JP2006322771A

JP2006322771A - 回転型分力計測装置

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Publication number: JP2006322771A
Application number: JP2005145006A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ichige; 達男市毛
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP4837940B2

Abstract

【課題】歪ゲージの検出誤差を少なくすること
【解決手段】計測装置は、直交座標系の軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６分力を計測するものであり、回転駆動力が伝達される第１，第２トルク伝達軸の間に配置され、回転駆動力が入力された際に、６分力に関連する歪みを検出する分力検出器を備えている。分力検出器は、薄肉部を有する受感ビーム部と、薄肉部に対応させて貼付され、ブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８を形成する複数の歪ゲージとを有している。ブリッジ回路で検出された検出信号を、ＡＤ変換器３２ａによりデジタル化し、デジタル化された出力信号を、非接触，接触方式で、分力検出器の外部に配置された信号処理回路３３に伝送し、信号処理回路３３で、伝送された各ブリッジ回路からの出力信号を予め記憶されている補正情報により補正して、座標変換を行うことにより、６分力を算出する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、直交座標系のｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚと、これらの軸回りに働く回転トルク（モーメント）Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６分力を計測する回転型軸トルク計測装置に関する。

従来、軸トルクにおける多分力計測が可能な検出器として特許文献１，２に開示されているような多分力検出器が知られている。

特許文献１ないしは２に記載の多分力検出器は、固定側と、駆動軸に接続される測定側との間に発生するねじり量を測定するもので、検出器自体が回転しない構成となっており、固定側フランジと、この固定側フランジに対向する測定側フランジと、固定側および測定側フランジ間に渡設された平板状の４本のビームと、各ビームの両端と表裏面にそれぞれ貼付された第１群の歪みゲージと、各ビームの中央部に貼付された第２群の歪みゲージとを備え、前記歪みゲージを適宜選択してブリッジ結線して、多分力を選択的に検出することを特徴としている。

また、従来のトルク検出器としては、特許文献３に開示されているようなトルク検出器があった。特許文献２に記載されているトルク検出器は、エンジンからのトルク伝達軸の途中に接続されるもので、検出器自体も回転する構成になっており、第１プレート部材と、第２プレート部材と、前記第１、第２プレート部材を接続するウェブ部材とを有し、複数の歪ゲージが選択位置に選択パターンで搭載されることを特徴としている。

しかしながら、上述した特許文献１，２に開示されている多分力検出器には、以下に説明する技術的な課題があった。
特開平５−２５６７１０号公報特開平６−２６５４２３号公報特表２００３−５１８２４０号公報

すなわち、特許文献１，２に記載された多分力検出器では、２つの群から歪みゲージを選択してブリッジ結線するので、１つのブリッジ回路を構成する歪みゲージが複数の受感部に跨るので、結線をする際の配線が長くなり、分力の検出誤差要因となっていた。

また、特許文献１，２の検出器では、受感部に貼付された歪ゲージの検出信号をブリッジ回路で分力値に変換してから信号処理部に伝送していたが、分力値の各成分には、複数の受感部に跨る歪ゲージ特性に基づく誤差が加算されるため、正しい分力を求めることが、非常に困難な状態になっていた。

さらに、特許文献３に記載されたトルク検出器では、各受感部の歪ゲージが、トルク伝達軸方向以外の歪も検出してしまうため、それが誤差となり、正確なトルクを計測することができなかった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、歪ゲージの検出誤差を少なくすることができ、正しく高精度な分力を求めることが可能な回転型分力計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６分力を計測する回転型分力計測装置において、前記回転駆動力が伝達される第１，第２トルク伝達軸の間に配置され、一端側から回転駆動力が入力された際に、前記６分力に関連する歪みを検出する分力検出器を備え、前記分力検出器は、少なくとも３以上の薄肉部を有する受感ビーム部と、前記薄肉部に対応させて貼付され、４つの抵抗素子でブリッジ回路を形成する複数の直交せん断型歪ゲージとを有し、前記ブリッジ回路からの出力信号は、前記分力検出器に設けられた回転角度検出信号から得られるタイミング信号に応じて前記分力検出器の内部に配置された電子回路によりサンプリングし、ＡＤ変換器によりデジタル化して、信号処理回路に送出し、前記信号処理回路で、伝送された各ブリッジ回路からの出力信号を予め記憶されている補正情報により補正して、座標変換を行うことにより、前記６分力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び、働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を算出するようにした。

