−Ａに沿ったハブ荷重力６００を受けたときに、センサリング１０２の変形を増大させ、それによりセンサリング１０２における表面歪みを増大させる。ベクトル６００は、特定の方向を持つものとして示されているが、トランスデューサは如何なる方向のベクトルを持つ荷重をも検出することができる。無論、総合的な感度は、ベクトル６００とそれに対する歪みゲージの位置との間の空間的な関係に依存して影響されるであろう。このためトランスデューサの感度は、部分１０７と部材１０８に対してのベクトル６００の方向、歪みゲージの位置、そしてセンサリング１０２の厚さに基づいて最適化される。
【００２１】
各連結部材５１２は、トランスデューサに荷重が掛かっているとき、センサリング１０２とともに部分的に変形する。部材５１２は、トランスデューサ、より具体的にはセンサリング１０２により掛けられる動的荷重の関数である所定のバネ率(spring rate)を有する。この所定のバネ率は、次に各部材の弧状形状を決定する。
【００２２】
稼動中センサリング１０２は振動と周期的荷重に常時曝されることが理解される。これは、センサリング１０２と外側リング１０３の間の連結部に応力を与える。これゆえに、部材５１２の弧状形状は、分配し分散させなければセンサリング１０２と外側リング１０３との間の連結部に存在し得たストレスライザー(stress risers)を低減することにより、トランスデューサの耐用年数を延ばす。これはさもなければストレスライザーにより連結部に起こり得た疲労クラックの可能性を最小のものとする。
【００２３】
外側リング１０３に設けられたアパーチャ１０５、１０６は、センサリング１０２への歪みゲージ３０１、３０４の取り付けを容易にするために用いられる（図３参照）。アパーチャ１０５と１０６を通したアクセスは、センサリング１０２に歪みゲージ３０１、３０４を取り付けるために用いられる。アパーチャ１０５、１０６を利用するかは、スロット５１０の幅に依存する。アパーチャ１０５、１０６の採用はスロット５１０の幅を、センサリング１０２がセンサリングの横方向運動範囲の限界においてリング１０３にぎりぎり触れないところまで極小化でき、これによりトランスデューサの全体の直径を従来技術よりも小さくすることができる。例えば、スロット５１０が特に狭い場合、例えば約２ｍｍよりも小さいとき、センサリング１０２への歪みゲージの取り付けのためのアクセスは極めて制限され、恐らくアパーチャ１０５、１０６が無ければ不可能であろう。
【００２４】
ブラケット５００は、歪みゲージ信号調整装置を受容するのに用いられてもよい。ブラケット５００は外側リング１０３に取り付けられる。ブラケットは、外側リング１０３の一体的な部分として形成、すなわちキャスト(cast)されてもよい。
【００２５】
外側リング１０３は、装置に構造的強度を与えるとともに、トランスデューサをベアリングやプーリへ係合するための手段を提供する。外側リング１０３は、プーリベアリング内に押入され、ベアリングはベルトに係合するプーリと係合する。外側リング１０３は、ベルト伝動システムにおけるトランスデューサの周りのプーリの回転運動を可能にするのに十分な剛性を有する。
【００２６】
ハブリング１０１、センサリング１０２、外側リング１０３は実質的に同一平面内にある。より具体的には、各々のリングは他のリングの内側に同心的に入れ子になっている。リングを入れ子とすることは、本発明に関わる装置の厚さを最小限度まで減らし、それにより、例えば装備用のスペースが制限される現在の車両のフロントエンド補機駆動装置でのプーリ内におけるトランスデューサの使用を可能にする。本発明のトランスデューサは、ベルト伝動システムに現に存在するプーリに置き代えて用いることができるので、現在のシステムを殆んどあるいは全く変更せずに、装備取り付けのための部品を新たに追加することができる。トランスデューサは、シャフトの動的挙動すなわちテンショナアームの動的挙動を計測するために、テンショナプーリとテンショナアームの間、テンショナプーリシャフトにおいて用いることもできる。
【００２７】
好ましい実施形態では、本発明のトランスデューサは、例えばアルミ、スチール、チタン、マグネシウムやこれらの組み合わせあるいは合金を含む金属など、１つの材料から機械成形されてもよい。装置はまた、トランスデューサにより掛けられる荷重に従って、プラスチック、セラミック、フェノール樹脂、粉末金属など適切な素材から、キャスト、切削、あるいは金型成形されてもよい。
【００２８】
別の実施形態では、それは３つの部品、すなわち、接着剤やネジにより連結されたハブリング、センサリング、そして外側リングから構成されてもよい（図４ａ参照）。この実施形態では、ハブリングと外側リングは、セラミック素材からなり、センサリングは金属材料からなる。また別の実施形態では、特に低荷重のアプリケーションでは、ハブリングと外側リングはプラスチック素材からなる。プラスチックは、設計荷重に十分耐えるとともに、十分なモジュラスとそれが搭載されるエンジンの運転温度に対する十分な耐熱性を備えればよい。
【００２９】
また別の実施形態では、センサリングと外側リングは、ハブリングがセンサリングにネジあるいは接着剤により取り付けられた機械成形された単一の部品でもあってもよい。この実施形態では、センサリングと外側リングは例えば金属材料からなり、ハブリングは例えばセラミック素材からなる。ハブリングは、荷重が比較的低いアプリケーションではプラスチック素材であってもよい。プラスチックは、十分なモジュラスとそれが搭載されるエンジンの運転温度に対する十分な耐熱性を備えればよい。
【００３０】
図２は、トランスデューサの斜視図である。トランスデューサ１００は、プーリ２００の中に入れられた状態で示される。ベアリングあるいは複数のベアリング２０５は、外側リング１０３の外側に押し付けられ、外側リング１０３とプーリ２００の間の環状空間を埋める。ブラケット５００は、トランスデューサ１００にファスナ５０１、５０２によって取り付けられる。プーリ２００は、従来この分野で知られているどのようなベルト支持形状(belt bearing profile)を持つものであってもよい。
【００３１】
図３は、トランスデューサ・センサリングの平面図である。センサリング１０２は、歪みゲージ３０１、３０２、３０３、３０４がそこにフルブリッジの構成で取り付けられた状態で示される。歪みゲージは、電線４０１、４０２、４０３、４０４により連結される。電線４０２と４０３は、計器のリード線との連結のためにブラケット５００へと導かれる。歪みゲージ３０１と３０４は、アパーチャ１０５、１０６を通してセンサリング１０２に取り付けられてもよい。歪みゲージ３０２と３０３は、アパーチャ１２０、１２１を通してセンサリング１０２に取り付けられる。歪みゲージは、力のベクトル軸Ａ−Ａが歪みゲージ間の想像線(imaginary line)Ｂ−Ｂに垂直となるように向きが合わせられる。歪みゲージのフルブリッジの構成は、大まかに図１２および図１４に示される通りである。
【００３２】
図４Ａは、ハブ荷重トランスデューサの平面図である。これはここ以外の場所で示されるように、別体のハブリング１０１、センサリング１０２、外側リング１０３を用いた実施形態である。センサリング１０２は、外側リング１０３にネジ２０３、２０４を用いて締結される。ハブリング１０１は、ネジ２０１、２０２を用いてセンサリング１０２に締結される。リングを締結する他の手段としては、溶接、接着、リベット留や、この分野で知られている他の適切な手段などが含まれる。ネジ２０１、２０２、２０３、２０４は、ハブ荷重の軸線Ａ−Ａに対して図示されるような向きに配置される。
【００３３】
図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂでの断面図である。ネジ２０１、２０４は、センサリング１０２を外側リング１０３に連結した状態で示される。ブラケット５００は、ここ以外の場所で示されるように、歪みゲージの電線を計器のリード線に連結する手段を提供する。
【００３４】
図４Ｃは、図４Ｂの４Ｃ−４Ｃにおける則面図である。ネジ２０３、２０４は、外側リング１０３をセンサリング１０２に連結した状態で示される。
【００３５】
図５は、トランスデューサの分解斜視図である。ベアリング２０５は、トランスデューサ１００の外側リング１０３に押し付けられる。プーリ２００は、ベアリング２０５に押し付けられる。アパーチャ１２０と１２１は、センサリング１０２に歪みゲージを取り付けるためのアクセスを提供する。
【００３６】
図６は、自動調心部の部分平面図である。トランスデューサの感度を最適化するためには、センサリングがハブ荷重ベクトル６００の影響を受けやすいよう配置されることが望ましく、すなわちベクトル６００が軸線Ａ−Ａと一直線になり、それにより歪みゲージが軸線Ｂ−Ｂに沿って配列されるように配置されることが望ましい（図３参照）。これは自動調心部材７００を用いることにより達成される。
【００３７】
より具体的には、偏心的な自動調心部材７００がリングボア１０４の内側に配置される。限定的ではなく例示的に、偏心部材７００は、ボア１０４の中に押入され嵌め合わされる。また部材７００が単に弧状内側部材１０１の一部分、すなわち弧状内側部材がトランスデューサの幾何学的中心とは直列しない中心７０５を持つボア７０１を備えてもよいことも理解されるであろう。
【００３８】
偏心部材７００は、ボア７０１を備える。ボア７０１の中心７０５は、偏心部材の幾何学的中心７０４から一定距離離れて偏心的に配置される。偏心部材の幾何学的中心７０４は、トランスデューサの幾何学的中心とセンサリングの幾何学的中心とも一致する。ベアリング７０２は、ボア７０１の中に押入される。ボルトなどの締結部材(fastening member)７０３は、ベアリング７０２を挿通し、ベアリング７０２を、それによってトランスデューサを取付面（図示せず）に取り付ける。ベアリング７０２の作用により、トランスデューサは自由に締結部材７０３の周りに回転可能である。
【００３９】
代表的な状況におけるトランスデューサに作用するハブ荷重ベクトル６００が図示される。ハブ荷重は張力が掛かっているベルトＢＴによって発生する。典型的な配置では、ベクトル６００は、初めボア中心７０５から距離（Ｄ）だけ横方向にオフセットされている。ハブ荷重６００が掛かると、直ちに部材７００の自動調心特性がトランスデューサを適正に位置決めするように作動する。より具体的には、距離（Ｄ）は偏心部材７００に作用するトルクを発生するレバーアームとして働く。トルクは、偏心部材７００、そしてそれによりトランスデューサ１００とセンサリング１０２をベクトル６００が中心７０５と直列するまでベアリングの周りに回転させ、それにより自動調心トルクを除去し、釣合い状態を取り戻す。自動調心におけるこの作動の仕方は、ベクトル６００の方向に関わらず適用される。
【００４０】
図７は、自動調心部の部分平面図である。ベクトル６００は、ボア中心７０５と直列している。この方向付けは、歪みゲージ３０１、３０２、３０３、３０４が最適な検出位置にあることをもたらし、すなわち、図３に示されるように軸線Ｂ−Ｂに沿って整列される。
【００４１】
トランスデューサは、図６、７に示されたような自動調心部材７００があってもなくても作動できることが理解できる。自動調心部材７００の利用は、トランスデューサに必要とされる感度と運転条件による。これは更に稼動中のベクトル６００の変動範囲にある程度依存する。トランスデューサの感度は、荷重ベクトル６００とともに、歪みゲージのアライメントに相関する。例えば、もし本発明のトランスデューサが、ベクトル６００の向きの範囲が狭いアイドラとともに用いられるならば、自動調心部材の必要性はあまり重要でないであろう。一方、トランスデューサが、テンショナアームの運動により生じる比較的大きな変動範囲を有するテンショナにおいて用いられる場合、自動調心部材の使用はトランスデューサに要求される感度を維持するのに有利である。
【００４２】
図８は、ベルト補機伝動装置の概略図である。マルチリブドベルトの展開とともに、エアコン用補機、パワーステアリング用補機、オルタネータや、ウオータポンプを含む全ての補機を駆動するための単独多軸掛けベルトの実施と使用が自動車産業によって広く採用されている。ここで説明される伝動装置は、ベルト（Ｂ）のマルチリブド側と背面側の両方を利用する。これは、そうしなければ各補機を駆動するのに求められる多数のベルトの必要性を除去し、前後方向へのエンジンの寸法全体を縮小する。ベルト伝動装置の代表的な配置が図８に示される。より具体的には、プーリは、オルタネータ“ＡＬ”、パワーステアリングポンプ“ＰＡ”、ノントルク(non-torque)すなわちトルク荷重の受け渡しをしないテンショナアイドラ“ＩＤＬ”、ウオータポンプ“ＷＰ”、クランクシャフト“ＣＲ”、エアコン用コンプレッサ“ＡＣ”として示される。プーリ間の各々のベルトスパンは、ＰＡからＩＤＬが“１”、ＩＤＬからＷＰが“２”、ＷＰからＣＲが“３”、ＣＲからＡＣが“４”、ＡＣからＡＬが“５”、ＡＬからＰＡが“６”として示される。この説明の目的のために、ハブ荷重トランスデューサは、テンショナＩＤＬに取り付けられている。トルクトランスデューサは、ＡＣ、ＡＬ、ＰＡ、ＷＰに取り付けられている。トルクは各補機とＣＲにおいて受け渡しされる。
【００４３】
運転時ベルト張力動的計測(operating belt tension dynamic measurement)とは、エンジンとベルトが作動中に計測が行われることを意味する。これは、エンジンとベルトが作動されていない間に実行されるいわゆるベルト張力静的計測(belt tension static measurement)に対するものである。張力計を用いた静的な計測の場合、各ベルトスパンに振動を起こすことにより、この分野で周知のスパン振動周波数計測手法(span vibration frequency measurement technique)を用いて、各ベルトスパンの張力を推定することができる。
【００４４】
