JP2007327890A - Torque measuring device of rotating body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トルク測定装置に関し、より詳しくは、回転力伝達系中の駆動軸側と負荷軸側との間に介挿され両軸間に伝達されるトルクを測定する回転体のトルク測定装置に関するものである。 The present invention relates to a torque measuring device, and more specifically, a torque measuring device for a rotating body that is interposed between a drive shaft side and a load shaft side in a rotational force transmission system and measures torque transmitted between both shafts. It is about.
従来のトルク変換器としては、例えば、特許文献1(特公昭60−46372号公報)に記載された形式のものが多く使用されてきた。
即ち、特許文献1に記載のトルク変換器は、原動機側の回転軸と、負荷側の回転軸との間に細径に形成してなる起歪部の外周面上の円周方向に180°離間した位置に、起歪部の軸方向に対しほぼ45°だけ傾斜して配設され、2つの圧縮側ひずみゲージがそれぞれ2つの引張側ひずみゲージに対して90°だけ異なる方向に感度をもつように添着され、これにより、各ひずみゲージは、引張力とこれに対して90°の方向に生ずる圧縮力に応じた抵抗値を呈するようになされている。このように添着された複数の圧縮側ひずみゲージと複数の引張側のひずみゲージとを隣接する辺にそれぞれ回路挿入してなるブリッジ回路よりトルクに応じた電気信号を得るようにしている。
As a conventional torque converter, for example, one of the type described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 60-46372) has been often used.
That is, the torque converter described in
そして、ケーシング(固定側)から起歪部(回転側)上のブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を供給したり、ブリッジ回路から出力されるトルク検出信号を起歪部側からケーシング側に伝達する手段として、起歪部に並設された4つのスリップリングと、ケーシングに設けられた4つのブラシを介して、コネクタに伝達する、いわゆる直接接触式の伝送手段が用いられている。
一方、トルク検出信号を非接触で回転側から固定側へ伝送する方式のトルク測定装置が、例えば、特許文献2(特開平11−160171号公報)にて提案されている。
即ち、この特許文献2に係るトルク測定装置(発明の名称としては、電気動力計と称されている)は、電動機または発電機の回転軸に固定した管状部に取付けられたひずみゲージにより管状部のトルクによる応力を検出し、この検出信号を回転トランスの回転側コイルおよび固定側コイルを介して軸受部の外周に設けられたトルクメータ本体に伝え、さらにそのコネクタに接続された信号線を介して外部に出力するように構成されている。
Then, the bridge power is supplied from the casing (fixed side) to the input end of the bridge circuit on the strain generating portion (rotating side), or the torque detection signal output from the bridge circuit is transmitted from the strain generating portion side to the casing side. As a means, a so-called direct contact type transmission means for transmitting to the connector via four slip rings arranged in parallel to the strain generating portion and four brushes provided on the casing is used.
On the other hand, a torque measuring device that transmits a torque detection signal in a non-contact manner from the rotating side to the stationary side has been proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-160171.
That is, the torque measuring device (referred to as an electric dynamometer in the name of the invention) according to this
しかしながら、上記背景技術で述べた特許文献1に係るトルク変換器は、ひずみゲージで得られたトルク検出信号をスリップリングによる直接接触方式で伝送するものであるため、信号伝達系中にブラシの摺動ノイズが混入し、測定精度に悪影響を与えるという問題がある他、スリップリングが接触構造であるため、ブラシの寿命が短く、メンテナンスが必要となるばかりでなく、トルクメータの最高回転数が数千r.p.m迄の測定に限定される、という不都合があった。
一方、上記背景技術で述べた特許文献2に係る電気動力計は、トルク検出信号を非接触で回転体側から固定体側へ伝送する方式であるため、上述した接触ノイズの問題は、回避されるが、ひずみゲージによって検出される検出信号は、回転トランスによって固定側に伝送されるため、回転トランスに供給する電源(例えば、100Vの商用電源)が必要となるという、制約がある。
However, since the torque converter according to
On the other hand, since the electric dynamometer according to
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的とするところは、固定側より特に電源を供給する必要がない回転体のトルク測定装置を提供することにあり、
第2の目的とするところは、回転体が静止している状態においても駆動軸側と負荷軸側との間に負荷されているトルクを的確に測定し得る回転体のトルク測定装置を提供することにあり、
第3の目的とするところは、回転体側と固定体側との間の電力・信号の授受において無用なノイズの混入がし難い回転体のトルク測定装置を提供することにあり、
第4の目的とするところは、高速回転する伝動軸に生ずる動的トルクを測定し得る回転体のトルク測定装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a first object of the present invention is to provide a torque measuring device for a rotating body that does not need to supply power from the fixed side.