このように構成された回転型分力計測装置によれば、出力信号は、薄肉部（受感部）毎に取り出されるので、受感部毎の検出の独立性、異なる受感部間の非干渉性が維持され、この状態で信号処理回路に伝達されるので、出力信号毎に歪ゲージの特性、受感部毎の異なる変形に従った正確な補正が、信号処理回路で簡単に行え、分力算出の高精度化が図られる。

前記直交せん断型歪ゲージは、周方向に隣接する前記薄肉部に、中心軸が前記分力検出器の軸と一致するものと、中心軸が前記分力検出器の軸に対して、４５度傾斜させものとを交互に配置することができる。

前記受感ビーム部は、円筒状に形成され、その外側面に３個以上の凹部を形成して、その背面側に前記薄厚部を形成することができる。

前記ブリッジ回路で検出された検出信号は、ＡＤ変換器によりデジタル化した後に、デジタル化された出力信号を電磁結合，光データ伝送，もしくは無線伝送等の非接触データ伝送方法で、または、スリップリング等による接触データ伝送方式で、前記分力検出器の外部に配置された前記信号処理回路に伝送することができる。

前記補正情報は、一次補正または、前記回転検出器の回転に応じた回転変形を組み入れた高次補正を含む情報とすることができる。

前記信号処理回路は、静止状態で、前記トルク伝達軸の回転角度毎に、外部から既知の６分力を加え、その時のブリッジ信号を測定することにより得られる変換行列に基づいて、前記出力信号を前記６分力に変換することができる。

このような変換行列を予め求めておくことで、複数の出力信号から６分力への変換が素早く行われ、信号処理の高速化に貢献する。また、この構成によれば、トルク伝達軸にかかる分力と、回転角度についての情報が得られるので、エンジンベンチ等によるエンジンの性能評価試験、実車での加速・減速時のトルク計測や、ＡＴ車のギア変速制御等、様々な用途に用いられる。

本発明にかかる回転型分力計測装置によれば、トルク伝達軸側で、受感部毎に得られるタイミング信号に応じて出力信号をサンプリングし、受感部毎の検出独立性、異なる受感部間の非干渉性が維持された状態で、受感部毎の歪ゲージの特性に従って出力信号の補正を行った上で、６分力に座標変換されるので、６分力の高精度化が実現される。しかも、ブリッジ回路は、受感部毎に構成されているため、配線が短くて済み、配線に伴う信号誤差が軽減される。

また、各々の受感部毎の信号をそのまま信号処理回路にデータを伝送することにより、信号処理回路での高速演算機能を使用してデータ補正、および受感部構造に伴う座標変換により分力値を求めることにより、各受感部毎の補正を行えるとともに、受感部の数量、構造、配置に対応してデータ伝送信号数の変更、信号処理回路の演算方法を変更するだけで複数種の回転型分力計測装置を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図１１は、本発明にかかる回転型分力計測装置の第１実施例を示している。図１は、本発明の計測装置１０をエンジンの特性測定装置に組み込んだ場合の適用例である。

同図に示したエンジン特性測定装置は、ベンチ１上に対向するように搭載されたエンジン２とダイナモメータ３とを備え、エンジン２のクランク軸には、軸トルク計４が結合されている。

本発明の計測装置１０は、エンジンのクランク軸に連結される第１トルク伝達軸５と、ダイナモメータ３の回転軸に連結された第２トルク伝達軸６との間に介装されていて、エンジン２ないしはダイナモメーター３のいずれか一方から回転力が入力されるようになっている。

