JP2004163316A - 回転体のトルク測定装置、およびトルク測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体のトルクを測定するトルク測定装置をコンパクト化できるような構成とする。
【解決手段】被測定モータ（回転体）３のトルクを測定するトルク測定装置１を、被測定モータ３のモータ軸３ａと同芯状に連結されて所定のブレーキ作動をする負荷手段としてのブレーキ手段５を、左右一対の取付けブラケット１０、１１を介し、躯体に対して回転自在となるように支持し、該ブレーキ手段５の回転力を、支持部材１２と連結部材１３を用いて直線運動に変換し、測定手段としてのロードセル１４を用いて測定し、該測定値から被測定モータ３のトルクを算出するように構成する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される電装品等を構成する回転体のトルク測定装置、およびトルク測定方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種回転体、例えば電動モータのトルクを測定する場合では、電動モータにトルク測定装置（負荷ユニット）を連結して機械的に測定することが提唱されている。このようなトルク測定装置としては、被測定モータのモータ軸に一端が連結されるトルク測定器（例えばトーションバー）と、該トルク測定器の他端部に連結され、前記モータ軸の回転に所定の負荷を付与するべくブレーキ作動をするブレーキ手段と、測定中の機械損失を補償するべくブレーキ手段に連結される補正用のモータとを備えて構成したものが提唱されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２７３０６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来のトルク測定装置は、トルク測定器、ブレーキ手段、補正用モータとを電動モータのモータ軸の軸長方向に直列的に長く連結される構成であるため、大型化してしまうという問題がある。さらには、トルク測定器をトーションバーとしたような場合では、トーションバーを支持する軸受部は、トーションバーの捻れに伴う偏負荷が作用する状態を支持することになるので、軸受部が早期に芯ズレしてしまう等、耐久性に劣るという問題もあり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、回転体のトルクを測定するトルク測定装置を、回転体の回転軸と同芯状に連結されて所定の負荷を付与する負荷手段を用いて構成するにあたり、前記負荷手段を躯体に対して回転自在に支持し、該負荷手段の回転力を測定する測定手段を設けたことを特徴とするものである。
そして、このようにすることにより、トルク測定装置が軸長方向に長くなって大型化してしまうのを防止できる。
このものにおいて、本発明の測定手段は、躯体側に固定され、直線運動に変換された負荷手段の回転力を測定するロードセルを用いて構成されているものとすることができる。
さらに、このものにおいて、本発明の負荷手段における回転力の直線運動への変換機構は、負荷手段に対して軸芯とは位置ズレして設けられる支持部材と、該支持部材から負荷手段の回転に対して接線方向を向いて移動する連結部材とを備えて構成され、該連結部材の突出端部がロードセルに連結されているものとすることができる。
また、このものにおいて、本発明の負荷手段には、回転体の回転を減速する減速機構が設けられているものとすることができ、このようにすることにより、負荷手段の負荷を小さいものに設定することができる。
さらに、本発明は、回転体のトルクを、転体の回転軸と同芯状に連結されて負荷を付与する負荷手段を用いて測定するにあたり、躯体に対して回転自在に支持した負荷手段を回転体の回転に伴い回転させ、負荷手段の回転力を測定することで回転体のトルクを測定するように構成したものである。