The second object is to provide a torque measuring device for a rotating body that can accurately measure the torque applied between the drive shaft side and the load shaft side even when the rotating body is stationary. In particular,
A third object is to provide a torque measuring device for a rotating body that is difficult to introduce unnecessary noise in the transmission and reception of power and signals between the rotating body side and the stationary body side.
A fourth object is to provide a torque measuring device for a rotating body capable of measuring dynamic torque generated in a transmission shaft rotating at high speed.
請求項1に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
回転力伝達系中の駆動軸側と負荷軸側との間に介挿され、両軸間に伝達されるトルクを測定する回転体のトルク測定装置において、
固定体と前記回転体との間に配設され前記回転体の回動に伴い発電する発電機構と、
前記回転体側に配設され、前記発電機構により発電した電力を蓄積する充電池と、
前記負荷軸に負荷されるトルクを検出し、検出信号を出力するトルク検出手段と、
このトルク検出手段から出力される検出信号を増幅、信号変換などを行う信号処理回路と、
この信号処理回路からの出力信号を非接触で固定体側へ伝送する伝送手段とを具備し、
前記トルク検出手段、前記信号処理回路および前記伝送手段に対し、前記発電機構または前記充電池から電力を供給し得るように構成したことを特徴としている。
A torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
In a torque measuring device for a rotating body that is interposed between a drive shaft side and a load shaft side in a rotational force transmission system and measures torque transmitted between both shafts,
A power generation mechanism that is disposed between the fixed body and the rotating body and generates electric power with the rotation of the rotating body;
A rechargeable battery that is disposed on the rotating body side and stores electric power generated by the power generation mechanism;
Torque detecting means for detecting torque applied to the load shaft and outputting a detection signal;
A signal processing circuit for performing amplification, signal conversion and the like on the detection signal output from the torque detection means;
Transmission means for transmitting the output signal from the signal processing circuit to the stationary body without contact,
The torque detection unit, the signal processing circuit, and the transmission unit are configured to be able to supply power from the power generation mechanism or the rechargeable battery.
請求項2に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記発電機構は、前記固定体を構成するケーシング部材または当該ケーシング部材と一体的な部材に配設された複数個の永久磁石と、前記回転体の一部を構成する前記駆動軸または前記負荷軸のフランジ部に配設された複数個のコイルと、からなることを特徴としている。
請求項3に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記複数個の永久磁石は、駆動軸を中心とする第1の仮想円上に等角度間隔をもって前記ケーシング部材上に複数個配設され、前記複数個の前記コイルは、前記駆動軸を中心とする前記仮想円と同一半径の第2の仮想円上に等角度間隔をもって前記フランジ部上に複数個配設され、前記各コイルと前記各永久磁石は、所定の間隙を存して対峙するように配設したことを特徴としている。
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
The power generation mechanism includes a plurality of permanent magnets disposed on a casing member constituting the fixed body or a member integral with the casing member, and the drive shaft or the load shaft constituting a part of the rotating body. And a plurality of coils disposed on the flange portion.
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
The plurality of permanent magnets are disposed on the casing member at equiangular intervals on a first virtual circle centered on the drive shaft, and the plurality of coils are centered on the drive shaft. A plurality of flanges are disposed at equal angular intervals on a second virtual circle having the same radius as the virtual circle, and the coils and the permanent magnets face each other with a predetermined gap. It is characterized by having been arranged in.