なお、図１に示した符号７は、エンジン２の駆動制御部であり、同８は、ダイナモメータ３の駆動制御部である。また、符号９は、制御部７，８を管理する中央制御部であり、同１１は、中央制御部９からの送出信号を受けて、所定の処理を施して、各制御部７，８に送出する信号処理部である。また、符号１２は、信号処理部１１から送出される信号などのモニタ用表示部である。

本実施例の場合、計測装置１０は、分力検出器２０と、計測部３０とを備えている。分力検出器２０は、受感ビーム部２１と、その両端に固設された一対の取付けフランジ２２とを有している。

この分力検出器２０は、図２に示すように、第１および第２トルク伝達軸５，６の端部に固設されたフランジ５ａ，６ａに、それぞれ取付けフランジ２２を当接させてボルトを螺着することで、第１および第２トルク伝達軸５，６間に介装されている。

分力検出器２０の詳細を図３〜図６に示している。これらの図に示した分力検出器２０は、一対の円盤状取付けフランジ２２間に、受感ビーム部２１が配置されていて、本実施例の場合、受感ビーム部２１は、概略中空な円筒形状に形成されている。

円筒形状の受感ビーム部２１の外周面には、周方向に沿って、等間隔に角形の凹部２３が設けられており、この凹部２３を形成することにより、その背面側が薄肉部２４となっている。

本実施例の場合、凹部２３は、周方向に沿って等角度間隔に８個設けられていて、その結果、薄肉部２４も周方向に沿って等角度間隔で８個形成されている。各薄肉部２４の背面側には、直交せん断歪みゲージＡ〜Ｈがそれぞれ貼付されている。

本実施例の回転型分力計測装置１０では、分力検出器２０は、エンジン２からの駆動を伝えるトルク伝達軸５にかかる６分力を計測するため、ジュラルミン等の高剛性材料により形成されている。なお、トルク伝達軸５，６へ取付けるための形状は、トルク伝達軸５，６の途中に連結できるものであれば良く、必ずしも円環状である必要はない。

なお、図５および図６に符号２５で示した部分は、分力検出器２０の回転角度検出部であり、本実施例の場合、検出部２５は、フォトインタラプタ２５ａと、遮光板２５ｂとから構成されていて、遮光板２５ｂは、リング状に形成されて、取付けフランジ２２の外周に固設されている。

遮光板２５ｂは、検出器２０が回転すると、その回転に伴ってフォトインタラプタ２５ａの中心軸上を回転するようになっていて、遮光板２５ｂに貫通形成されている孔２５ｃが、フォトインタラプタ２５ａの中心にくると、インタラプタ２５ａ間に光が透過して、出力信号が送出される。

この出力信号の送出間隔は、遮光板２５ｂに貫通形成されている多数の孔２５ｃの穿孔間隔と、分力検出器２０の回転速度に対応したものとなる。なお、図６に符号２６で示した部材は、後述する計測部３０の第１信号処理回路３１およびデータ収集部３２の電気回路を構成するＩＣなどの素子が搭載された基板であり、本実施例の場合には、複数の基板２６がホルダ２７に支持されて、分力検出器２０の中央に設けられた貫通孔内に設置されている。

直交せん断歪みゲージＡ〜Ｈは、受感ビーム部２１に回転力が加えられた際に、薄肉部２４の歪みを検出するものであり、その詳細構造を図７に示している。同図に示した直交せん断歪みゲージＡ〜Ｈは、４個の抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を備えている。この抵抗素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、フレキシブル基板上に形成され、図８に示すように、８個のブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８が形成される。

本実施例の場合、直交せん断歪みゲージＡ〜Ｈは、周方向に隣接する薄肉部２４の背面側に、２つの異なった形態で貼付されている。すなわち、本実施例の場合、図７に示したゲージの中心軸Ｃ_０が、分力検出器２０の軸と一致する形態のもの（Ａ，Ｃ，Ｅ，Ｇ）と、中心軸Ｃ_０が分力検出器２０の軸に対して、４５度傾斜させた形態のもの（Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈ）とを交互に配置しており、その配置形態を図９に展開図として示している。