そして、このようにすることにより、トルク測定装置が軸長方向に長くなって大型化してしまうのを防止できる。
このものにおいて、本発明の負荷手段はブレーキ手段であるものとすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図１〜図５の図面に基づいて説明する。
図面において、１は本発明が実施されたトルク測定装置であって、該トルク測定装置１を構成するフレーム架台２の左右方向一方の半部には、被測定モータ（本発明の回転体に相当する）３を支持するためのモータ支持部２ａが一体的に形成されている。さらに、フレーム架台２の他方の半部にはセンターフレーム２ｂが設けられており、該センターフレーム２ｂに本発明のトルク測定装置に相当する負荷ユニット４が設けられている。
【０００７】
前記負荷ユニット４は負荷手段を備えて構成されるが、本実施の形態の負荷手段は、ブレーキ作動をすることにより被測定モータ３にブレーキ力（負荷）を付与するブレーキ手段５に構成されている。前記ブレーキ手段５としては、通常知られたものを採用することができ、例えばヒステリシスブレーキ、パウダーブレーキ等がある。そして、前記ブレーキ手段５には左右方向に長いブレーキ軸５ａが設けられているとともに、他側部には、該ブレーキ手段５と一体となる状態でリング状の枠体７が固定されている。そして、ブレーキ手段５のブレーキ軸５ａの一方側（被測定モータ３が支持される側）の端部は、一方側に向けて突出状に配され、該突出するブレーキ軸５ａに、減速機構６を構成する大径の第一プーリ６ａが一体的（回り止め状）に外嵌されている。一方、ブレーキ軸５ａの他方側の端部である他方側端部５ｂは、前記枠体７から突出するように設けられている。さらに、前記枠体７には、周回り方向に複数の支持バー７ａの基端部が一体的に設けられ、先端が左右方向一方側に向けて延出しており、これら支持バー７ａの延出先端部に、円板状の支持プレート７ｂが一体的に固定されている。前記支持プレート７ｂは、ブレーキ手段５の一方側面とのあいだに所定間隙を存して位置するように設けられており、該間隙により形成されるスペースに、減速機構６が配設されるように設定されている。
【０００８】
前記支持プレート７ｂのブレーキ軸５ａ対向部位には、一方側に向けて突出するボス部７ｃが一体に形成されており、該ボス部７ｃの筒孔には、減速機構６を構成する入力軸８が第一軸受８ａを介して回転自在な状態で貫通状に軸承されている。そして、この入力軸８の他方側（ブレーキ手段５側であって、前記所定間隙側）に突出する他端部８ｂには、小径の第四プーリ６ｄが一体的に外嵌されている。尚、入力軸８の第四プーリ６ｄ外嵌部よりも他端側部位は、前記ブレーキ軸５ａの一方側端面に凹設された凹部５ｃに遊嵌される状態で第二軸受８ｃを介して軸承されており、これによって、入力軸８とブレーキ軸５ａとが相対回動自在な関係となっているが、このように入力軸８をブレーキ軸５ａの凹部５ｃに遊嵌状に組み込むことにより、軸長方向の小型化が計れるようになっている。
さらに、前記入力軸８の一方側端部には入力部８ｄが一体的に設けられており、該入力部８ｄには、フレーム架台２のモータ支持部２ａに固定される被測定モータ３のモータ軸３ａ端部が回り止め状に着脱されるように設定されている。
【０００９】
さらに、前記支持プレート７ｂのボス部７ｃの下方には、補助ボス部７ｄが一方側に突出する状態で一体に形成されており、該補助ボス部７ｄの筒孔には、前記入力軸８と平行になる関係の補助入力軸９が、第三軸受９ａを介して回動自在に軸承されている。前記補助入力軸９は、補助ボス部７ｄから他方側（ブレーキ手段５とのあいだの所定間隙側）に向けて突出しており、該突出部９ｂに、小径の第二プーリ６ｂ、大径の第三プーリ６ｂがそれぞれ一体に外嵌されている。