ここに図１〜７に示されるように、ハブ荷重トランスデューサは、アイドラ（ＩＤＬ）プーリに据え付けられる。アイドラ（ＩＤＬ）プーリでは、荷重（トルク）は受け渡しされない。一般的な単独多軸掛けベルト補機伝動システムは、ベルト経路を決めるためあるいはベルト張力制御のために、少なくとも１つのアイドラプーリを備える。アイドラプーリがテンショナに取り付けられる場合、それは「自動張力制御装置(automatic tension control)」と呼ばれる。一方、アイドラプーリがネジジャッキ組立体(jackscrew assembly)に取り付けられる場合、それは「固定中心張力制御装置(fixed center tension control)」と呼ばれる。
【００４５】
原理的には、プーリの両側のベルトスパン張力は、プーリによりトルクの受け渡しがなされない場合、初期取付張力から変化しない。ハブ荷重トランスデューサによってトルクが受け渡しされることはないので、ハブ荷重トランスデューサの両側におけるスパン張力は、
Ｔ１＝Ｔ２＝Ｈ／［２ｓｉｎ（θ／２）］ （１）
として計算できる。ここでＨはハブ荷重トランスデューサにより計測されるベルトハブ荷重力であり、θはこのプーリにおけるベルトの巻付け角の大きさである。ベルト巻付け角は、レイアウトの幾何形状から直接計測される。トランスデューサにより計測されたハブ荷重力Ｈは、「基線張力計測値(baseline tension measurement)」として参照される。図１〜７のために示されるように、ハブ荷重トランスデューサに設けられた歪みゲージは、この分野で周知の計器、例えば信号調整／増幅装置とオシロスコープあるいはハブ荷重力をニュートンで表示するデジタルメータに送られる信号を生成する。歪みゲージ信号調整／増幅装置の代表例は、ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｏｔｅｃｈ．ｃｏｍ／ｃａｔａｌｏｇ／ｄａｑ／ｃａｔｄｂｋ４３．ｈｔｍｌに表示されるＩＯテック(IO Tech)社製歪みゲージモジュールＤＢＫ４３Ａ（商標）８チャンネル歪みゲージモジュールである。
【００４６】
ハブ荷重トランスデューサとは異なり、トルクトランスデューサはトルクを伝えるとともに計測することができる。トルクが、プーリ（例えばウオータポンプＷＰ用のプーリ）により伝えられる場合、トルクトランスデューサにおける張力の差は、
Ｔ３−Ｔ２＝２×Ｑ／Ｄ （２）
となる。ここで、Ｑはトルクトランスデューサで計測されるＮ・ｍでのトルクであり、Ｄはトルクトランスデューサにおけるプーリのメートルでのピッチ円直径である。一般に、トルクトランスデューサは、最大摩擦許容力(maximum friction capacity)を得るためにマルチリブドプーリに接続されている。トルクトランスデューサにより計測されたトルク値は、「増加張力計測値(incremental tension measurement)」として参照される。
【００４７】
ベルト伝動における効率（η）は、
η＝（［Ｐ出力］／［Ｐ入力］）×１００％
で定義される。ここでＰ入力はパワー入力でありＰ出力はパワー出力である。これらは各々以下のように定義される。
Ｐ入力＝ＱＣＲ×ωＣＲ
Ｐ出力＝（ＱＡＣ×ωＡＣ）＋（ＱＡＬ×ωＡＬ）＋（ＱＰＡ×ωＰＡ）＋（ＱＷＰ×ωＷＰ）
【００４８】
トルクＱＣＲ、ＱＡＣ、ＱＡＬ、ＱＰＡ、ＱＷＰは、対応する各シャフトにおいて直接トルクトランスデューサによって計測される。ＲＰＭでの回転速度も、対応する各シャフトにおいて計測される。従動ベルトプーリシステムの比較的高い効率により、準エネルギー保存状態が略達成される。したがって、必要とされるトルクトランスデューサの総数は、トルクコンポーネントの総数から１引いた数でよい。
【００４９】
システム内に摩擦損失がないと仮定した理想状態において、エネルギーの保存は全パワー入力が全パワー出力に等しいことを要求する。
ＱＣＲ・ωＣＲ＝ＱＡＣ・ωＡＣ＋ＱＡＬ・ωＡＬ＋ＱＰＡ・ωＰＡ＋ＱＷＰ・ωＷＰ
ここで、ωは回転速度を表わし、ラジアン／秒の次元単位を有する。
【００５０】
ベルトと各プーリの間に滑りがないと仮定すると、
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＡＣ×ＤＡＣ
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＡＬ×ＤＡＬ
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＰＡ×ＤＰＡ
ωＣＲ×ＤＷＰ＝ωＡＣ×ＤＷＰ
【００５１】
滑り無しの等式を用いてエネルギー保存の式を解くと、クランクシャフトトルクＱＣＲは、コンポーネントのトルクにより以下のように表わされる。
ＱＣＲ＝ＱＡＣ×ＤＣＲ／ＤＡＣ＋ＱＡＬ×ＤＣＲ／ＤＡＬ
＋ＱＰＡ×ＤＣＲ／ＤＰＡ＋ＱＷＰ×ＤＣＲ／ＤＷＰ （３）
【００５２】
なお、式（２）、（３）を用いるとき、駆動トルクと従動トルクは、それぞれ“＋”と“−”で示される。駆動トルクは、クランクシャフトダンパトルクであり、従動トルクは個々のコンポーネント、例えばエアコン用コンプレッサ、オルタネータなどのトルクである。クランクシャフトトルクは、式（３）を用いて計算される。スパン１とスパン２における基線張力は、基線張力式（１）を用いて計算される。隣接するスパンの張力、例えばスパン３から６は、増加張力式（２）を用いてトルクトランスデューサ計測値を用いて計算される。
【００５３】
以下の仮の値はランダムに選択されたもので、限定的なものではなく、単に計算手順を説明する目的のために与えられたものである。
クランクシャフトダンパ、ピッチ円直径 ＤＣＲ＝２００［ｍｍ］
ＡＣにおいて計測されたトルク、 ＱＡＣ＝−３０［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＡＣ＝１８０［ｍｍ］
ＡＬにおいて計測されたトルク、 ＱＡＬ＝−２０［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＡＬ＝６０［ｍｍ］
ＰＡにおいて計測されたトルク、 ＱＰＡ＝−１５［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＰＡ＝１５０［ｍｍ］
ＷＰにおいて計測されたトルク、 ＱＷＰ＝−５［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径ＤＷＰ＝１００［ｍｍ］
前述したように、“＋”符号は駆動トルクを示し、“−”符号は従動補機トルクを示す。
【００５４】
式（３）は駆動トルク（クランクシャフトトルク）を計算するのに以下のように用いられる。
ＱＣＲ＝２００／１８０×３０＋２００／６０×２０
＋２００／１５０×１５＋２００／１００×５＝＋１３０［Ｎｍ］
式（２）を用いると、各ベルトスパンにおける増加張力は、以下のように計算される。
Ｔ３４＝２×１３０×１０００／２００＝＋１３００［Ｎ］
Ｔ４５＝２×３０×１０００／１８０＝−３３３［Ｎ］
Ｔ５６＝２×２０×１０００／６０＝−６６７［Ｎ］
Ｔ６１＝２×１５×１０００／１５０＝−２００［Ｎ］
Ｔ２３＝２×５×１０００／１００＝−１００［Ｎ］
【００５５】
“１０００”の項は、単に単位変換から導かれるものである。
すなわち、１．０Ｎ・ｍ＝１０００．０Ｎ・ｍｍ
【００５６】
テンショナアイドラＩＤＬにおける巻付け角はθ＝６０°である。ＩＤＬにおいてハブ荷重トランスデューサにより計測されたハブ荷重はＨ＝３５０［Ｎ］である。
【００５７】
式（１）を用いて、スパン１とスパン２におけるベルト張力は、以下のように計算される。
Ｔ１＝Ｔ２＝Ｈ／［２×ｓｉｎ（θ／２）］＝３５０［Ｎ］
【００５８】
したがって、隣接するスパン張力は、以下のように計算される。
Ｔ３＝Ｔ２＋Ｔ２３＝３５０−１００＝２５０［Ｎ］
Ｔ４＝Ｔ３＋Ｔ３４＝２５０＋１３００＝１５５０［Ｎ］
Ｔ５＝Ｔ４＋Ｔ４５＝１５５０−３３３＝１２１７［Ｎ］
Ｔ６＝Ｔ５＋Ｔ５６＝１２１７−６６７＝５５０［Ｎ］
Ｔ１＝Ｔ６＋Ｔ６１＝５５０−２００＝３５０［Ｎ］
【００５９】
＜トルクトランスデューサ＞
図９は、トルクトランスデューサの断面図である。トルクセンサ１０００は、シャフト１００１に連結された状態で示される。シャフト１００１は、従動されるＡＣ、ＡＬ、ＷＰ、ＰＡなどの補機へのパワー（トルク）入力、あるいはクランクシャフトＣＲＫなどの駆動装置からのパワー出力（トルク）のための回転シャフトである。センサ１０００は、ネジ留具１００３を用いてトランスデューサをシャフト１００１に締結するのに使用されるリング１００２を備える。またリング１００２は、変形可能な円筒体１００５に留め付けられる。そして変形可能な円筒体１００５は、ベルト係合リング１００７に留め付けられる。ベルト係合リング１００７はまた、ベルト係合部１００８を備える。部分１００８は、マルチリブドの輪郭として示されている。部分１００８は、ベルト伝動システムに用いられるベルトに応じて、平らあるいは単一の溝（Ｖベルト）の輪郭であってもよい。
【００６０】
変形可能な円筒体１００５は、運転時のトルク荷重を受けたときに捩り変形できるように十分に薄い。円筒体１００５は、運転時の荷重が掛かったときに破損することなしに歪むのに十分な可撓性を備えるとともに、トルクを伝達する機能を維持するのに十分な強度と靭性を備える素材であれば何であってもよい。利用できる素材には、アルミ、鉄、チタン、マグネシウム、合金やこれらの組み合わせを含む金属材料はもちろんのこと、プラスチックも含まれる。素材はシステムの運転に対する要求(operational requirements)に基づいて選択される。
【００６１】
一方、リング１００２、リング１００７、そしてベルト係合部１００８は、各々円筒体１００５に比べ十分に剛性を備え、リング１００２、リング１００７、そしてベルト係合部１００８における全ての歪みは、実質上円筒体１００５における歪みに比べて取るに足らないほど小さい。トルクトランスデューサにおける全ての歪みは実質上円筒体１００５に現れることが望ましい。これは歪みゲージにより検出される歪みを最大にして、それにより歪みゲージにおける抵抗の変化を最大にし、そして取り付けられた計器により検出される電圧変化を最適化する。
【００６２】
低摩擦ベアリング１００９が、リング１００７とベルト係合部１００８と円筒体１００５の間に配置される。ベアリング１００９は、リング１００７がリング１００２に対して捩り方向に固定されることを防止しながら、リング１００７とベルト係合部１００８を同時に径方向に支持し、それにより、全てのトルクが円筒体１００５を通して伝達されるように制限する。ベアリング１００９は、この技術分野で知られている適切な如何なる低摩擦ベアリングであってもよく、これにはボールベアリング、ニードルベアリング、ローラベアリングが含まれるがこれらに限定されるものではない。滑らかにされた低摩擦摺動面をベアリングの代わりに用いてもよい。
【００６３】
図１０は、トルクトランスデューサの別の実施形態の断面図である。本発明に関わるトルクトランスデューサで用いられる信号調整装置２００２とスリップリング２００１は、周知のものであり、例えば、ミシンガン・サエンティフィック社(Michigan Scientific Inc.)により提供される１つの部品ユニットは、部品番号、ショートＳ６／Ｘ／ＳＧ１(part no. Short S6/X/SG1)である。スリップリング２００１は、アダプタ２０１２と協働する状態で示される。コンポーネントのシャフト２００６は、キー２０１５を用いてアダプタ２０１２に連結されている。アダプタ２０１２は、ファスナ２０１１により変形可能な円筒体２００９に連結される。ベアリング２００３と２００４は、歪が円筒体２００９内に隔絶されるようにしながら、両端においてベルト受面２００５を支持する。アダプタプレート２０１０は、ファスナ２０１６を用いてスリップリング／信号調整装置に円筒体２００９を連結する。変形可能な円筒体２００９の表面に貼着された歪みゲージの配置は、図１２〜１５に示される何れであってもよい。
【００６４】
図１１は、別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。ハブ３００２は、ボルト３００５を用いてクランクシャフト３００１に連結される。クランクシャフト３００１は、自動車エンジン（図示せず）の一部である。ハブ３００２は、変形可能な円筒部すなわち管状部３００６を有する。歪みゲージは、ここで図１２〜１５に示されるように、管状部表面３００７に貼着される。変形可能な管状部３００６は、ボルト３０１３により外側リング３００３に連結される。周知のスリップリングと信号調整装置３０１１は、ボルト３０１２により管状部３００６に連結される。管状部３００６と外側リング３００３は、機械加工されてもよくあるいは単一のユニットとして製造されてもよく、それにより、ボルト３０１２、３０１３の必要性を除去し、そして全コンポーネントの重さを削減してもよい。
【００６５】
ベアリング３００４は、外側リング３００３とハブ３００２の間の環状空間３０１５に配置される。環状空間３０１５とベアリング３００４は、環状部３００６における捩り歪みを最適化するためにクランクシャフト３００１から放射状に配置される。トルクが掛かると、ベアリング３００４は、外側リング３００３がハブ３００２に対して僅かに回転させ、それにより掛かったトルクに比例して管状部３００６を歪ませる。外側リング３００３に対する十分に高いモジュラスは、歪みに関わる全てのトルクが実質的に管状部３００６にのみに起こることを保証する。ベアリング３００４は、荷重が掛かった状態において、管状部３００６過度に変形すなわち捩られることがないように支持する。ベアリング３００４には、シールドベアリングも含まれる。管状部３００６と外側リング３００３が単一のユニットである場合、ベアリング３００４は圧入嵌合により取り付けられる。
【００６６】