以上のように構成したブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８では、歪ゲージＡ、Ｃ、Ｅ、Ｇは、分力検出器２０の軸を中心とする直交座標（ｘ，ｙ，ｚ）系の軸方向に加わる力Ｆｘ、Ｆｙ、および、軸周りに働くトルクＭｚを検出し、歪ゲージＢ、Ｄ、Ｆ、Ｈは、軸方向に加わる力Ｆｚ、および、軸周りに働くトルクＭｘ、Ｍｙを検出することになる。

なお、本実施例では、４抵抗素子の歪ゲージを使用しているが、３，２、または１素子の歪ゲージであっても良い。また、歪みゲージの貼付位置は、円環状受感ビーム部２１の内面側だけでなく、外面側に貼り付けても良い。

計測部３０の詳細を図１０に示している。同図に示した計測部３０は、回転側である分力検出部２０側に搭載される第１信号処理回路３１およびデータ収集部３２と、分力検出部２０側から離間した位置である固定側（例えば、データ収集室、実験室、制御室、コンピュータ設置室等）に設けられる第２信号処理回路３３とを有している。

第１信号処理回路３１は、８個の薄肉部（受感部）２４に貼付された歪みゲージＡ〜Ｈにより形成された８個のブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８からの出力信号を、回転検出部２５から得られるタイミング信号に応じてサンプリングする。

第１信号処理回路３１には、データ収集部３２を有している。データ収集部３２には、回転角度検出器２５から得られるタイミング信号に応じて、ブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８からの出力信号をサンプリングしてＡＤ変換するＡＤ変換器３２ａと、その制御部３２ｂとが含まれている。

ＡＤ変換器３２ａのより具体的な動作を例示すると、ＡＤ変換器３２ａには、角度検出部２５から回転角度毎（例えば、０．５度、１度等）に発生するタイミング信号が入力され、ＡＤ変換器３２ａは、この回転角度検出器２５から得られるタイミング信号に応じて、入力データであるブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８からの出力信号をサンプリングして、計８個の出力信号をデジタル出力する。

データ制御部３２ｂは、ＡＤ変換器３２ａや角度検出部２５の制御を行ったり、ＡＤ変換器３２ａの出力を角度検出部２５で検出される角度毎に分類して送出する手段である。

第１信号処理回路３１には、データ制御部３２ｂから送出される出力信号を、回転角度検出器２５から得られるタイミング信号に応じて、第２信号処理回路３３のデータ受信部３３ａに送出するデータ送出部３１ａを有している。また、第１信号処理回路３１には、コイル３１ｂと、電力受給部３１ｃを有しており、電力受給部３１ｃは、受給した電力をデータ収集部３２の各回路や、ブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８に分配供給する。

第２信号処理回路３３は、第１信号処理回路３１でサンプリングされた出力信号を受信して、受感部（薄肉部２４）毎の歪ゲージＡ〜Ｈの特性、異なる受感部（薄肉部２４）間の歪ゲージＡ〜Ｈの干渉特性に基づいて個々に補正し、回転角度毎に６分力を算出するものであり、データ受信部３３ａ，コイル３３ｂ，電力供給部３３ｃおよび信号処理部３３ｄを有している。

本実施例では、出力信号の第１信号処理回路３１から第２信号処理回路３３への伝送と、コイル３１ｂとコイル３３ｂ間の電力の授受は、非接触で行われる。その際、デジタル化された出力信号の回転に伴う伝送経路の変化、発生する電磁ノイズ等による誤差の影響が少ない電磁結合、光データ伝送、無線伝送等の方式で行われることが望ましい。

なお、本実施例の場合、非接触方式の他、スリップリング等による接触方式の伝送が行われてもよい。接触方式の伝送によれば、既存の設備を活用することが出来る。

また、８本のデジタル化された出力信号は、シリアルデータにして直接ＡＳＫ変調して伝送されるか、８チャンネル多重化信号としてＦＳＫ，ＰＳＫ変調して伝送されてもよい。シリアル伝送の他、パラレル伝送されてもよい。また、このようなデータ変調は、データ制御部３２ｃで行われてもよい。