請求項4に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記充電池は、前記駆動軸および/または前記負荷軸の中心部に沿って穿設された充電池収納穴に装填するように構成したことを特徴としている。
請求項5に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記負荷軸には、前記信号処理回路および前記伝送手段等の回路部品を収納するための回路部品収納ケース部を設けたことを特徴としている。
請求項6に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記トルク検出手段、前記信号処理手段および前記伝送手段は、前記駆動軸が停止中にも前記充電池から電力の供給を受けて前記負荷軸に負荷されている停止時のトルクを検出し得るように構成したことを特徴としている。
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
The rechargeable battery is configured to be loaded into a rechargeable battery housing hole formed along the center of the drive shaft and / or the load shaft.
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
The load shaft is provided with a circuit component storage case portion for storing circuit components such as the signal processing circuit and the transmission means.
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the above first to fourth objects,
The torque detection means, the signal processing means, and the transmission means can detect the torque at the time of stopping applied to the load shaft by receiving power from the rechargeable battery even when the drive shaft is stopped. It is characterized by being configured.
請求項7に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第4の目的を達成するために、
前記トルク検出手段は、前記負荷軸の細径とされた起歪部上に、180°の角度間隔をあけて添着された複数のひずみゲージからなり、前記起歪部に生じるせん断ひずみを検出し得るように構成したことを特徴としている。
請求項8に記載した発明に係る回転体のトルク測定装置は、
上述した第1〜第6の目的を達成するために、
前記駆動軸と前記負荷軸は、それぞれの端部に形成された対をなすフランジ部同士が、軸中心を合致させるように当接された状態で、ねじ結合手段をもって接合したことを特徴としている。
A torque measuring device for a rotating body according to the invention described in claim 7 is:
In order to achieve the above first to fourth objects,
The torque detecting means comprises a plurality of strain gauges attached at an angular interval of 180 ° on a strain generating portion having a small diameter of the load shaft, and detects a shear strain generated in the strain generating portion. It is characterized by being configured to obtain.
The torque measuring device for a rotating body according to the invention described in
In order to achieve the first to sixth objects described above,
The drive shaft and the load shaft are joined by a screw coupling means in a state where a pair of flange portions formed at respective end portions are in contact with each other so as to match the shaft center. .
請求項1に記載の発明によれば、回転力伝達系中の駆動軸側と負荷軸側との間に介挿され、両軸間に伝達されるトルクを測定する回転体のトルク測定装置において、
固定体と前記回転体との間に配設され前記回転体の回動に伴い発電する発電機構と、
前記回転体側に配設され、前記発電機構により発電した電力を蓄積する充電池と、
前記負荷軸に負荷されるトルクを検出し、検出信号を出力するトルク検出手段と、
このトルク検出手段から出力される検出信号を増幅、信号変換などを行う信号処理回路と、
この信号処理回路からの出力信号を非接触で固定体側へ伝送する伝送手段とを具備し、
前記トルク検出手段、前記信号処理回路および前記伝送手段に対し、前記発電機構または前記充電池から電力を供給し得るように構成したので、次のような効果が得られる。
According to the first aspect of the present invention, in the torque measuring device for a rotating body that is interposed between the drive shaft side and the load shaft side in the rotational force transmission system and measures torque transmitted between both shafts. ,
A power generation mechanism that is disposed between the fixed body and the rotating body and generates electric power with the rotation of the rotating body;
A rechargeable battery that is disposed on the rotating body side and stores electric power generated by the power generation mechanism;
Torque detecting means for detecting torque applied to the load shaft and outputting a detection signal;
A signal processing circuit for performing amplification, signal conversion and the like on the detection signal output from the torque detection means;
Transmission means for transmitting the output signal from the signal processing circuit to the stationary body without contact,
Since the electric power can be supplied from the power generation mechanism or the rechargeable battery to the torque detection means, the signal processing circuit, and the transmission means, the following effects can be obtained.