エラストマ部材３００８が、外側リング３００３とベルト受部材(belt bearing member)３００９の間に配置される。エラストマ部材３００８は、天然ゴムや合成ゴム、あるいはこれらの組み合わせの如何なるものでもよく、限定されるものではないがＨＮＢＲかつまたはＥＰＤＭを含む。部材３００８は、この分野で周知の接着剤によって、あるいは環状空間３０１４内に圧縮されることにより、あるいはこれらの組み合わせにより、部材３００９と外側リング３００３との間に保持される。エラストマ部材３００８の圧縮は、圧縮されていない厚さの２０％〜７０％の範囲内である。
【００６７】
エラストマ部材３００８は、クランクシャフトの回転とエンジンの作動により発生するクランクシャフトの振動を減衰する。このような方法での振動の減衰は、クランクシャフトにより駆動されるベルト伝動システムの摩損を低減し、それによりシステムコンポーネントの有効寿命を増大させ、車のフレームおよび乗り手に対する望ましくない騒音と振動の伝達を低減する。ベルト受部材３００９は、マルチリブドベルトと係合するためのマルチリブド形状３０１０を有する。
【００６８】
図１０に示された形式の一体的なスリップリングと信号調整装置３０１１は、ハブ３００２にボルト３０１２により連結される。本発明に関わるトルクトランスデューサは、十分にコンパクトであるため、現在クランクシャフトダンパによって要求されている容積と同じ大きさで使用できる。
【００６９】
図１２は、変形可能な部材に設けられたシングルフルブリッジ歪みゲージ装置(single full bridge strain gage installation)の模式図である。円筒体１００５は、円筒の位置が０°と１８０°として示される「展開」された平面図として示される。回転軸はＲ−Ｒである。４５°歪みゲージのペアＴ１Ｃ１とＴ２Ｃ２は、円筒体１００５の外向きに配置される表面における位置０°と１８０°にある。用語“４５°”は、軸Ａ−Ａに対する各歪みゲージの主軸方向の角度ついての位置関係に対応している。軸Ａ−Ａは、軸Ｒ−Ｒに対して角度９０度で配置される。この角度の位置関係は、歪みゲージの軸が実質的に主歪み方向と一直線となることから、捩り歪みを検出する上で最大感度を与える。約４０°〜５０°の範囲の角度において、満足できる結果が得られる。図１２〜１５に示されたものも、管状部３００６における歪みゲージの配置の代表例である。
【００７０】
図１３は、三相駆動(bipolar excitation)によるシングルフルブリッジ歪みゲージ装置(single full bridge strain gage installation)の模式図である。歪みゲージＴ１、Ｔ２、Ｃ１、Ｃ２の各々は役割に適した周知の抵抗からなる。図１１に示すように、各々は円筒体１００５の表面に接着される。円筒体１００５の変形は、プーリ／センサの組み合わせにより伝達されるトルクに比例する。歪みゲージ信号調整装置と接続された器械モジュール(instrumentation module)への信号はＳ＋とＳ−で表わされる。電圧源はＰ＋とＰ−で表わされる。
【００７１】
図１４は、変形可能な部材に装置されたダブルブリッジ歪みゲージ装置の模式図である。円筒体１００５は、「展開」された平面図として示され、円筒上の位置が円筒体１００５の外側に位置する表面における０°、９０°、１８０°、２７０°として示される。４５°歪みゲージのペアは、Ｔ１Ｃ１が０°に、Ｔ２、Ｃ２が９０°に、Ｔ３Ｃ３が１８０°に、Ｔ４Ｃ４が２７０°に配置される。歪みゲージＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の各々は、役割に適した周知の抵抗からなる。各歪みゲージは、図１３に示されるように、円筒体１００５に接着され、プーリ／センサの組み合わせにより伝達されるトルクに直接比例する円筒体１００５の歪みが計測される。図１２において述べたように、用語“４５°”は、各歪みゲージの主軸方向の軸Ａ−Ａに対する角度ついての位置関係に対応している。軸Ａ−Ａは、軸Ｒ−Ｒに対して角度９０度で配置される。これは、歪みゲージの軸が実質的に主歪み方向と一直線となることから、捩り歪みを検出する上で最大感度を与える。約４０°〜５０°の範囲の角度において、満足できる結果が得られる。
【００７２】
図１５は、三相駆動(bipolar excitation)によるダブルブリッジ歪みゲージ装置の模式図である。ダブルブリッジ歪みゲージは、小さい歪みの検出に対して大きな感度を与える。歪みゲージ信号調整装置と接続された器械モジュール(instrumentation module)への信号はＳ＋とＳ−で表わされる。電圧源はＰ＋とＰ−で表わされる。
【００７３】
本発明に関わるシステムとコンポーネントは、最小限の改造により既存の車両のフロントエンド補機駆動に使用することができる。ハブ荷重トランスデューサは、アイドルプーリ内に嵌め込まれる。トルクトランスデューサは、各々オリジナルの装具として、あるいは既存のトルク伝達補機プーリやクランクシャフトへ後から取り付けることができるため、大きな適応性を与える。
【００７４】
図１６は、試験用のベルト伝動システムの模式図である。この代表例としてのシステムでは、トランスデューサはＰ＿Ｓプーリ、パワーステアリングプーリ、ＡＬＴプーリ、すなわちオルタネータプーリに取り付けられる。ハブ荷重トランスデューサは、アイドル（ＩＤＬ）プーリに取り付けられる。ベルトは、クランクシャフトプーリＣＲＫによりＤ方向に駆動される。もちろんユーザは、ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いた（ｎ−１）個のプーリを取り付けることも可能である。ここで（ｎ）はプーリの総数である。
【００７５】
図１６における試験用システムに関するレイアウトデータは以下のとおりである。
【表１】
【表２】
【００７６】
それぞれの張力は、以下の式を用いて計算される。
【数１】
【００７７】
限定するものとしてではなく、説明の目的のためのサンプルとしての計算は、以下のようになる。
【数２】
【００７８】
駆動効率を計算し、この量を特定するには回転速度が計測される必要がある。上記例に関し、クランクシャフトにおけるトルクは、計算されるのではなく、トルクトランスデューサを用いて直接計測されなければならず、
Ｑｃｒ＝＋１３５［Ｎ・ｍ］、クランクシャフトＣＲの回転速度＝１０００ｒｐｍ
Ｑａｃ＝−３０［Ｎ・ｍ］、エアコンＡＣの回転速度＝１１００ｒｐｍ
Ｑａｌ＝−２０［Ｎ・ｍ］、オルタネータＡＬの回転速度＝３３００ｒｐｍ
Ｑｐａ＝−１５［Ｎ・ｍ］、パワーステアリングＰＡの回転速度＝１３００ｍｍ
Ｑｗｐ＝−５［Ｎ・ｍ］、ウオータポンプＷＰの回転速度＝２０００ｍｍ
である。
【００７９】
駆動効率は、以下のように計算される。
η＝ａｂｓ（［ＱＡＣ×ＡＣ＋ＱＡＬ×ＡＬ＋ＱＰＡ×ＰＡ＋ＱＷＰ×ＷＰ］／［ＱＣＲ×ＣＲ］）×１００％
＝｜（３０×１１００＋２０×３３００＋１５×１３００＋５×２０００）／１３５×１０００）×１００｜
η＝９５．１９％
【００８０】
図１７は、試験用のベルト伝動システムにおいて計測されたハブ荷重とトルクを示すグラフである。上で実行されたサンプルのベルトスパン張力計算は、タイムステップ２３秒で行われる。トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、各タイムステップで計算可能であり、タイムステップ２３はランダムに選ばれる。曲線（Ａ）は、アイドラハブ荷重である。曲線（Ｂ）はオルタネータトルクであり、曲線（Ｃ）はパワーステアリングポンプ（Ｐ／Ｓ）トルクである。各々の値は、この明細書に説明された器具類により、図１６に示されるように計測される。
【００８１】
試験用のシステムは、３つの荷重／不荷重周期に置かれる。０時点から約４秒の時点まで、オルタネータのトルクとアイドラのハブ荷重は略一定である。約２秒の時点では、荷重の増大に対応してパワーステアリングトルクは増大する。荷重は約１１秒の時点まで略一定である。約４秒の時点から５秒の時点まで、オルタネータのトルクは低減する。５秒の時点では、オルタネータのトルクは一様となる９秒の時点まで安定的に増大する。約４秒の時点では、ハブ荷重は一様となる６秒の時点まで低減する。６秒の時点では、それは４秒の時点で計測された値まで急激に増大する。１１秒の時点では、この周期が２５秒の時点まで繰り返され、また再び３７＋秒の時点まで繰り返される。
【００８２】
図１８は、試験用のベルト伝動システムにおける各時点で計算された張力のグラフである。カーソルＸは、２３秒位置にあり、図１６の結果との相互関係を示し説明する。曲線（Ａ）はアイドラ張力Ｔ４である。曲線（Ｂ）はオルタネータ張力Ｔ３であり、曲線（Ｃ）パワーステアリングポンプ（Ｐ／Ｓ）張力Ｔ２である。ここで説明された計算は、好ましくは、この計算を実行するためのコンピュータプログラムを用いて実行される。コンピュータプログラムは周知の方法を用いて完成される。
【００８３】
図１７に示された各周期の進展は、図１８において明瞭に観察される。例えば、アイドラがトルクを伝達しないことから、図１６に示されるようにスパン３とスパン４におけるアイドラベルトスパン張力は、図１７に示されるアイドラハブ荷重に対応する。スパン２（曲線（Ｂ））におけるベルト張力は、オルタネータトルクの関数である（図１７参照）。スパン１（曲線（Ｃ））におけるベルト張力は、オルタネータトルクとパワーステアリングトルクの関数である（図１７参照）。
【００８４】
ここに説明されたシステムと方法は、ハブ荷重トランスデューサが嵌められたアイドルプーリを除いて（アイドルプーリはトルクを全く伝達しないことから）、全てのプーリにトルクトランスデューサを取り付けることに使用できることが理解されるであろう。
【００８５】
ここでは、本発明の幾つかの形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。
【図２】ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。
【図３】ハブ荷重トランスデューサ・センサリングの平面図である。
【図４Ａ】ハブ荷重トランスデューサの平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの４Ｃ−４Ｃにおける側面図である。
【図５】ハブ荷重トランスデューサの分解斜視図である。
【図６】ハブ荷重トランスデューサの自動調心部の部分平面図である。
【図７】ハブ荷重トランスデューサの自動調心部の部分平面図である。
【図８】ベルト補機伝動装置の模式図である。
【図９】トルクトランスデューサの断面図である。
【図１０】別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。
【図１１】別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。
【図１２】可変部材に装着されたシングルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１３】三相駆動によるシングルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１４】可変部材に装着されたダブルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１５】三相駆動によるダブルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１６】試験用ベルト伝動システムの模式図である。
【図１７】試験用ベルト伝動システムの各時点において計測されたハブ荷重とトルクを示すグラフである。
【図１８】試験用ベルト伝動システムの各時点で計算されたコンポーネント張力のグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトの動的張力計測のための装置および方法に関し、特にハブ荷重トランスデューサ(hubload transducer)およびトルクトランスデューサ(torque transducer)を用いた駆動効率計測のためのベルトの動的張力計測のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な歪み計測装置が知られている。それらは荷重が掛けられるとともに歪みゲージが取り付けられた可変部材(strainable member)を一般に備える。それらの中に、変形可能なビーム部材と撓みビーム部材を有する環状ゲージリングを備える装置がある。可撓性ビーム部材は複数の環状部を相互に連絡する。
【０００３】
また、周知の装置の中には、双対ビーム検出部材があり、これは平行に離間した桁部材によって一体的に連結された離間した端部壁部材を備え、ビーム部材は１つの方向にのみ比較的撓み易いすなわち曲げられ易い。端部壁の一方は支持構造に通常取り付けられており、他方の端部壁はシャフトに有効にあるいは直接取り付けられる。
【０００４】
この技術の代表はレトバーラ(Lehtovaara)に与えられた米国特許第６，２１６，５４７号明細書（２００１年）であり、環状内側リング部と環状外側リング部を備え変形可能なビーム部材と撓みビーム部材を有する環状ゲージリングを備える荷重センサを開示する。可撓性ビーム部材は複数のリング部を相互に連絡する。
【０００５】
また、２００２年９月３０日に出願された出願人の同時係属中の米国特許出願第１０／２６２，０３５号も参考にでき、これは内側リングと外側リングの間に同一平面的に配置された変形可能なリングを備えるハブ荷重トランスデューサを開示する。
【０００６】
また、他端がシャフトに連結された状態でプーリに連結された円筒形部材を備え、円筒形部材に取り付けられた歪みゲージを有するトルクロードを計測するためのプーリが知られている。
【０００７】
この技術の代表は、日本国特許出願公開公報第２００１０９９２７１号であり、他端がシャフトに連結された状態でプーリに連結され、円筒形部材に取り付けられた歪みゲージを有する円筒形部材を開示する。
【０００８】