信号処理部３３ｄは、受信部３３ａから受信した計８個の出力信号から、直交座標系の６分力を求める手段である。信号処理部３３ｄの詳細な構成の一例を図１１に示す。同図に示した信号処理部３３ｄは、データ復調回路３３ｅと、信号補正回路３３ｆと、座標変換回路３３ｇとを有している。

データ復調回路３３ｅは、変調されて送られてきた出力信号（本実施例では１本の８ｃｈ多重化信号）を、計８本の出力信号（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ））に復調する手段である。

信号補正回路３３ｆは、出力信号を、予め記憶してある回転角度検出器２５の角度位置毎の補正情報（補正係数）に基づいて補正する手段である。この場合の補正情報は、例えば、既知の出力信号を負荷として与えた時の、回転角度２５の出力信号を読取り、これらの信号を比較演算して相互の相関性を表す補正係数を予め求め、メモリ等に記憶しておくことができる。

この場合、出力信号は、受感部毎の歪ゲージＡ〜Ｈの特性、異なる受感部間の歪ゲージＡ〜Ｈの干渉特性（誤差）を有したまま、信号補正回路３３ｆに入力されるため、出力信号毎に歪ゲージＡ〜Ｈの特性、受感部毎の異なる変形に従った正しい補正が行われ、その後の分力の算出が高精度に行われる。補正は、線形１次補正だけでも十分であり、高度な補正は特に必要とされない。

なお、分力の算出誤差をより少なくするためには、各出力信号が理論値に最も近くなるように補正情報の係数を調整したり、各出力信号のｎ次の項及び各項の積を補正項として加え、補正を行ってもよい。その際、各補正項は、まとめて補正行列にして演算してもよい。また更に、回転角度検出器２５の回転に応じた回転変形を組み入れた高次補正が行われてもよい。

このように、分力算出後ではなく分力算出前に、受感部毎の検出独立性、異なる受感部間の非干渉性が維持された状態で、出力信号毎に歪ゲージＡ〜Ｈの特性、受感部毎の異なる変形に従った補正が行われるので、補正演算は容易に行われ、また補正の妥当性も増し、正しく高精度な分力が求められる。

座標変換回路３３ｇは、復調された計８本の出力信号を回転角度毎に回転座標系（直交座標系ｘ，ｙ，ｚ）の６分力に座標変換する手段である。本実施例では、変換は、次式で示す行列演算により行われる。

ここで、Ｆｘ〜Ｍｚは、トルク伝達軸の直交座標系のｘ、ｙ、ｚ軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６分力、Ａ〜Ｈは、８個のブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８の出力信号であり、Ｋ_１１〜Ｋ_６８は変換行列（変換のためのマトリックス）である。

この変換行列は、予め使用する分力検出器２０について、静止状態で、トルク伝達軸の回転角度（例えば、１度）毎に、トルク伝達軸の外部から、既知の６分力を、例えば、ダイナモメータ３から加え、その時のブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８の出力信号Ａ〜Ｈを測定し、これらの相関関係を求めることにより得られ、得られた変換行列は、補正情報の１つとしてメモリ等に記憶させておく。なお、本実施例での変換行列は以下のようになる。

このように変換行列を予め求めておくことで、８本の出力信号から６分力への変換が素早く行われ、信号処理の高速化に貢献する。

以上説明した回転型分力計測装置１０では、従来から用いられている装置と比較して以下のメリットがある。すなわち、従来は、第１信号処理回路３１に相当する部分で、ブリッジ回路の出力信号の差または和を演算して、ここで６分力を求めて第２信号処理回路３３に相当する部分に伝送し、第２信号処理回路３３に相当する部分で、誤差要因等の補正を行っていた。

ところが、従来構成のブリッジ回路は、配線が複数の受感部を跨っており、配線が長くなることが分力の検出誤差要因となるだけでなく、分力の各成分には、複数の受感部の歪ゲージ特性に基づく誤差が加算され、回転部内で６分力が算出されてしまうため、回転部の外部に配置された信号処理部でどのように補正しようが各受感部毎の歪み成分に分離することが非常に難しく、各受感部毎の異なる変形に対する補正は不可能であり、正しい分力を求めることができなかった。