第1に、外部電源、該電源から電力を伝達するスリップリング・ブラシ、発振器および回転トランスなどを用いることなく、電源となる電力を自ら生成し、充電しておくことができる回転体のトルク測定装置を提供することができる。
第2に、回転体が回転を停止している状態においても、駆動軸側と負荷軸側との間に負荷されているトルクを的確に測定し得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
第3に、回転体側と固定体側との間の電力や信号の授受において無用なノイズが混入し難い回転体のトルク測定装置を提供することができる。
第4に、高速回転に耐え、且つ高速回転中の伝動軸の動的トルクを検出し得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、前記発電機構は、前記固定体を構成するケーシング部材またはこれと一体的な部材に配設された複数個の永久磁石と、前記回転体の一部を構成する前記駆動軸または負荷軸のフランジ部に配設された複数個のコイルと、からなるので、簡略な構成で上記の効果を奏する回転体のトルク測定装置を提供することができる。
First, torque measurement of a rotating body that can generate and charge power as a power source without using an external power source, a slip ring / brush that transmits power from the power source, an oscillator, and a rotating transformer. An apparatus can be provided.
Second, it is possible to provide a torque measuring device for a rotating body that can accurately measure the torque applied between the drive shaft side and the load shaft side even when the rotating body stops rotating. it can.
Thirdly, it is possible to provide a torque measuring device for a rotating body in which unnecessary noise is hardly mixed in the transmission and reception of electric power and signals between the rotating body side and the stationary body side.
Fourthly, it is possible to provide a torque measuring device for a rotating body that can withstand high-speed rotation and detect dynamic torque of a transmission shaft during high-speed rotation.
According to a second aspect of the present invention, the power generation mechanism includes a plurality of permanent magnets disposed on a casing member constituting the fixed body or a member integral therewith, and one of the rotating bodies. And a plurality of coils disposed on the flange portion of the drive shaft or the load shaft constituting the portion, it is possible to provide a torque measuring device for a rotating body that exhibits the above effects with a simple configuration.
また、請求項3に記載の発明によれば、前記複数個の永久磁石は、駆動軸を中心とする第1の仮想円上に等角度間隔をもって前記ケーシング部材上に複数個配設され、前記複数個の前記コイルは、前記駆動軸を中心とする前記仮想円と同一半径の第2の仮想円上に等角度間隔をもって前記フランジ部上に複数個配設され、前記各コイルと前記各永久磁石は、所定の間隙を存して対峙するように配設したので、比較的低速回転でも効率よく発電をし、充電池に安定的な充電電圧を保持させ得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
また、請求項4に記載の発明によれば、前記充電池は、前記駆動軸および/または前記負荷軸の中心部に沿って穿設された充電池収納穴に装填するように構成したので、充電池に作用する遠心力が最小で済み、高速回転に耐え得るトルク測定装置を提供することができる。
また、請求項5に記載の発明によれば、前記負荷軸には、前記信号処理回路および前記伝送手段等の回路部品を収納するための回路部品収納ケース部を設けたので、検出したトルクに対応する信号を増幅・信号変換・伝送のための変調等を回転体内で行い、固定体側への信号伝送を安定的に非接触で行い得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of the plurality of permanent magnets are disposed on the casing member at equiangular intervals on a first virtual circle centered on the drive shaft, A plurality of the coils are disposed on the flange portion at equal angular intervals on a second virtual circle having the same radius as the virtual circle centered on the drive shaft, and each coil and each permanent Since the magnets are arranged so as to confront each other with a predetermined gap, a torque measuring device for a rotating body that can efficiently generate power even at a relatively low speed rotation and maintain a stable charging voltage in the rechargeable battery is provided. can do.
According to the invention of
According to the fifth aspect of the present invention, the load shaft is provided with a circuit component storage case for storing circuit components such as the signal processing circuit and the transmission means. It is possible to provide a torque measuring apparatus for a rotating body that can perform modulation for amplification, signal conversion, and transmission of the corresponding signal in the rotating body, and can stably perform signal transmission to the stationary body without contact.