従来技術は、ハブ荷重トランスデューサおよびトルクトランスデューサを組み合わせ１つのシステムとして機能させることを教示しない。また、ハブ荷重トランスデューサは、撓みビーム部材と変形可能なビーム部材を備え比較的複雑である。従来のトルクトランスデューサは、円筒部を他の支持構造からの捩りに対して分離する手段に欠けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
必要とされているのは、稼動中のベルトスパン張力をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置である。必要とされているのはベルト駆動効率をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置である。本発明はこれらの要求に合致する。
【００１０】
本発明の第１の目的は、稼動中のベルトスパン張力とクランクシャフトトルクをハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、ベルト駆動効率をハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測する方法と装置を提供することである。
【００１２】
本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、稼動中のフロントエンド補機ベルト張力を、ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いて計測するための方法と装置に関する。ハブ荷重トランスデューサは、同心的な複数のリングを備え、内側リングと外側リングの間に同一面となるように可変部材が配置される。ハブ荷重トランスデューサは、トルクを伝達しないアイドルプーリとともに用いられる。トルクトランスデューサは、ベルト受面と回転シャフトに連結された可変円筒部材を備える。トルクトランスデューサは、トルクを従動補機に伝達する。それは、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングポンプなどの補機に用いられる。ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサからの信号は、ベルトと従動補機の間のベルトスパン張力とともに駆動効率を計算するのに用いられる。
【００１４】
この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。ハブ荷重トランスデューサは比較的コンパクトであり、プーリ内においてシャフト荷重すなわちシャフトの動的挙動を計測するのに用いられ得る。これにはハブ荷重の計測が含まれるので、結果としてベルトスパン張力が計測される。ハブ荷重は、ベルト伝動システムにおけるベルト張力によりプーリとそのシャフトに掛かる荷重である。
【００１６】
トランスデューサ１００は一般に、弧状内側部材すなわちハブリング１０１とセンサリング１０２、弧状外側部材すなわち外側リング１０３とを備える。ハブリング１０１は、トランスデューサを取付面に取り付けるための手段として機能するボア１０４を備える。ボルトなどのファスナは、ハブリング１０１にボア１０４を通して係合し、トランスデューサを取付面に連結する。ハブリング１０１は、トランスデューサを取付面に連結する確りとした手段を提供するために比較的リジッドである。ハブリング１０１は更に、ハブリングを取付面に取り付けるための一体的なシャフトを備えてもよい。ハブリング１０１は、連結部すなわち部材１０８によりセンサリング１０２に連結される。
【００１７】
ハブリング１０１の各側面に設けられたアパーチャ１２０、１２１は、センサリング１０２の内周面１２２、１２３への通路（アクセス）を提供する。アパーチャ１２０、１２１を通した通路（アクセス）は、歪みゲージ３０２、３０３をセンサリング１０２に取り付けるために用いられる。アパーチャ１２０、１２１を使用するかは、スロット５１１の幅に依存する。アパーチャ１２０、１２１の採用は、スロット５１１の幅を、センサリング１０２がハブリングの横方向運動範囲の限界においてハブリング１０１にぎりぎり触れないところまで極小化でき、これによりトランスデューサの全体の直径を従来技術よりも小さくすることができる。例えば、スロット５１１が特に狭い場合、例えば約２ｍｍよりも小さいとき、センサリング１０２への歪みゲージの取り付けのためのアクセスは極めて制限され、恐らくアパーチャ１２０、１２１が無ければ不可能であろう。
【００１８】
センサリング１０２は、ハブリング１０１と外側リング１０３の間に連結される。センサリング１０２は、内側ハブリング１０１と外側リング１０３の弧状部と同心的に協働する弧状可変部材(arcuate strainable member)を備える。ハブリング、センサリング、外側リングの同心的な関係は、例えばプーリ内などの狭い場所での利用において、本発明に関わるトランスデューサを例えば６０ｍｍよりも小さい最小の直径にすることを可能にする。
【００１９】
スロット５１０は、センサリング１０２と外側リング１０３の間に配置される。スロット５１１は、センサリング１０２と内側リング１０１の間に配置される。荷重が掛かった状態では、センサリング１０２は引き延ばされ、すなわちＡ−Ａ方向に長軸を、Ｂ−Ｂ方向に短軸を持つ楕円形に変形する（図３参照）。スロット５１１の幅は、荷重が掛かった状態のときに、センサリング１０２のＢ−Ｂ方向へ必要とされる総体的変形量によって決定される。スロット５１１の幅は、センサリング１０２の厚さＴの関数でもある。厚さ（Ｔ）は、最大設計荷重を含むセンサリングが晒される動的条件によって決定される。有限要素解析を用いて、厚さ（Ｔ）は予想される荷重条件の下で好適なダイナミックレンジを与えるように最適化される。
【００２０】
図３に示されるように、少なくとも１つの歪みゲージがセンサリングに取り付けられる。ハブ荷重力ベクトルがベクトル６００で表わされる。センサリング１０２は、ハブリングへのハブ荷重の作用により歪みゲージの位置において表面歪み(surface strain)が生じるのに十分な可撓性を有する。センサリング１０２は、弧状連結部材５１２を介して外側リング１０３と部分１０７に連結される。部分１０７と連結部１０８は、実質的にセンサリング１０２の互いに反対側に配置される。部材５１２におけるセンサリング１０２の外側リング１０３へ連結は、軸Ａ−Ａに沿ったハブ荷重力６００を受けたときに、センサリング１０２の変形を増大させ、それによりセンサリング１０２における表面歪みを増大させる。ベクトル６００は、特定の方向を持つものとして示されているが、トランスデューサは如何なる方向のベクトルを持つ荷重をも検出することができる。無論、総合的な感度は、ベクトル６００とそれに対する歪みゲージの位置との間の空間的な関係に依存して影響されるであろう。このためトランスデューサの感度は、部分１０７と部材１０８に対してのベクトル６００の方向、歪みゲージの位置、そしてセンサリング１０２の厚さに基づいて最適化される。
【００２１】
各連結部材５１２は、トランスデューサに荷重が掛かっているとき、センサリング１０２とともに部分的に変形する。部材５１２は、トランスデューサ、より具体的にはセンサリング１０２により掛けられる動的荷重の関数である所定のバネ率(spring rate)を有する。この所定のバネ率は、次に各部材の弧状形状を決定する。
【００２２】
稼動中センサリング１０２は振動と周期的荷重に常時曝されることが理解される。これは、センサリング１０２と外側リング１０３の間の連結部に応力を与える。これゆえに、部材５１２の弧状形状は、分配し分散させなければセンサリング１０２と外側リング１０３との間の連結部に存在し得たストレスライザー(stress risers)を低減することにより、トランスデューサの耐用年数を延ばす。これはさもなければストレスライザーにより連結部に起こり得た疲労クラックの可能性を最小のものとする。
【００２３】
外側リング１０３に設けられたアパーチャ１０５、１０６は、センサリング１０２への歪みゲージ３０１、３０４の取り付けを容易にするために用いられる（図３参照）。アパーチャ１０５と１０６を通したアクセスは、センサリング１０２に歪みゲージ３０１、３０４を取り付けるために用いられる。アパーチャ１０５、１０６を利用するかは、スロット５１０の幅に依存する。アパーチャ１０５、１０６の採用はスロット５１０の幅を、センサリング１０２がセンサリングの横方向運動範囲の限界においてリング１０３にぎりぎり触れないところまで極小化でき、これによりトランスデューサの全体の直径を従来技術よりも小さくすることができる。例えば、スロット５１０が特に狭い場合、例えば約２ｍｍよりも小さいとき、センサリング１０２への歪みゲージの取り付けのためのアクセスは極めて制限され、恐らくアパーチャ１０５、１０６が無ければ不可能であろう。
【００２４】
ブラケット５００は、歪みゲージ信号調整装置を受容するのに用いられてもよい。ブラケット５００は外側リング１０３に取り付けられる。ブラケットは、外側リング１０３の一体的な部分として形成、すなわちキャスト(cast)されてもよい。
【００２５】
外側リング１０３は、装置に構造的強度を与えるとともに、トランスデューサをベアリングやプーリへ係合するための手段を提供する。外側リング１０３は、プーリベアリング内に押入され、ベアリングはベルトに係合するプーリと係合する。外側リング１０３は、ベルト伝動システムにおけるトランスデューサの周りのプーリの回転運動を可能にするのに十分な剛性を有する。
【００２６】
ハブリング１０１、センサリング１０２、外側リング１０３は実質的に同一平面内にある。より具体的には、各々のリングは他のリングの内側に同心的に入れ子になっている。リングを入れ子とすることは、本発明に関わる装置の厚さを最小限度まで減らし、それにより、例えば装備用のスペースが制限される現在の車両のフロントエンド補機駆動装置でのプーリ内におけるトランスデューサの使用を可能にする。本発明のトランスデューサは、ベルト伝動システムに現に存在するプーリに置き代えて用いることができるので、現在のシステムを殆んどあるいは全く変更せずに、装備取り付けのための部品を新たに追加することができる。トランスデューサは、シャフトの動的挙動すなわちテンショナアームの動的挙動を計測するために、テンショナプーリとテンショナアームの間、テンショナプーリシャフトにおいて用いることもできる。
【００２７】
好ましい実施形態では、本発明のトランスデューサは、例えばアルミ、スチール、チタン、マグネシウムやこれらの組み合わせあるいは合金を含む金属など、１つの材料から機械成形されてもよい。装置はまた、トランスデューサにより掛けられる荷重に従って、プラスチック、セラミック、フェノール樹脂、粉末金属など適切な素材から、キャスト、切削、あるいは金型成形されてもよい。
【００２８】
別の実施形態では、それは３つの部品、すなわち、接着剤やネジにより連結されたハブリング、センサリング、そして外側リングから構成されてもよい（図４ａ参照）。この実施形態では、ハブリングと外側リングは、セラミック素材からなり、センサリングは金属材料からなる。また別の実施形態では、特に低荷重のアプリケーションでは、ハブリングと外側リングはプラスチック素材からなる。プラスチックは、設計荷重に十分耐えるとともに、十分なモジュラスとそれが搭載されるエンジンの運転温度に対する十分な耐熱性を備えればよい。
【００２９】
また別の実施形態では、センサリングと外側リングは、ハブリングがセンサリングにネジあるいは接着剤により取り付けられた機械成形された単一の部品でもあってもよい。この実施形態では、センサリングと外側リングは例えば金属材料からなり、ハブリングは例えばセラミック素材からなる。ハブリングは、荷重が比較的低いアプリケーションではプラスチック素材であってもよい。プラスチックは、十分なモジュラスとそれが搭載されるエンジンの運転温度に対する十分な耐熱性を備えればよい。
【００３０】
図２は、トランスデューサの斜視図である。トランスデューサ１００は、プーリ２００の中に入れられた状態で示される。ベアリングあるいは複数のベアリング２０５は、外側リング１０３の外側に押し付けられ、外側リング１０３とプーリ２００の間の環状空間を埋める。ブラケット５００は、トランスデューサ１００にファスナ５０１、５０２によって取り付けられる。プーリ２００は、従来この分野で知られているどのようなベルト支持形状(belt bearing profile)を持つものであってもよい。
【００３１】
図３は、トランスデューサ・センサリングの平面図である。センサリング１０２は、歪みゲージ３０１、３０２、３０３、３０４がそこにフルブリッジの構成で取り付けられた状態で示される。歪みゲージは、電線４０１、４０２、４０３、４０４により連結される。電線４０２と４０３は、計器のリード線との連結のためにブラケット５００へと導かれる。歪みゲージ３０１と３０４は、アパーチャ１０５、１０６を通してセンサリング１０２に取り付けられてもよい。歪みゲージ３０２と３０３は、アパーチャ１２０、１２１を通してセンサリング１０２に取り付けられる。歪みゲージは、力のベクトル軸Ａ−Ａが歪みゲージ間の想像線(imaginary line)Ｂ−Ｂに垂直となるように向きが合わせられる。歪みゲージのフルブリッジの構成は、大まかに図１２および図１４に示される通りである。
【００３２】
図４Ａは、ハブ荷重トランスデューサの平面図である。これはここ以外の場所で示されるように、別体のハブリング１０１、センサリング１０２、外側リング１０３を用いた実施形態である。センサリング１０２は、外側リング１０３にネジ２０３、２０４を用いて締結される。ハブリング１０１は、ネジ２０１、２０２を用いてセンサリング１０２に締結される。リングを締結する他の手段としては、溶接、接着、リベット留や、この分野で知られている他の適切な手段などが含まれる。ネジ２０１、２０２、２０３、２０４は、ハブ荷重の軸線Ａ−Ａに対して図示されるような向きに配置される。