ここで、支持プレート７ｂとブレーキ手段５とのあいだの所定間隙に配される減速機構６は、入力軸８、補助入力軸９、これらの軸８、９に外嵌する第一〜第四プーリ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、第一プーリ６ａと第二プーリ６ｂとのあいだに懸回される無端状の伝動ベルト（図示せず）と、第三プーリ６ｃと第四プーリ６ｄとのあいだに懸回される無端状の伝動ベルト（図示せず）とを備えて構成されており、モータ軸３ａと一体回転する入力軸８の回転を、補助入力軸９を介して減速した状態でブレーキ軸５ａに動力伝動する動力伝動経路を構成するように設定されている。
尚、これらモータ軸３ａからブレーキ軸５ａに至る動力伝動経路は、前述したように、第一、第二、第三軸受８ａ、８ｃ、９ａにより軸承されている。
【００１０】
そして、このように構成されたブレーキ手段５は、左右一対の取付けブラケット１０、１１を介してフレーム架台２に対して支持されるが、該支持構成はつぎのようになっている。
つまり、左右方向一方の取付けブラケット１０は、上下方向に長く形成されており、下端部がフレーム架台２を構成するセンタープレート２ｂに螺子止め固定されている。そして、一方側取付けブラケット１０の上側部位には貫通孔１０ａが開設されており、該貫通孔１０ａに第四軸受１０ｂが介装され、ブレーキ手段５に一体的に形成された支持プレート７ｂのボス部７ｃ外周を回転自在に軸承するように設定されている。さらに、一方側取付けブラケット１０の補助ボス部７ｄ対向部位には、補助ボス部７ｄを遊嵌する貫通孔１０ｃが開設されているが、該貫通孔１０ｃは、後述するように、支持プレート７ｂがモータ軸５ａ軸芯を中心として一体回転することに伴う補助ボス部７ｄの移動を許容するために形成されており、該貫通孔１０ｃは、ブレーキ手段５が所定の回転範囲で回転したときの補助ボス部７ｄの変位を許容する大きさに形成されている。
【００１１】
一方、左右方向他方側に位置する他方側取付けブラケット１１は、前記一方側取付けブラケット１０と略同様の外形状に形成され、下端部がフレーム架台２の前記センタープレート２ｂに螺子止め固定されている。そして、他方側取付けブラケット１１の上側部位には貫通孔１１ａが開設されており、該貫通孔１０ａに第五軸受１１ｂが介装され、ブレーキ手段５の他側面から他方側に突出する他方側端部５ｂの外周を回動自在に軸承するように設定されている。
このように、ブレーキ手段５は、左右の取付けブラケット１０、１１を用いてフレーム架台２に支持することにより、支持プレート７ｂのボス部７ｃ部位とブレーキ軸他方側端部５ｂ部位を回動支点（軸芯）として、フレーム架台２（躯体）に対して回転自在に支持されることになるが、このとき、ブレーキ手段５は、第四、第五軸受１０ｂ、１１ｂを介して軸承されている。
【００１２】
そして、前記他方側支持ブラケット１１に軸承されるブレーキ軸他方側端部５ｂは、他方側支持ブラケット１１から他端側に突出しており、該突出先端面に、リンク状の支持部材１２の基端部が軸芯部を横切る状態で上下方向を向いて固定されている。前記支持部材１２はブレーキ軸５ｂ外径よりも長く形成されており、ブレーキ軸５ａよりも下方に突出する突出先端部１２ａには、ロッド状の連結部材１３の基端部が固定されている。ここで、支持部材１２と連結部材１３とは直交状に連結されており、連結部材１３は、支持部材１２の突出先端部１２ａからブレーキ軸５ａ（ブレーキ手段５）の回転に対して接線方向を向くようにして前方に突出しており、ブレーキ軸５ａが回転して支持部材１２がブレーキ軸５ａとともに一体に回転した場合に、連結部材１３は前後方向への直線的な移動（直線運動）をするように設定されており、このようにして、ブレーキ軸５ａ（ブレーキ手段５）の回転力が連結部材１３による直線運動（直線方向の変位力）に変換されるように設定されている。
尚、支持部材１２と連結部材１３との連結部Ｃは枢支状に連結されていて、支持部材１２に対して揺動可能となるように構成されている。
【００１３】