また、請求項6に記載の発明によれば、前記トルク検出手段、前記信号処理手段および前記伝送手段は、前記駆動軸が停止中にも前記充電池から電力の供給を受けて前記負荷軸に負荷されている停止時のトルクを検出し得るように構成したので、回転体の停止状態においても、トルクを的確に測定し得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
また、請求項7に記載の発明によれば、前記トルク検出手段は、前記負荷軸の細径とされた起歪部上に、180°の角度間隔をあけて添着された複数のひずみゲージからなり、前記起歪部に生じるせん断ひずみを検出し得るように構成したので、小トルクから大トルクまで広範囲のトルクを精度よく検出し得る回転体のトルク測定装置を提供することができる。
また、請求項8に記載の発明によれば、前記駆動軸と前記負荷軸は、それぞれの端部に形成された対をなすフランジ部同士が、軸中心を合致させるように当接された状態で、ねじ結合手段をもって接合されてなるので、駆動軸に対し起歪部を有する負荷軸を容易、迅速、正確に着脱することができ、補修作業が行い易い回転体のトルク測定装置を提供することができる。
According to the invention described in
According to the invention described in claim 7, the torque detecting means includes a plurality of strain gauges attached at an angular interval of 180 ° on a strain generating portion having a small diameter of the load shaft. Thus, since the shear strain generated in the strain generating portion can be detected, it is possible to provide a rotating body torque measuring device capable of accurately detecting a wide range of torque from a small torque to a large torque.
According to an eighth aspect of the present invention, the drive shaft and the load shaft are in contact with each other so that the pair of flange portions formed at the respective end portions are in contact with each other so that the shaft centers coincide with each other. Therefore, since the load shaft having the strain generating portion is attached to the drive shaft, the load shaft having the strain generating portion can be easily, quickly and accurately attached, and a torque measuring device for a rotating body that can be easily repaired is provided. be able to.
以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る回転体のトルク測定装置について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る回転体のトルク測定装置の中央縦断面図、図2は、図1に示す回転体のトルク測定装置の右側面図、図3は、図1に示す回転体のトルク測定装置の全体構成を示す斜視図、図4は、図1に示す回転体のトルク測定装置からケーシング部材、磁石固定板、永久磁石等を外した状態の内部構造の断面、即ち図5のA−A線矢視方向を断面図、図5は、図4の右側面図、図6は、図4の斜視図、図7は、図1に示す回転体のトルク測定装置のケーシング部材の一部を破断して示す斜視図、図8は、図4の分解斜視図である。
駆動軸1と負荷軸2は、駆動軸1を原動軸とする回転力伝達系を構成する。
例えば、駆動軸1は、エンジンの出力軸に対し、図示省略のカップリングを介して接続され、両者はキー溝1aに嵌合するキーにより回転止めが施される。
Hereinafter, a torque measuring device for a rotating body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a central longitudinal sectional view of a rotating body torque measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a right side view of the rotating body torque measuring device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of an internal structure in a state where a casing member, a magnet fixing plate, a permanent magnet, and the like are removed from the torque measuring device for the rotating body shown in FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, FIG. 5 is a right side view of FIG. 4, FIG. 6 is a perspective view of FIG. 4, and FIG. FIG. 8 is an exploded perspective view of FIG. 4. FIG.