【００３３】
図４Ｂは、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂでの断面図である。ネジ２０１、２０４は、センサリング１０２を外側リング１０３に連結した状態で示される。ブラケット５００は、ここ以外の場所で示されるように、歪みゲージの電線を計器のリード線に連結する手段を提供する。
【００３４】
図４Ｃは、図４Ｂの４Ｃ−４Ｃにおける則面図である。ネジ２０３、２０４は、外側リング１０３をセンサリング１０２に連結した状態で示される。
【００３５】
図５は、トランスデューサの分解斜視図である。ベアリング２０５は、トランスデューサ１００の外側リング１０３に押し付けられる。プーリ２００は、ベアリング２０５に押し付けられる。アパーチャ１２０と１２１は、センサリング１０２に歪みゲージを取り付けるためのアクセスを提供する。
【００３６】
図６は、自動調心部の部分平面図である。トランスデューサの感度を最適化するためには、センサリングがハブ荷重ベクトル６００の影響を受けやすいよう配置されることが望ましく、すなわちベクトル６００が軸線Ａ−Ａと一直線になり、それにより歪みゲージが軸線Ｂ−Ｂに沿って配列されるように配置されることが望ましい（図３参照）。これは自動調心部材７００を用いることにより達成される。
【００３７】
より具体的には、偏心的な自動調心部材７００がリングボア１０４の内側に配置される。限定的ではなく例示的に、偏心部材７００は、ボア１０４の中に押入され嵌め合わされる。また部材７００が単に弧状内側部材１０１の一部分、すなわち弧状内側部材がトランスデューサの幾何学的中心とは直列しない中心７０５を持つボア７０１を備えてもよいことも理解されるであろう。
【００３８】
偏心部材７００は、ボア７０１を備える。ボア７０１の中心７０５は、偏心部材の幾何学的中心７０４から一定距離離れて偏心的に配置される。偏心部材の幾何学的中心７０４は、トランスデューサの幾何学的中心とセンサリングの幾何学的中心とも一致する。ベアリング７０２は、ボア７０１の中に押入される。ボルトなどの締結部材(fastening member)７０３は、ベアリング７０２を挿通し、ベアリング７０２を、それによってトランスデューサを取付面（図示せず）に取り付ける。ベアリング７０２の作用により、トランスデューサは自由に締結部材７０３の周りに回転可能である。
【００３９】
代表的な状況におけるトランスデューサに作用するハブ荷重ベクトル６００が図示される。ハブ荷重は張力が掛かっているベルトＢＴによって発生する。典型的な配置では、ベクトル６００は、初めボア中心７０５から距離（Ｄ）だけ横方向にオフセットされている。ハブ荷重６００が掛かると、直ちに部材７００の自動調心特性がトランスデューサを適正に位置決めするように作動する。より具体的には、距離（Ｄ）は偏心部材７００に作用するトルクを発生するレバーアームとして働く。トルクは、偏心部材７００、そしてそれによりトランスデューサ１００とセンサリング１０２をベクトル６００が中心７０５と直列するまでベアリングの周りに回転させ、それにより自動調心トルクを除去し、釣合い状態を取り戻す。自動調心におけるこの作動の仕方は、ベクトル６００の方向に関わらず適用される。
【００４０】
図７は、自動調心部の部分平面図である。ベクトル６００は、ボア中心７０５と直列している。この方向付けは、歪みゲージ３０１、３０２、３０３、３０４が最適な検出位置にあることをもたらし、すなわち、図３に示されるように軸線Ｂ−Ｂに沿って整列される。
【００４１】
トランスデューサは、図６、７に示されたような自動調心部材７００があってもなくても作動できることが理解できる。自動調心部材７００の利用は、トランスデューサに必要とされる感度と運転条件による。これは更に稼動中のベクトル６００の変動範囲にある程度依存する。トランスデューサの感度は、荷重ベクトル６００とともに、歪みゲージのアライメントに相関する。例えば、もし本発明のトランスデューサが、ベクトル６００の向きの範囲が狭いアイドラとともに用いられるならば、自動調心部材の必要性はあまり重要でないであろう。一方、トランスデューサが、テンショナアームの運動により生じる比較的大きな変動範囲を有するテンショナにおいて用いられる場合、自動調心部材の使用はトランスデューサに要求される感度を維持するのに有利である。
【００４２】
図８は、ベルト補機伝動装置の概略図である。マルチリブドベルトの展開とともに、エアコン用補機、パワーステアリング用補機、オルタネータや、ウオータポンプを含む全ての補機を駆動するための単独多軸掛けベルトの実施と使用が自動車産業によって広く採用されている。ここで説明される伝動装置は、ベルト（Ｂ）のマルチリブド側と背面側の両方を利用する。これは、そうしなければ各補機を駆動するのに求められる多数のベルトの必要性を除去し、前後方向へのエンジンの寸法全体を縮小する。ベルト伝動装置の代表的な配置が図８に示される。より具体的には、プーリは、オルタネータ“ＡＬ”、パワーステアリングポンプ“ＰＡ”、ノントルク(non-torque)すなわちトルク荷重の受け渡しをしないテンショナアイドラ“ＩＤＬ”、ウオータポンプ“ＷＰ”、クランクシャフト“ＣＲ”、エアコン用コンプレッサ“ＡＣ”として示される。プーリ間の各々のベルトスパンは、ＰＡからＩＤＬが“１”、ＩＤＬからＷＰが“２”、ＷＰからＣＲが“３”、ＣＲからＡＣが“４”、ＡＣからＡＬが“５”、ＡＬからＰＡが“６”として示される。この説明の目的のために、ハブ荷重トランスデューサは、テンショナＩＤＬに取り付けられている。トルクトランスデューサは、ＡＣ、ＡＬ、ＰＡ、ＷＰに取り付けられている。トルクは各補機とＣＲにおいて受け渡しされる。
【００４３】
運転時ベルト張力動的計測(operating belt tension dynamic measurement)とは、エンジンとベルトが作動中に計測が行われることを意味する。これは、エンジンとベルトが作動されていない間に実行されるいわゆるベルト張力静的計測(belt tension static measurement)に対するものである。張力計を用いた静的な計測の場合、各ベルトスパンに振動を起こすことにより、この分野で周知のスパン振動周波数計測手法(span vibration frequency measurement technique)を用いて、各ベルトスパンの張力を推定することができる。
【００４４】
ここに図１〜７に示されるように、ハブ荷重トランスデューサは、アイドラ（ＩＤＬ）プーリに据え付けられる。アイドラ（ＩＤＬ）プーリでは、荷重（トルク）は受け渡しされない。一般的な単独多軸掛けベルト補機伝動システムは、ベルト経路を決めるためあるいはベルト張力制御のために、少なくとも１つのアイドラプーリを備える。アイドラプーリがテンショナに取り付けられる場合、それは「自動張力制御装置(automatic tension control)」と呼ばれる。一方、アイドラプーリがネジジャッキ組立体(jackscrew assembly)に取り付けられる場合、それは「固定中心張力制御装置(fixed center tension control)」と呼ばれる。
【００４５】
原理的には、プーリの両側のベルトスパン張力は、プーリによりトルクの受け渡しがなされない場合、初期取付張力から変化しない。ハブ荷重トランスデューサによってトルクが受け渡しされることはないので、ハブ荷重トランスデューサの両側におけるスパン張力は、
Ｔ１＝Ｔ２＝Ｈ／［２ｓｉｎ（θ／２）］ （１）
として計算できる。ここでＨはハブ荷重トランスデューサにより計測されるベルトハブ荷重力であり、θはこのプーリにおけるベルトの巻付け角の大きさである。ベルト巻付け角は、レイアウトの幾何形状から直接計測される。トランスデューサにより計測されたハブ荷重力Ｈは、「基線張力計測値(baseline tension measurement)」として参照される。図１〜７のために示されるように、ハブ荷重トランスデューサに設けられた歪みゲージは、この分野で周知の計器、例えば信号調整／増幅装置とオシロスコープあるいはハブ荷重力をニュートンで表示するデジタルメータに送られる信号を生成する。歪みゲージ信号調整／増幅装置の代表例は、ＵＲＬ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｏｔｅｃｈ．ｃｏｍ／ｃａｔａｌｏｇ／ｄａｑ／ｃａｔｄｂｋ４３．ｈｔｍｌに表示されるＩＯテック(IO Tech)社製歪みゲージモジュールＤＢＫ４３Ａ（商標）８チャンネル歪みゲージモジュールである。
【００４６】
ハブ荷重トランスデューサとは異なり、トルクトランスデューサはトルクを伝えるとともに計測することができる。トルクが、プーリ（例えばウオータポンプＷＰ用のプーリ）により伝えられる場合、トルクトランスデューサにおける張力の差は、
Ｔ３−Ｔ２＝２×Ｑ／Ｄ （２）
となる。ここで、Ｑはトルクトランスデューサで計測されるＮ・ｍでのトルクであり、Ｄはトルクトランスデューサにおけるプーリのメートルでのピッチ円直径である。一般に、トルクトランスデューサは、最大摩擦許容力(maximum friction capacity)を得るためにマルチリブドプーリに接続されている。トルクトランスデューサにより計測されたトルク値は、「増加張力計測値(incremental tension measurement)」として参照される。
【００４７】
ベルト伝動における効率（η）は、
η＝（［Ｐ出力］／［Ｐ入力］）×１００％
で定義される。ここでＰ入力はパワー入力でありＰ出力はパワー出力である。これらは各々以下のように定義される。
Ｐ入力＝ＱＣＲ×ωＣＲ
Ｐ出力＝（ＱＡＣ×ωＡＣ）＋（ＱＡＬ×ωＡＬ）＋（ＱＰＡ×ωＰＡ）＋（ＱＷＰ×ωＷＰ）
【００４８】
トルクＱＣＲ、ＱＡＣ、ＱＡＬ、ＱＰＡ、ＱＷＰは、対応する各シャフトにおいて直接トルクトランスデューサによって計測される。ＲＰＭでの回転速度も、対応する各シャフトにおいて計測される。従動ベルトプーリシステムの比較的高い効率により、準エネルギー保存状態が略達成される。したがって、必要とされるトルクトランスデューサの総数は、トルクコンポーネントの総数から１引いた数でよい。
【００４９】
システム内に摩擦損失がないと仮定した理想状態において、エネルギーの保存は全パワー入力が全パワー出力に等しいことを要求する。
ＱＣＲ・ωＣＲ＝ＱＡＣ・ωＡＣ＋ＱＡＬ・ωＡＬ＋ＱＰＡ・ωＰＡ＋ＱＷＰ・ωＷＰ
ここで、ωは回転速度を表わし、ラジアン／秒の次元単位を有する。
【００５０】
ベルトと各プーリの間に滑りがないと仮定すると、
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＡＣ×ＤＡＣ
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＡＬ×ＤＡＬ
ωＣＲ×ＤＣＲ＝ωＰＡ×ＤＰＡ
ωＣＲ×ＤＷＰ＝ωＡＣ×ＤＷＰ
【００５１】
滑り無しの等式を用いてエネルギー保存の式を解くと、クランクシャフトトルクＱＣＲは、コンポーネントのトルクにより以下のように表わされる。
ＱＣＲ＝ＱＡＣ×ＤＣＲ／ＤＡＣ＋ＱＡＬ×ＤＣＲ／ＤＡＬ
＋ＱＰＡ×ＤＣＲ／ＤＰＡ＋ＱＷＰ×ＤＣＲ／ＤＷＰ （３）
【００５２】
なお、式（２）、（３）を用いるとき、駆動トルクと従動トルクは、それぞれ“＋”と“−”で示される。駆動トルクは、クランクシャフトダンパトルクであり、従動トルクは個々のコンポーネント、例えばエアコン用コンプレッサ、オルタネータなどのトルクである。クランクシャフトトルクは、式（３）を用いて計算される。スパン１とスパン２における基線張力は、基線張力式（１）を用いて計算される。隣接するスパンの張力、例えばスパン３から６は、増加張力式（２）を用いてトルクトランスデューサ計測値を用いて計算される。
【００５３】
以下の仮の値はランダムに選択されたもので、限定的なものではなく、単に計算手順を説明する目的のために与えられたものである。
クランクシャフトダンパ、ピッチ円直径 ＤＣＲ＝２００［ｍｍ］
ＡＣにおいて計測されたトルク、 ＱＡＣ＝−３０［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＡＣ＝１８０［ｍｍ］
ＡＬにおいて計測されたトルク、 ＱＡＬ＝−２０［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＡＬ＝６０［ｍｍ］
ＰＡにおいて計測されたトルク、 ＱＰＡ＝−１５［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径 ＤＰＡ＝１５０［ｍｍ］
ＷＰにおいて計測されたトルク、 ＱＷＰ＝−５［Ｎ・ｍ］
ピッチ円直径ＤＷＰ＝１００［ｍｍ］
前述したように、“＋”符号は駆動トルクを示し、“−”符号は従動補機トルクを示す。
【００５４】
式（３）は駆動トルク（クランクシャフトトルク）を計算するのに以下のように用いられる。
ＱＣＲ＝２００／１８０×３０＋２００／６０×２０
＋２００／１５０×１５＋２００／１００×５＝＋１３０［Ｎｍ］
式（２）を用いると、各ベルトスパンにおける増加張力は、以下のように計算される。
Ｔ３４＝２×１３０×１０００／２００＝＋１３００［Ｎ］
Ｔ４５＝２×３０×１０００／１８０＝−３３３［Ｎ］
Ｔ５６＝２×２０×１０００／６０＝−６６７［Ｎ］
Ｔ６１＝２×１５×１０００／１５０＝−２００［Ｎ］
Ｔ２３＝２×５×１０００／１００＝−１００［Ｎ］
【００５５】
“１０００”の項は、単に単位変換から導かれるものである。
すなわち、１．０Ｎ・ｍ＝１０００．０Ｎ・ｍｍ
【００５６】
テンショナアイドラＩＤＬにおける巻付け角はθ＝６０°である。ＩＤＬにおいてハブ荷重トランスデューサにより計測されたハブ荷重はＨ＝３５０［Ｎ］である。
【００５７】
式（１）を用いて、スパン１とスパン２におけるベルト張力は、以下のように計算される。
Ｔ１＝Ｔ２＝Ｈ／［２×ｓｉｎ（θ／２）］＝３５０［Ｎ］
【００５８】
したがって、隣接するスパン張力は、以下のように計算される。