また、分力の各成分には、ブリッジ回路の出力信号段階で生じている誤差成分が埋もれてしまっているから、分力を求めた後に、個々の受感部の歪ゲージの特性や、異なる受感部間の歪ゲージの干渉特性に応じた補正を行うことには意味がなく、また高度の補正を行うことは困難であった。

これに対し、本実施例の回転型分力測定装置１０では、分力を求めるのは、第２信号処理回路３３で演算して行なう為に、このような不都合が解消される。すなわち、本実施例の回転型分力計測装置１０では、回転側に設けられた第１信号処理回路３１では、受感部毎、回転角度毎に出力信号をサンプリングして、分力演算をするとこなく、送出部３１ａら第２信号処理回路３３に送出し、回転側の外部に設けられた第２信号処理回路３３の受信部３３ａで受信した後、信号処理部３３ｄで、受感部毎に出力信号が分離されて、６分力の演算が行われ、このため、受感部毎の検出独立性、異なる受感部間の非干渉性が維持された状態で、受感部毎に出力信号の補正を行った上で、回転角度毎に６分力に座標変換される。

従って、各受感部毎の異なる変形に対する補正が容易に行われ、６分力の高精度化が実現される。しかも、ブリッジ回路Ｂ_１〜Ｂ_８は、受感部毎に構成されているため、配線が短くて済み、配線に伴う信号誤差が軽減される。

なお、受感ビーム部２１の凹部２３は、その数が増える毎に、分離した出力信号の数が増えることから、出力信号間の独立性、非干渉性が増し、６分力の高精度化、出力信号の補正の高精度化が実現されるので、受感部、及び出力信号の本数は必ずしも８本である必要はない。

また、本実施例の計測装置１０では、受感ビーム部２１の凹部２３の数量は必ずしも８個である必要はなく、３以上であれば４〜７，９以上と変更してもよい。

図１２は、本発明に係る回転型分力計測装置の第２実施例を示しており、上記第１実施例と同一もしくは相当する部分には、共通符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。

同図は、分力検出器２０ａの他の例を示す平面図であり、検出器２０ａは、受感ビーム部２１ａ，取付けフランジ２２ａを有しており、受感ビーム部２１ａは、中空円筒状に形成され、外周面には、５個の凹部２３ａが等角度間隔に設けられている。

凹部２３ａの背面側に形成され薄肉部２４ａが形成され、この薄肉部２４ａの内面側には、合計１０個の直交せん断歪みゲージＳ１〜Ｓ１０が貼付されている。この歪みゲージＳ１〜Ｓ１０は、薄肉部２４ａの内面側と、その隣接部分に配置されている。凹部２３ａの配置間隔は、中心に対する角度が２π／５、すなわち７２度毎に均等区分するようになっている。

なお、本実施例においても、歪みゲージＳ１〜Ｓ１０は、図７に示したゲージの中心軸Ｃ_０が、分力検出器２０の軸と一致する形態のものと、中心軸Ｃ_０が分力検出器２０の軸に対して、４５度傾斜させた形態のものとを交互に配置している。

本実施例の場合も計測部３０は、図１０に示した構成と同じものが用いられ、データ受信部３３ａが受信した計１０個の出力信号から、直交座標系の６分力が、以下に示す座標変換方式により求められる。

本実施例の場合でも、図１１に示した信号補正回路３３ｅは、出力信号を、予め記憶してある回転角度検出器２５の角度位置毎の補正情報（補正係数）に基づいて補正することは、実施例１と同様に行われる。

なお、分力の算出誤差をより少なくするためには、各出力信号が理論値に最も近くなるように補正情報の係数を調整したり、各出力信号のｎ次の項及び各項の積を補正項として加え、補正を行ってもよい。その際、各補正項はまとめて補正行列にして演算してもよい。また更に、回転角度検出器２５の回転に応じた回転変形を組み入れた高次補正が行われてもよいことは前述実施例と同様である。以上の構成した実施例２でも上記実施例と同等の作用効果が得られる。