そうして、前記連結部材１３の突出端部１３ａが、本発明の測定手段に相当するロードセル１４の作用部１４ａに対して一体的に連結されている。ここで、前記ロードセル１４は、被測定部材からの入力が成される作用部１４ａと、該作用部１４ａからの入力に基づいて所定の抵抗値変化をする本体部１４ｂ、そして、該本体部１４ｂの抵抗値変化に基づいて所定の電気信号を出力する出力部１４ｃとを備えて構成され、出力部１４ｃを、他方側支持部材１１に延設された固定片１１ｃに螺子止めすることで、躯体側への固定支持がなされるように設定されている。これによって、支持部材１２が回転した場合に、連結部材１３は、支持部材１２との連結部Ｃにおいて揺動をすることにより作用部１４ａを押し引きするように設定されており、該押し引きすること（直線運動）に基づく荷重（連結部材１３の直線運動）をロードセル１４により測定するように設定されている。
【００１４】
このようにして、構成されたトルク測定装置１において、モータ軸３ａを入力軸８の一方側端部に形成された入力部８ｄに回り止め状に嵌合させ、この状態で被測定モータ３を駆動させることにより、モータ軸３ａは回転することになるが、モータ軸３ａは、減速機構６に基づいて減速された状態となり、これに対してブレーキ手段５により負荷を受けるように設定されている。そしてこのとき、ブレーキ手段５による負荷がモータ軸３ａ側（入力軸８側）のトルクと釣り合わない状態になることに伴い、ブレーキ手段５が枠体７（支持プレート７ｂ）とともに回転するように設定されている。つまり、被測定モータ３の回転力とブレーキ手段５の回転力（ブレーキ力）との差に基づいてブレーキ手段５が回転し、該差に基づくブレーキ手段５の回転力を、ロードセル１４により測定するように設定されている。この場合に、ブレーキ手段５は、その負荷の大きさが被測定モータ３のトルクと略近似するものが選択されており、これによって、ブレーキ手段５の躯体に対する回転変位の範囲は、前記一方側支持ブラケット１０に対する支持プレート７ｂの回転が許容される、つまり、支持ブレーと７ｂの補助ボス部７ｄが貫通孔１０ｃ内での変位を許容される範囲であり、ロードセル１４ｂによる測定が許容される範囲となるように構成されている。
【００１５】
尚、このようにして測定され連結部材１３の直線運動に基づくロードセル１４の負荷（例えば歪み量）は、ブレーキ手段５の回転に基づく支持部材１２と連結部材１３との連結部Ｃにおける荷重Ｆとして換算されることから、被測定モータ３のトルクは、前記ロードセル１４により求められた荷重Ｆと、ブレーキ軸５ａの軸芯Ｍと支持部材１２と連結部材１３との連結部Ｃとのあいだの距離Ｌとの積（Ｆ×Ｌ）として算出することができる（図５に示すパターン図参照）。因みに、ロードセル１４に加わる荷重Ｆは、出力部１４ｃから電流値として出力され、この電流値に基づいて図示しない演算部でトルクの演算をする（例えばコンピュータ処理）ことになるが、荷重Ｆと電流値とは一定関係を示すので、出力部１４ｃからの電流値のモニターに基づいて、被測定モータ３のトルクが測定（算出）されるように設定されている。
【００１６】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、被測定モータ３のトルクは、トルク測定装置１を用いて機械的に測定されることになるが、この場合に、トルク測定装置１の負荷ユニット４は、被測定モータ３のトルクとブレーキ手段５の負荷との差に基づいてブレーキ手段５が回転し、該ブレーキ手段３の回転力を、ブレーキ手段５の他方側外径部と架台フレーム２（躯体）とのあいだに設けた測定手段であるロードセル１４により測定し、該測定値に基づいて、被測定モータ３のトルクが算出される構成となっている。このため、トルク測定器（手段）が被測定モータとブレーキ手段とのあいだに設けられる従来のトルク測定装置のように、装置が軸長方向に長く大型化してしまうことがなく、装置のコンパクト化を計ることができる。
【００１７】