Ｔ３＝Ｔ２＋Ｔ２３＝３５０−１００＝２５０［Ｎ］
Ｔ４＝Ｔ３＋Ｔ３４＝２５０＋１３００＝１５５０［Ｎ］
Ｔ５＝Ｔ４＋Ｔ４５＝１５５０−３３３＝１２１７［Ｎ］
Ｔ６＝Ｔ５＋Ｔ５６＝１２１７−６６７＝５５０［Ｎ］
Ｔ１＝Ｔ６＋Ｔ６１＝５５０−２００＝３５０［Ｎ］
【００５９】
＜トルクトランスデューサ＞
図９は、トルクトランスデューサの断面図である。トルクセンサ１０００は、シャフト１００１に連結された状態で示される。シャフト１００１は、従動されるＡＣ、ＡＬ、ＷＰ、ＰＡなどの補機へのパワー（トルク）入力、あるいはクランクシャフトＣＲＫなどの駆動装置からのパワー出力（トルク）のための回転シャフトである。センサ１０００は、ネジ留具１００３を用いてトランスデューサをシャフト１００１に締結するのに使用されるリング１００２を備える。またリング１００２は、変形可能な円筒体１００５に留め付けられる。そして変形可能な円筒体１００５は、ベルト係合リング１００７に留め付けられる。ベルト係合リング１００７はまた、ベルト係合部１００８を備える。部分１００８は、マルチリブドの輪郭として示されている。部分１００８は、ベルト伝動システムに用いられるベルトに応じて、平らあるいは単一の溝（Ｖベルト）の輪郭であってもよい。
【００６０】
変形可能な円筒体１００５は、運転時のトルク荷重を受けたときに捩り変形できるように十分に薄い。円筒体１００５は、運転時の荷重が掛かったときに破損することなしに歪むのに十分な可撓性を備えるとともに、トルクを伝達する機能を維持するのに十分な強度と靭性を備える素材であれば何であってもよい。利用できる素材には、アルミ、鉄、チタン、マグネシウム、合金やこれらの組み合わせを含む金属材料はもちろんのこと、プラスチックも含まれる。素材はシステムの運転に対する要求(operational requirements)に基づいて選択される。
【００６１】
一方、リング１００２、リング１００７、そしてベルト係合部１００８は、各々円筒体１００５に比べ十分に剛性を備え、リング１００２、リング１００７、そしてベルト係合部１００８における全ての歪みは、実質上円筒体１００５における歪みに比べて取るに足らないほど小さい。トルクトランスデューサにおける全ての歪みは実質上円筒体１００５に現れることが望ましい。これは歪みゲージにより検出される歪みを最大にして、それにより歪みゲージにおける抵抗の変化を最大にし、そして取り付けられた計器により検出される電圧変化を最適化する。
【００６２】
低摩擦ベアリング１００９が、リング１００７とベルト係合部１００８と円筒体１００５の間に配置される。ベアリング１００９は、リング１００７がリング１００２に対して捩り方向に固定されることを防止しながら、リング１００７とベルト係合部１００８を同時に径方向に支持し、それにより、全てのトルクが円筒体１００５を通して伝達されるように制限する。ベアリング１００９は、この技術分野で知られている適切な如何なる低摩擦ベアリングであってもよく、これにはボールベアリング、ニードルベアリング、ローラベアリングが含まれるがこれらに限定されるものではない。滑らかにされた低摩擦摺動面をベアリングの代わりに用いてもよい。
【００６３】
図１０は、トルクトランスデューサの別の実施形態の断面図である。本発明に関わるトルクトランスデューサで用いられる信号調整装置２００２とスリップリング２００１は、周知のものであり、例えば、ミシンガン・サエンティフィック社(Michigan Scientific Inc.)により提供される１つの部品ユニットは、部品番号、ショートＳ６／Ｘ／ＳＧ１(part no. Short S6/X/SG1)である。スリップリング２００１は、アダプタ２０１２と協働する状態で示される。コンポーネントのシャフト２００６は、キー２０１５を用いてアダプタ２０１２に連結されている。アダプタ２０１２は、ファスナ２０１１により変形可能な円筒体２００９に連結される。ベアリング２００３と２００４は、歪が円筒体２００９内に隔絶されるようにしながら、両端においてベルト受面２００５を支持する。アダプタプレート２０１０は、ファスナ２０１６を用いてスリップリング／信号調整装置に円筒体２００９を連結する。変形可能な円筒体２００９の表面に貼着された歪みゲージの配置は、図１２〜１５に示される何れであってもよい。
【００６４】
図１１は、別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。ハブ３００２は、ボルト３００５を用いてクランクシャフト３００１に連結される。クランクシャフト３００１は、自動車エンジン（図示せず）の一部である。ハブ３００２は、変形可能な円筒部すなわち管状部３００６を有する。歪みゲージは、ここで図１２〜１５に示されるように、管状部表面３００７に貼着される。変形可能な管状部３００６は、ボルト３０１３により外側リング３００３に連結される。周知のスリップリングと信号調整装置３０１１は、ボルト３０１２により管状部３００６に連結される。管状部３００６と外側リング３００３は、機械加工されてもよくあるいは単一のユニットとして製造されてもよく、それにより、ボルト３０１２、３０１３の必要性を除去し、そして全コンポーネントの重さを削減してもよい。
【００６５】
ベアリング３００４は、外側リング３００３とハブ３００２の間の環状空間３０１５に配置される。環状空間３０１５とベアリング３００４は、環状部３００６における捩り歪みを最適化するためにクランクシャフト３００１から放射状に配置される。トルクが掛かると、ベアリング３００４は、外側リング３００３がハブ３００２に対して僅かに回転させ、それにより掛かったトルクに比例して管状部３００６を歪ませる。外側リング３００３に対する十分に高いモジュラスは、歪みに関わる全てのトルクが実質的に管状部３００６にのみに起こることを保証する。ベアリング３００４は、荷重が掛かった状態において、管状部３００６過度に変形すなわち捩られることがないように支持する。ベアリング３００４には、シールドベアリングも含まれる。管状部３００６と外側リング３００３が単一のユニットである場合、ベアリング３００４は圧入嵌合により取り付けられる。
【００６６】
エラストマ部材３００８が、外側リング３００３とベルト受部材(belt bearing member)３００９の間に配置される。エラストマ部材３００８は、天然ゴムや合成ゴム、あるいはこれらの組み合わせの如何なるものでもよく、限定されるものではないがＨＮＢＲかつまたはＥＰＤＭを含む。部材３００８は、この分野で周知の接着剤によって、あるいは環状空間３０１４内に圧縮されることにより、あるいはこれらの組み合わせにより、部材３００９と外側リング３００３との間に保持される。エラストマ部材３００８の圧縮は、圧縮されていない厚さの２０％〜７０％の範囲内である。
【００６７】
エラストマ部材３００８は、クランクシャフトの回転とエンジンの作動により発生するクランクシャフトの振動を減衰する。このような方法での振動の減衰は、クランクシャフトにより駆動されるベルト伝動システムの摩損を低減し、それによりシステムコンポーネントの有効寿命を増大させ、車のフレームおよび乗り手に対する望ましくない騒音と振動の伝達を低減する。ベルト受部材３００９は、マルチリブドベルトと係合するためのマルチリブド形状３０１０を有する。
【００６８】
図１０に示された形式の一体的なスリップリングと信号調整装置３０１１は、ハブ３００２にボルト３０１２により連結される。本発明に関わるトルクトランスデューサは、十分にコンパクトであるため、現在クランクシャフトダンパによって要求されている容積と同じ大きさで使用できる。
【００６９】
図１２は、変形可能な部材に設けられたシングルフルブリッジ歪みゲージ装置(single full bridge strain gage installation)の模式図である。円筒体１００５は、円筒の位置が０°と１８０°として示される「展開」された平面図として示される。回転軸はＲ−Ｒである。４５°歪みゲージのペアＴ１Ｃ１とＴ２Ｃ２は、円筒体１００５の外向きに配置される表面における位置０°と１８０°にある。用語“４５°”は、軸Ａ−Ａに対する各歪みゲージの主軸方向の角度ついての位置関係に対応している。軸Ａ−Ａは、軸Ｒ−Ｒに対して角度９０度で配置される。この角度の位置関係は、歪みゲージの軸が実質的に主歪み方向と一直線となることから、捩り歪みを検出する上で最大感度を与える。約４０°〜５０°の範囲の角度において、満足できる結果が得られる。図１２〜１５に示されたものも、管状部３００６における歪みゲージの配置の代表例である。
【００７０】
図１３は、三相駆動(bipolar excitation)によるシングルフルブリッジ歪みゲージ装置(single full bridge strain gage installation)の模式図である。歪みゲージＴ１、Ｔ２、Ｃ１、Ｃ２の各々は役割に適した周知の抵抗からなる。図１１に示すように、各々は円筒体１００５の表面に接着される。円筒体１００５の変形は、プーリ／センサの組み合わせにより伝達されるトルクに比例する。歪みゲージ信号調整装置と接続された器械モジュール(instrumentation module)への信号はＳ＋とＳ−で表わされる。電圧源はＰ＋とＰ−で表わされる。
【００７１】
図１４は、変形可能な部材に装置されたダブルブリッジ歪みゲージ装置の模式図である。円筒体１００５は、「展開」された平面図として示され、円筒上の位置が円筒体１００５の外側に位置する表面における０°、９０°、１８０°、２７０°として示される。４５°歪みゲージのペアは、Ｔ１Ｃ１が０°に、Ｔ２、Ｃ２が９０°に、Ｔ３Ｃ３が１８０°に、Ｔ４Ｃ４が２７０°に配置される。歪みゲージＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の各々は、役割に適した周知の抵抗からなる。各歪みゲージは、図１３に示されるように、円筒体１００５に接着され、プーリ／センサの組み合わせにより伝達されるトルクに直接比例する円筒体１００５の歪みが計測される。図１２において述べたように、用語“４５°”は、各歪みゲージの主軸方向の軸Ａ−Ａに対する角度ついての位置関係に対応している。軸Ａ−Ａは、軸Ｒ−Ｒに対して角度９０度で配置される。これは、歪みゲージの軸が実質的に主歪み方向と一直線となることから、捩り歪みを検出する上で最大感度を与える。約４０°〜５０°の範囲の角度において、満足できる結果が得られる。
【００７２】
図１５は、三相駆動(bipolar excitation)によるダブルブリッジ歪みゲージ装置の模式図である。ダブルブリッジ歪みゲージは、小さい歪みの検出に対して大きな感度を与える。歪みゲージ信号調整装置と接続された器械モジュール(instrumentation module)への信号はＳ＋とＳ−で表わされる。電圧源はＰ＋とＰ−で表わされる。
【００７３】
本発明に関わるシステムとコンポーネントは、最小限の改造により既存の車両のフロントエンド補機駆動に使用することができる。ハブ荷重トランスデューサは、アイドルプーリ内に嵌め込まれる。トルクトランスデューサは、各々オリジナルの装具として、あるいは既存のトルク伝達補機プーリやクランクシャフトへ後から取り付けることができるため、大きな適応性を与える。
【００７４】
図１６は、試験用のベルト伝動システムの模式図である。この代表例としてのシステムでは、トランスデューサはＰ＿Ｓプーリ、パワーステアリングプーリ、ＡＬＴプーリ、すなわちオルタネータプーリに取り付けられる。ハブ荷重トランスデューサは、アイドル（ＩＤＬ）プーリに取り付けられる。ベルトは、クランクシャフトプーリＣＲＫによりＤ方向に駆動される。もちろんユーザは、ハブ荷重トランスデューサとトルクトランスデューサを用いた（ｎ−１）個のプーリを取り付けることも可能である。ここで（ｎ）はプーリの総数である。
【００７５】
図１６における試験用システムに関するレイアウトデータは以下のとおりである。
【表１】
【表２】
【００７６】
それぞれの張力は、以下の式を用いて計算される。
【数１】
【００７７】
限定するものとしてではなく、説明の目的のためのサンプルとしての計算は、以下のようになる。
【数２】
【００７８】
駆動効率を計算し、この量を特定するには回転速度が計測される必要がある。上記例に関し、クランクシャフトにおけるトルクは、計算されるのではなく、トルクトランスデューサを用いて直接計測されなければならず、
Ｑｃｒ＝＋１３５［Ｎ・ｍ］、クランクシャフトＣＲの回転速度＝１０００ｒｐｍ
Ｑａｃ＝−３０［Ｎ・ｍ］、エアコンＡＣの回転速度＝１１００ｒｐｍ
Ｑａｌ＝−２０［Ｎ・ｍ］、オルタネータＡＬの回転速度＝３３００ｒｐｍ
Ｑｐａ＝−１５［Ｎ・ｍ］、パワーステアリングＰＡの回転速度＝１３００ｍｍ
Ｑｗｐ＝−５［Ｎ・ｍ］、ウオータポンプＷＰの回転速度＝２０００ｍｍ
である。
【００７９】
駆動効率は、以下のように計算される。
η＝ａｂｓ（［ＱＡＣ×ＡＣ＋ＱＡＬ×ＡＬ＋ＱＰＡ×ＰＡ＋ＱＷＰ×ＷＰ］／［ＱＣＲ×ＣＲ］）×１００％
＝｜（３０×１１００＋２０×３３００＋１５×１３００＋５×２０００）／１３５×１０００）×１００｜
η＝９５．１９％
【００８０】
図１７は、試験用のベルト伝動システムにおいて計測されたハブ荷重とトルクを示すグラフである。上で実行されたサンプルのベルトスパン張力計算は、タイムステップ２３秒で行われる。トルクＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、各タイムステップで計算可能であり、タイムステップ２３はランダムに選ばれる。曲線（Ａ）は、アイドラハブ荷重である。曲線（Ｂ）はオルタネータトルクであり、曲線（Ｃ）はパワーステアリングポンプ（Ｐ／Ｓ）トルクである。各々の値は、この明細書に説明された器具類により、図１６に示されるように計測される。
【００８１】