そして、本発明の回転型分力計測装置１０ａによって得られた実回転座標系の分力と、回転角度についての情報は、エンジンの加速時、減速時におけるエンジントルクの挙動の解析や、エンジンの失火やノッキングの検出等の用途に用いられる。

なお、上記実施例では、分力検出器として、中空円筒形の形状のものを例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、例えば、円盤形状のものや、多角形の円盤ないしは円筒などの形状であってもよい。

本発明にかかる回転型分力計測装置では、高精度の分力測定が可能になるので、例えば、内燃機関のトルクなどのエンジン特性の測定に有効に活用することができる。

本発明にかかる回転型分力測定装置の使用状態の一例を示す側面説明図である。図１に示した分力測定装置の取付け状態の斜視図である。図１に示した分力測定装置の分力検出器の正面図である。図１に示した分力測定装置の分力検出器の側面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。図４のＢ−Ｂ線断面図である。図１に示した分力測定装置の分力検出器に用いる歪みゲージの平面図である。図７に示したの歪みゲージで形成するブリッジ回路の説明図である。図７に示した歪みゲージの貼付位置の展開図である。図１に示した分力測定装置の計測部のブロック図である。図１０に示した信号処理部の詳細説明図である。本発明にかかる計測装置の第２実施例を示す要部説明図である。

符号の説明

１０…回転型分力計測装置
５……第１トルク伝達軸
６……第２トルク伝達軸
２０…分力検出部
２１…受感ビーム部
２２…取付けフランジ
２３…凹部
２４…薄肉部
２５…回転角度検出部
３０…計測部
３１…第１信号処理回路
３２…データ収集部
３３…第２信号処理回路

Claims

直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの６分力を計測する回転型分力計測装置において、
前記回転駆動力が伝達される第１，第２トルク伝達軸の間に配置され、一端側から回転駆動力が入力された際に、前記６分力に関連する歪みを検出する分力検出器を備え、
前記分力検出器は、少なくとも３以上の薄肉部を有する受感ビーム部と、
前記薄肉部に対応させて貼付され、４つの抵抗素子でブリッジ回路を形成する複数の直交せん断型歪ゲージとを有し、
前記ブリッジ回路からの出力信号は、前記分力検出器に設けられた回転角度検出信号から得られるタイミング信号に応じて前記分力検出器の内部に配置された電子回路によりサンプリングし、ＡＤ変換器によりデジタル化して、信号処理回路に送出し、
前記信号処理回路で、伝送された各ブリッジ回路からの出力信号を予め記憶されている補正情報により補正して、座標変換を行うことにより、前記６分力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及び、働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を算出することを特徴とする回転型分力計測装置。
前記直交せん断型歪ゲージは、周方向に隣接する前記薄肉部に、中心軸が前記分力検出器の軸と一致するものと、中心軸が前記分力検出器の軸に対して、４５度傾斜させものとを交互に配置することを特徴とする請求項１記載の回転型分力計測装置。
前記受感ビーム部は、円筒状に形成され、その外側面に３個以上の凹部を形成して、その背面側に前記薄肉部を形成することを特徴とする請求項１または２記載の回転分力型計測装置。
前記ブリッジ回路で検出された検出信号は、ＡＤ変換器によりデジタル化した後に、デジタル化された出力信号を電磁結合，光データ伝送，もしくは無線伝送等の非接触データ伝送方法で、または、スリップリング等による接触データ伝送方式で、前記分力検出器の外部に配置された前記信号処理回路に伝送することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転型分力計測装置。
前記補正情報は、一次補正または、前記回転検出器の回転に応じた回転変形を組み入れた高次補正を含む情報であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転型分力計測装置。
前記信号処理回路は、静止状態で、前記トルク伝達軸の回転角度毎に、外部から既知の６分力を加え、その時のブリッジ信号を測定することにより得られる変換行列に基づいて、前記出力信号を前記６分力に変換することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転型分力計測装置。