しかも、本発明が実施された形態では、被測定モータ３のトルクとブレーキ手段５の負荷とのあいだに生じる差を、ブレーキ手段５の回転力とし、該回転力に基づいて被測定モータ３のトルクを測定するようにしたので、被測定モータ３とブレーキ手段５とのあいだの差をこれらのあいだに設けたトーションバーの捻りとし、該捻り荷重を測定するもののように、トーションバーを軸承する軸受が早期に損傷してしまうような不具合がない。しかも、本実施の形態のものでは、図４のパターン図に示すように、被測定モータ３からブレーキ手段５に入力される動力伝動経路における入力軸８、補助入力軸９の軸承については、第一から第三軸受８ａ、８ｃ、９ａにより実施され、前記各軸８、９に対して相対回転するブレーキ手段５の軸承については、第四、第五軸受１０ｂ、１１ｂが実施するようになっている。このため、それぞれの軸受８ａ、８ｃ、９ａ、１０ｂ、１１ｂに偏荷重がかかるようなことがなく、各軸受８ａ、８ｃ、９ａ、１０ｂ、１１ｂの耐久性を高めることができて、信頼性の高い製品にすることができる。
【００１８】
そのうえ、このものでは、モータ軸３側からの回転力は、入力軸８、補助入力軸９を備えて構成される減速機構を経由してブレーキ軸５ａに動力伝動される構成となっているので、ブレーキ手段５のブレーキ力（負荷、回転力）を被測定モータ３のトルクよりも小さいものに設定することができる。
【００１９】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、ブレーキ手段の測定手段（ロードセル）により回転力を測定する箇所として、ブレーキ軸の軸芯に近いところから離れたところの何れの箇所における回転力を測定してもよいが、被測定モータのトルク、ブレーキ手段の負荷（ブレーキ作動力）の大きさ、用いる測定手段の測定限界等に応じて適宜設定、選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルク測定装置の平面図である。
【図２】トルク測定装置の一部断面側面図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ測定手段部位の平面図、トルク測定装置の背面図である。
【図４】負荷ユニットの断面を説明するパターン図である。
【図５】負荷ユニットの背面を説明するパターン図である。
【符号の説明】
１ トルク測定装置
２ フレーム架台
３ 被測定モータ
４ 負荷ユニット
５ ブレーキ手段
５ａ ブレーキ軸
５ｂ 他方側端部
６ 減速機構
７ 枠体
７ｂ 支持プレート
７ｃ ボス部
８ 入力軸
８ａ 第一軸受
９ 補助入力軸
１０ 一方側取付けブラケット
１０ｂ 第四軸受
１１ 他方側取付けブラケット
１２ 支持部材
１３ 連結部材
１４ ロードセル

Claims (6)

1. 回転体のトルクを測定するトルク測定装置を、回転体の回転軸と同芯状に連結されて所定の負荷を付与する負荷手段を用いて構成するにあたり、前記負荷手段を躯体に対して回転自在に支持し、該負荷手段の回転力を測定する測定手段を設けたことを特徴とする回転体のトルク測定装置。
2. 請求項１において、測定手段は、躯体側に固定され、直線運動に変換された負荷手段の回転力を測定するロードセルを用いて構成されている回転体のトルク測定装置。
3. 請求項２において、負荷手段における回転力の直線運動への変換機構は、負荷手段に対して軸芯とは位置ズレして設けられる支持部材と、該支持部材から負荷手段の回転に対して接線方向を向いて移動する連結部材とを備えて構成され、該連結部材の突出端部がロードセルに連結されている回転体のトルク測定装置。
4. 請求項１、２または３において、負荷手段には、回転体の回転を減速する減速機構が設けられている回転体のトルク測定装置。
5. 回転体のトルクを、転体の回転軸と同芯状に連結されて負荷を付与する負荷手段を用いて測定するにあたり、躯体に対して回転自在に支持した負荷手段を回転体の回転に伴い回転させ、負荷手段の回転力を測定することで回転体のトルクを測定するように構成した回転体のトルク測定方法。
6. 請求項１、２、３、４または５において、負荷手段はブレーキ手段である回転体のトルク測定装置またはトルク測定方法。

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