The
For example, the
また、負荷軸2側は、例えば、図示省略の自動車の駆動軸(プロペラシャフト)、発電機の入力軸等、何らかの負荷のかかる入力軸に対し、図示省略のカップリングを介して接続され、両者は、キー溝2aに嵌合するキーにより回転止めが施される。
駆動軸1の一端部(図1において右端部)には、フランジ部1bが形成され、負荷軸2の一端部(図1の左端部)には、フランジ部1bよりも大径とされたフランジ部2bが形成されている。
これらフランジ部1bおよびフランジ部2bは、互いの接合面に円環状の段差が形成された、いわゆる印ろう部同士が嵌合し、両軸中心が合致された状態で、ねじ結合手段としての緊締ねじ3(図8参照)により両者は連結される。
Further, the
A
The
これら駆動軸1と負荷軸2は、2個のボールベアリング4、5を介してケーシング部材6に対し回動自在に支持されている。
上記ボールベアリング4および5は、ケーシング部材6に形成された凹状溝内に嵌入され、スナップリング7および8によって抜け止めが図られていると共に、ボールベアリング4および5の各外端側は、止めねじ11および12によって取付けられたベアリング押え9および10によって押えられ、ケーシング部材6からの抜け止めが図られている。
ケーシング部材6の内部の一方側(図1において左側)には、永久磁石13が固定されたアクリル板よりなる磁石固定版14が止めねじによって取付けられている。
この磁石固定板14は、上記の如くケーシング部材6に一体化され、駆動軸1を中心とする仮想円(以下、「第1の仮想円」という)上に、等角度間隔(この例の場合、60°間隔)で複数個(この例の場合、6個)の円状溝または円状穴が穿設されており、上記円状溝または円状穴には複数個(この例の場合6個)の永久磁石13がそれぞれ嵌入され且つ脱落しないように固定されている。
The
The
On one side (the left side in FIG. 1) of the
The
一方、回転側における構成について説明をする。
駆動軸1のフランジ部1bおよび負荷軸2のフランジ部2bには、中心軸に平行に複数個(この場合、8個)の貫通孔1cおよびねじ穴2cがそれぞれ穿設されている(図8参照)。
フランジ部1bと2bは、軸中心を合致させて当接された状態で、緊締ねじ3を上記貫通孔1cを挿通して上記ねじ穴(雌ねじ穴)2cに螺合させて強く締め付けることで、強固に接合されることになる。
フランジ部2b側には、さらに、負荷軸2を中心とする上述した第1の仮想円と同一の半径の第2の仮想円上に等角度(この例の場合60°)間隔をもって複数個(この例の場合、6個)のねじ穴2dが穿設されており、このねじ穴2dには、それぞれ鉄芯16が螺合され、さらにこの鉄芯16には、それぞれコイル17が嵌合されている。
On the other hand, the configuration on the rotation side will be described.
The
With the
Further, on the
これらコイル17の一端(図1において左端)側には、非磁性体であるアクリル板よりなる鉄芯固定板18が当接され、さらにこの鉄芯固定板18は止めねじ19によってフランジ部1bに固定されている。
このように、固定体側である磁石固定板14に固定された永久磁石13と、回転体側であるフランジ部1bに固定されたコイル17とは、所定の間隙を存して相対回転自在に対峙するように構成されることになる。
上記フランジ部2bには、さらに、アンプケース20が止めねじ22によって一体的に取付けられている。止めねじ22は、フランジ部2bに穿設された貫通孔2gを貫通し、アンプケース20に形成されたねじ穴20aに螺合する。
このアンプケース20の内部には、図示はしないが、後述する各種回路部品が収納され、各種回路部品の搭載後は、アンプケース蓋21が止めねじ23によって固定されることによって、各種回路部品は、高速回転にも耐える状態で保持されることになる。
One end (the left end in FIG. 1) side of these
As described above, the
An
Although not shown in the figure, the
負荷軸2の中間部は、細径に削成されて、起歪部2eが設けられており、その起歪部2eの円周上には、180°の角度間隔をあけて少なくとも二対のひずみゲージSG1、SG2が接着、蒸着、溶着、その他の手段により添着されている。
即ち、例えば、0°の位置に、起歪部2eの軸方向(図1において左右方向)に対し、ほぼ45°だけ傾斜して添着された第1のひずみゲージSG1と、このひずみゲージSG1に対し90°だけ異なる方向に傾斜して添着された第2のひずみゲージSG2とが設けられ、また、例えば、180°の位置に同様に、第1のひずみゲージSG1と、第2のひずみゲージSG2とが設けられるものとする。
このように、0°位置に設けた第1のひずみゲージSG1と180°位置に設けた第1のひずみゲージSG1とを、図示しないブリッジ回路の対辺に接続し、0°位置に設けた第2のひずみゲージSG2と180°位置に設けた第2のひずみゲージSG2とを、上記ブリッジ回路の隣接する対辺にそれぞれ接続する。
An intermediate portion of the
That is, for example, the first strain gauge SG1 attached at an angle of about 45 ° with respect to the axial direction of the
In this way, the first strain gauge SG1 provided at the 0 ° position and the first strain gauge SG1 provided at the 180 ° position are connected to the opposite side of the bridge circuit (not shown), and the second strain gauge SG1 provided at the 0 ° position is provided. The strain gauge SG2 and the second strain gauge SG2 provided at the 180 ° position are respectively connected to adjacent sides of the bridge circuit.