試験用のシステムは、３つの荷重／不荷重周期に置かれる。０時点から約４秒の時点まで、オルタネータのトルクとアイドラのハブ荷重は略一定である。約２秒の時点では、荷重の増大に対応してパワーステアリングトルクは増大する。荷重は約１１秒の時点まで略一定である。約４秒の時点から５秒の時点まで、オルタネータのトルクは低減する。５秒の時点では、オルタネータのトルクは一様となる９秒の時点まで安定的に増大する。約４秒の時点では、ハブ荷重は一様となる６秒の時点まで低減する。６秒の時点では、それは４秒の時点で計測された値まで急激に増大する。１１秒の時点では、この周期が２５秒の時点まで繰り返され、また再び３７＋秒の時点まで繰り返される。
【００８２】
図１８は、試験用のベルト伝動システムにおける各時点で計算された張力のグラフである。カーソルＸは、２３秒位置にあり、図１６の結果との相互関係を示し説明する。曲線（Ａ）はアイドラ張力Ｔ４である。曲線（Ｂ）はオルタネータ張力Ｔ３であり、曲線（Ｃ）パワーステアリングポンプ（Ｐ／Ｓ）張力Ｔ２である。ここで説明された計算は、好ましくは、この計算を実行するためのコンピュータプログラムを用いて実行される。コンピュータプログラムは周知の方法を用いて完成される。
【００８３】
図１７に示された各周期の進展は、図１８において明瞭に観察される。例えば、アイドラがトルクを伝達しないことから、図１６に示されるようにスパン３とスパン４におけるアイドラベルトスパン張力は、図１７に示されるアイドラハブ荷重に対応する。スパン２（曲線（Ｂ））におけるベルト張力は、オルタネータトルクの関数である（図１７参照）。スパン１（曲線（Ｃ））におけるベルト張力は、オルタネータトルクとパワーステアリングトルクの関数である（図１７参照）。
【００８４】
ここに説明されたシステムと方法は、ハブ荷重トランスデューサが嵌められたアイドルプーリを除いて（アイドルプーリはトルクを全く伝達しないことから）、全てのプーリにトルクトランスデューサを取り付けることに使用できることが理解されるであろう。
【００８５】
ここでは、本発明の幾つかの形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。
【図２】ハブ荷重トランスデューサの斜視図である。
【図３】ハブ荷重トランスデューサ・センサリングの平面図である。
【図４Ａ】ハブ荷重トランスデューサの平面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの４Ｃ−４Ｃにおける側面図である。
【図５】ハブ荷重トランスデューサの分解斜視図である。
【図６】ハブ荷重トランスデューサの自動調心部の部分平面図である。
【図７】ハブ荷重トランスデューサの自動調心部の部分平面図である。
【図８】ベルト補機伝動装置の模式図である。
【図９】トルクトランスデューサの断面図である。
【図１０】別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。
【図１１】別の実施形態のトルクトランスデューサの断面図である。
【図１２】可変部材に装着されたシングルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１３】三相駆動によるシングルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１４】可変部材に装着されたダブルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１５】三相駆動によるダブルフルブリッジ歪みゲージ装置の模式的回路図である。
【図１６】試験用ベルト伝動システムの模式図である。
【図１７】試験用ベルト伝動システムの各時点において計測されたハブ荷重とトルクを示すグラフである。
【図１８】試験用ベルト伝動システムの各時点で計算されたコンポーネント張力のグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのアパーチャを備える外側リング部材と、
少なくとも１つのアパーチャを備えるハブ部材と、
弧状センサ部材とを備え、
前記弧状センサ部材が前記外側リング部材と前記ハブ部材の間に連結され、前記弧状センサ部材が、応力を分散させるために弧状形状を有する連結部材により前記外側リング部材に連結され、
前記外側リング部材と前記ハブ部材が同一平面上にある
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
更に、少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状センサ部材の面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記弧状センサ部材と、前記外側リング部材と、前記ハブ部材とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記内側リング部材が取付面に前記ハブ部材を連結する手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
前記外側部材と前記ハブ部材が同心的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
アパーチャを備えた外側部材と、
アパーチャを備えた内側ハブ部材と、
弧状可変部材とを備え、
前記弧状可変部材が、第１の位置において前記外側部材に連結され、第２の位置において前記内側ハブ部材に連結され、
前記第１の位置と前記第２の位置が実質的に前記弧状可変部材の互いに反対側に配置され、
前記外側部材と前記内側ハブ部材が同一面上にある
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項７】
更に、少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状可変部材の各側面に設けられたことを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
前記弧状可変部材と前記外側部材と前記内側ハブ部材が同一面上にあることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
前記内側ハブ部材が、ファスナを受容するボアを構成することを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
前記外側部材と前記内側ハブ部材が同心的に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
前記弧状可変部材が、応力を分散させるために弧状形状を有する連結部材により前記外側部材に連結されることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
アパーチャを備えた弧状外側部材と、
アパーチャを備えた弧状内側部材と、
弧状可変部材とを備え、
前記弧状可変部材が前記弧状外側部材と前記弧状内側部材との間に連結され、
少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状可変部材の面に設けられ、
前記弧状外側部材と前記弧状内側部材が同一面上にあり、
前記弧状内側部材が、トランスデューサの中心からオフセットされたボアを備え、前記トランスデューサがそれにより偏心的に前記トランスデューサの中心の周りに回転可能である
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項１３】
前記弧状可変部材と前記弧状外側部材と前記弧状内側部材が同一平面上にあることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
前記弧状内側部材がボアを構成することを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
前記弧状外側部材と前記内側部材が同心円的に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
更に、前記弧状可変部材と前記外側リングとの間に弧状連結部材を備えることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
更に、ファスナを係合するための前記オフセットされたボア内に配置されるベアリングを備えることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１８】
面と第１部分と第２の部分を備え、前記第１の部分がシャフトに連結可能であり、前記第２の部分がベルト受部に連結される円筒形可変部材と、
前記面におけるトルクによる歪みを実質的に隔絶するために、前記ベルト受部と前記円筒可変部材との間に配置される低摩擦ベアリングと、
前記面に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージとを備え、前記歪みゲージが前記トルクによる歪みに比例する信号を生成する
ことを特徴とするトルクトランスデューサ。
【請求項１９】
更に、前記信号を受け取るために、前記円筒可変部材に係合されたスリップリングと、
前記歪みゲージと前記スリップリングとの間に電気的に設けられた信号調整装置と
を備えることを特徴とした請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２０】
前記低摩擦ベアリングがボールベアリングであることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２１】
前記ベルト受部がマルチリブド形状を備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２２】
更に、フルブリッジ回路構成とされ、前記面に取り付けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２３】
更に、前記面に取り付けられ、前記歪みゲージと協働するように連結された第２の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２４】
歪みゲージの軸が、円筒可変部材回転軸（Ｒ−Ｒ）に対して約４０〜５０度の範囲の角度で配置されることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２５】
更に、前記ベルト受部と円筒可変部材の間に配置されるダンピング部材を備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２６】
前記ダンピング部材が、エラストマ材料からなることを特徴とする請求項２５に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２７】
稼動中のベルト伝動システムにおけるベルトの動的張力を計測する方法であって、
ベルトを原動プーリと従動プーリの周りに係合させるステップと、
前記ベルトと前記従動プーリを前記原動プーリとともに駆動するステップと、
ハブ荷重トランスデューサを用いてアイドルプーリのハブ荷重を計測するステップと、
トルクトランスデューサを用いて従動プーリの従動プーリトルクを計測するステップと、
従動プーリ回転速度を計測するステップと、
計測された前記従動プーリトルクと計測された前記ハブ荷重を用いて、ベルトスパン張力を計算するステップと
を備えることを特徴とするベルトの動的張力を計測する方法。
【請求項２８】
更に、プーリの総数が（ｎ）であるとき、（ｎ−１）個のプーリに、前記ハブ荷重トランスデューサと複数の前記トルクトランスデューサを取り付けるステップを備える請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
更に、前記従動プーリトルクと原動回転速度を用いて駆動効率を計算するステップを備える請求項２７に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面と第１部分と第２の部分を備え、前記第１の部分がシャフトに連結可能であり、前記第２の部分がベルト受部に連結される円筒形可変部材と、
前記面におけるトルクによる歪みを実質的に隔絶するために、前記ベルト受部と前記円筒可変部材との間に配置される低摩擦ベアリングと、
前記面に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージとを備え、前記歪みゲージが前記トルクによる歪みに比例する信号を生成する
ことを特徴とするトルクトランスデューサ。
【請求項２】
更に、前記信号を受け取るために、前記円筒可変部材に係合されたスリップリングと、
前記歪みゲージと前記スリップリングとの間に電気的に設けられた信号調整装置と
を備えることを特徴とした請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項３】
前記低摩擦ベアリングがボールベアリングであることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項４】
前記ベルト受部がマルチリブド形状を備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項５】
更に、フルブリッジ回路構成とされ、前記面に取り付けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項６】
更に、前記面に取り付けられ、前記歪みゲージと協働するように連結された第２の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項７】
歪みゲージの軸が、円筒可変部材回転軸（Ｒ−Ｒ）に対して約４０〜５０度の範囲の角度で配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項８】
更に、前記ベルト受部と円筒可変部材の間に配置されるダンピング部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項９】