このように構成されたブリッジ回路の入力端にブリッジ電源が供給されると、ブリッジ電源の出力端からは、負荷軸2に印加されたトルクに対応した検出信号(電圧または電流)が得られる。
尚、固定体を構成するケーシング部材6は、床、フレーム等の固定部に設置するための取付脚部6a、この取付脚部6aと一体をなすケース本体6b、このケース本体6bを切欠いて設けられた点検開口6cを閉塞する開口蓋6d、ケース本体6bの開口部を閉塞するケーシング側板6eとからなっている。
従って、一方のボールベアリング4は、ケーシング部材6のケース本体6bに嵌合され、他方のボールベアリング5は、ケーシング部材6のケーシング側板6eに嵌合されていることになる。
これら充電池収納穴1fおよび2fは、駆動軸1の右端側および負荷軸2の左端側には、複数個(この例の場合、2個)の充電池(二次電池)24が収納される充電池収納穴1fおよび2fがそれぞれ穿設されている。
駆動軸1および負荷軸2にまたがるように形成してあるが、一方側の軸のみに形成してもよいが、各軸の強度上は、両軸1,2のフランジ部1b、2bが存在する近傍部位に設けることが望ましい。
When bridge power is supplied to the input terminal of the bridge circuit configured as described above, a detection signal (voltage or current) corresponding to the torque applied to the
The
Accordingly, one
In these rechargeable
Although it is formed so as to straddle the
次に、本発明の電気回路構成の概要を説明する。
先ず、本発明の発電機構は、固定側(ケース本体6b)に設けた永久磁石13と、これに対峙して回転側(フランジ部1b、2b)に設けたコイル17および鉄芯16とが近接していることにより、コイル17と鉄芯16が回転すると、電磁誘導によりコイル17に起電力が生じる。このコイル17から導出された電流は、整流回路、例えば、ダイオードをブリッジの四辺にそれぞれ回路挿入してなる整流回路により、整流され、さらに、平滑用のコンデンサやレギュレータからなる平滑化回路で平滑化した直流電源を得る。
さらにこの直流電源は、電圧安定化回路を介してさらに安定化された電源として、充電池24に充電される。
このようにして充電された充電池24は、後述する各部回路の電源として供給される。
Next, the outline of the electric circuit configuration of the present invention will be described.
First, in the power generation mechanism of the present invention, the
Further, this DC power supply is charged to the
The
次に、上述した一実施の形態に係る回転体のトルク測定装置の作用につき説明する。
上記の構成よりなる回転体のトルク測定装置の駆動軸1を原動機の出力軸にカップリングを介して接続し、負荷軸2を、被測定対象である、例えば、風力発電機の回転軸にカップリングを介して接続して、実稼動状態に設定する。
この状態で、原動機を駆動開始すると、原動機の駆動力は、駆動軸1→フランジ部1b→フランジ部2b→起歪部2e→負荷軸2→被測定対象物(風力発電機)の経路で伝達されるので、細径に形成された起歪部2eに負荷されているトルクに応じたせん断ひずみ(捩り)が生ずる。
このせん断ひずみは、一対の第1のひずみゲージSG1に、例えば引張りひずみを生じさせ、一対の第2のひずみゲージSG2に、例えば圧縮ひずみを生じさせる。これら一対の第1のひずみゲージSG1を対辺に、一対の第2のひずみゲージSG2を、これらに隣接する対辺にそれぞれ回路接続したブリッジ回路の入力端に前記充電池24からブリッジ電源を供給すると、ブリッジ回路の出力端からは、起歪部2eに印加されたトルクに対応したひずみ検出信号(電圧または電流)が出力される。
Next, the operation of the torque measuring device for a rotating body according to the embodiment described above will be described.