前記ダンピング部材が、エラストマ材料からなることを特徴とする請求項８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項１０】
稼動中のベルト伝動システムにおけるベルトの動的張力を計測する方法であって、
ベルトを原動プーリと従動プーリの周りに係合させるステップと、
前記ベルトと前記従動プーリを前記原動プーリとともに駆動するステップと、
ハブ荷重トランスデューサを用いてアイドルプーリのハブ荷重を計測するステップと、
トルクトランスデューサを用いて従動プーリの従動プーリトルクを計測するステップと、
従動プーリ回転速度を計測するステップと、
計測された前記従動プーリトルクと計測された前記ハブ荷重を用いて、ベルトスパン張力を計算するステップと
を備えることを特徴とするベルトの動的張力を計測する方法。
【請求項１１】
更に、プーリの総数が（ｎ）であるとき、（ｎ−１）個のプーリに、前記ハブ荷重トランスデューサと複数の前記トルクトランスデューサを取り付けるステップを備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
更に、前記従動プーリトルクと原動回転速度を用いて駆動効率を計算するステップを備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも１つのアパーチャを備える外側リング部材と、
少なくとも１つのアパーチャを備えるハブ部材と、
弧状センサ部材とを備え、
前記弧状センサ部材が前記外側リング部材と前記ハブ部材の間に連結され、前記弧状センサ部材が、応力を分散させるために弧状形状を有する連結部材により前記外側リング部材に連結され、
前記外側リング部材と前記ハブ部材が同一平面上にある
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
更に、少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状センサ部材の面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記弧状センサ部材と、前記外側リング部材と、前記ハブ部材とが同一平面上にあることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記内側リング部材が取付面に前記ハブ部材を連結する手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
前記外側部材と前記ハブ部材が同心的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
アパーチャを備えた外側部材と、
アパーチャを備えた内側ハブ部材と、
弧状可変部材とを備え、
前記弧状可変部材が、第１の位置において前記外側部材に連結され、第２の位置において前記内側ハブ部材に連結され、
前記第１の位置と前記第２の位置が実質的に前記弧状可変部材の互いに反対側に配置され、
前記外側部材と前記内側ハブ部材が同一面上にある
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項７】
更に、少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状可変部材の各側面に設けられたことを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
前記弧状可変部材と前記外側部材と前記内側ハブ部材が同一面上にあることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
前記内側ハブ部材が、ファスナを受容するボアを構成することを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
前記外側部材と前記内側ハブ部材が同心的に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
前記弧状可変部材が、応力を分散させるために弧状形状を有する連結部材により前記外側部材に連結されることを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
アパーチャを備えた弧状外側部材と、
アパーチャを備えた弧状内側部材と、
弧状可変部材とを備え、
前記弧状可変部材が前記弧状外側部材と前記弧状内側部材との間に連結され、
少なくとも１つの歪みゲージが前記弧状可変部材の面に設けられ、
前記弧状外側部材と前記弧状内側部材が同一面上にあり、
前記弧状内側部材が、トランスデューサの中心からオフセットされたボアを備え、前記トランスデューサがそれにより偏心的に前記トランスデューサの中心の周りに回転可能である
ことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項１３】
前記弧状可変部材と前記弧状外側部材と前記弧状内側部材が同一平面上にあることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
前記弧状内側部材がボアを構成することを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
前記弧状外側部材と前記内側部材が同心円的に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
更に、前記弧状可変部材と前記外側リングとの間に弧状連結部材を備えることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
更に、ファスナを係合するための前記オフセットされたボア内に配置されるベアリングを備えることを特徴とする請求項１２に記載のトランスデューサ。
【請求項１８】
面と第１部分と第２の部分を備え、前記第１の部分がシャフトに連結可能であり、前記第２の部分がベルト受部に連結される円筒形可変部材と、
前記面におけるトルクによる歪みを実質的に隔絶するために、前記ベルト受部と前記円筒可変部材との間に配置される低摩擦ベアリングと、
前記面に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージとを備え、前記歪みゲージが前記トルクによる歪みに比例する信号を生成する
ことを特徴とするトルクトランスデューサ。
【請求項１９】
更に、前記信号を受け取るために、前記円筒可変部材に係合されたスリップリングと、
前記歪みゲージと前記スリップリングとの間に電気的に設けられた信号調整装置と
を備えることを特徴とした請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２０】
前記低摩擦ベアリングがボールベアリングであることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２１】
前記ベルト受部がマルチリブド形状を備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２２】
更に、フルブリッジ回路構成とされ、前記面に取り付けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２３】
更に、前記面に取り付けられ、前記歪みゲージと協働するように連結された第２の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２４】
歪みゲージの軸が、円筒可変部材回転軸（Ｒ−Ｒ）に対して約４０〜５０度の範囲の角度で配置されることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２５】
更に、前記ベルト受部と円筒可変部材の間に配置されるダンピング部材を備えることを特徴とする請求項１８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２６】
前記ダンピング部材が、エラストマ材料からなることを特徴とする請求項２５に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項２７】
稼動中のベルト伝動システムにおけるベルトの動的張力を計測する方法であって、
ベルトを原動プーリと従動プーリの周りに係合させるステップと、
前記ベルトと前記従動プーリを前記原動プーリとともに駆動するステップと、
ハブ荷重トランスデューサを用いてアイドルプーリのハブ荷重を計測するステップと、
トルクトランスデューサを用いて従動プーリの従動プーリトルクを計測するステップと、
従動プーリ回転速度を計測するステップと、
計測された前記従動プーリトルクと計測された前記ハブ荷重を用いて、ベルトスパン張力を計算するステップと
を備えることを特徴とするベルトの動的張力を計測する方法。
【請求項２８】
更に、プーリの総数が（ｎ）であるとき、（ｎ−１）個のプーリに、前記ハブ荷重トランスデューサと複数の前記トルクトランスデューサを取り付けるステップを備える請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
更に、前記従動プーリトルクと原動回転速度を用いて駆動効率を計算するステップを備える請求項２７に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面と第１部分と第２の部分を備え、前記第１の部分がシャフトに連結可能であり、前記第２の部分がベルト受部に連結される円筒形可変部材と、
前記面におけるトルクによる歪みを実質的に隔絶するために、前記ベルト受部と前記円筒可変部材との間に配置される低摩擦ベアリングと、
前記面に取り付けられた少なくとも１つの歪みゲージとを備え、前記歪みゲージが前記トルクによる歪みに比例する信号を生成する
ことを特徴とするトルクトランスデューサ。
【請求項２】
更に、前記信号を受け取るために、前記円筒可変部材に係合されたスリップリングと、
前記歪みゲージと前記スリップリングとの間に電気的に設けられた信号調整装置と
を備えることを特徴とした請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項３】
前記低摩擦ベアリングがボールベアリングであることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項４】
前記ベルト受部がマルチリブド形状を備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項５】
更に、フルブリッジ回路構成とされ、前記面に取り付けられた複数の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項６】
更に、前記面に取り付けられ、前記歪みゲージと協働するように連結された第２の歪みゲージを備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項７】
歪みゲージの軸が、円筒可変部材回転軸（Ｒ−Ｒ）に対して約４０〜５０度の範囲の角度で配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項８】
更に、前記ベルト受部と円筒可変部材の間に配置されるダンピング部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項９】
前記ダンピング部材が、エラストマ材料からなることを特徴とする請求項８に記載のトルクトランスデューサ。
【請求項１０】
稼動中のベルト伝動システムにおけるベルトの動的張力を計測する方法であって、
ベルトを原動プーリと従動プーリの周りに係合させるステップと、
前記ベルトと前記従動プーリを前記原動プーリとともに駆動するステップと、
ハブ荷重トランスデューサを用いてアイドルプーリのハブ荷重を計測するステップと、
トルクトランスデューサを用いて従動プーリの従動プーリトルクを計測するステップと、
従動プーリ回転速度を計測するステップと、
計測された前記従動プーリトルクと計測された前記ハブ荷重を用いて、ベルトスパン張力を計算するステップと
を備えることを特徴とするベルトの動的張力を計測する方法。
【請求項１１】
更に、プーリの総数が（ｎ）であるとき、（ｎ−１）個のプーリに、前記ハブ荷重トランスデューサと複数の前記トルクトランスデューサを取り付けるステップを備える請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
更に、前記従動プーリトルクと原動回転速度を用いて駆動効率を計算するステップを備える請求項１０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公表番号】特表２００６−５２６７８２（Ｐ２００６−５２６７８２Ａ）
【公表日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１４９５６（Ｐ２００６−５１４９５６）
【出願日】平成１６年５月２６日（２００４．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１６４７４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０９２４７
【国際公開日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月２６日（２００４．５．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１６４７４
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０９２４７
【国際公開日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]