The
When driving the prime mover in this state, the drive force of the prime mover is transmitted through the path of
This shear strain causes, for example, tensile strain in the pair of first strain gauges SG1, and causes compressive strain, for example, in the pair of second strain gauges SG2. When the bridge power supply is supplied from the
このひずみ検出信号は、図示は省略したが、例えば、信号処理手段の一つである直流アンプで直流増幅され、変調回路でFM変調あるいはPCM変調等を行い、送信手段によりアンテナから空中送信する。このようにして送信された信号は、固定体側、即ち、ケーシング部材6側に設けられた受信アンテナを介して受信手段で受信し、復調回路で最適な復調を行い、DCアンプで、オフセット、レベル等の調整をして、表示器あるいは記録器により表示され、あるいは記録される。
このように構成され且つ作用する本発明の一実施の形態における回転体のトルク測定装置によれば、固定体(外部)から電源を供給する必要がないので、直接接触伝送方式における電源装置、スリップリング、ブラシなどが不要となり、非接触伝送方式における電源装置、発振器、回転トランス等が不要となり、構成が簡素化されると共に、コストを低減することができる。
Although not shown in the figure, this distortion detection signal is, for example, DC amplified by a DC amplifier which is one of signal processing means, FM modulated or PCM modulated by a modulation circuit, and transmitted from the antenna by the transmitting means. The signal transmitted in this way is received by the receiving means via the receiving antenna provided on the stationary body side, that is, the
According to the torque measuring device for a rotating body in one embodiment of the present invention configured and operated in this way, it is not necessary to supply power from a fixed body (external), and therefore the power supply device and slip in the direct contact transmission system A ring, a brush, and the like are not required, and a power supply device, an oscillator, a rotary transformer, and the like in a non-contact transmission method are not required.
また本発明の上述の実施の形態によれば、上記電源機構に加えて充電池24を備えているため、負荷軸2が停止している状態であっても起歪部2eに生じているせん断ひずみを検出し、負荷されているトルクを的確に検出することができる。
また、スリップリングを使用しない非接触型の構成を採用しているので、摺動ノイズが検出出力に混入することがなく、高精度なトルクを測定することができると共に、高速回転に耐え、高速回転中の動的トルクを的確に測定することができる。
また、回転トランスは、外部から電源(例えば、100V〜200Vの商用電源が必須であるが、本願発明は、回転体より回転力を受けて発電をするので、例えば、商用電源が得られない船舶や自動車などにおけるエンジントルクやブレーキトルクやプロペラのトルク等を何らの支障なく、実測することができる。
また、充電池24を、駆動軸1および負荷軸2の中心部に収納保持せしめる構成としたので、慣性モーメントが小さく、より高速の回転を実現することができる。
また、回転体側(負荷軸側)にアンプケース26を設けたので、回路部品が安定に保持され、所定の信号処理が回転体側で行われ、安定した信号の伝送が行われる。
Further, according to the above-described embodiment of the present invention, since the
In addition, since a non-contact configuration that does not use a slip ring is adopted, sliding noise is not mixed into the detection output, high-accuracy torque can be measured, and high-speed rotation can be achieved. The dynamic torque during rotation can be accurately measured.
In addition, a power supply from the outside (for example, a commercial power supply of 100V to 200V is essential for the rotary transformer, but the present invention generates power by receiving rotational force from the rotating body. It is possible to actually measure engine torque, brake torque, propeller torque, and the like in automobiles and automobiles without any trouble.
In addition, since the
Further, since the amplifier case 26 is provided on the rotating body side (load shaft side), the circuit components are stably held, predetermined signal processing is performed on the rotating body side, and stable signal transmission is performed.
1 駆動軸
1b、2b フランジ部
1f、2f 充電池収納穴
2 負荷軸
2e 起歪部
3 緊締ねじ
4、5 ボールベアリング
6 ケーシング部材
7、8 スナップリング
9、10 ベアリング押え
11、12 止めねじ
13 永久磁石
14 磁石固定板
16 鉄芯
17 コイル
18 鉄芯固定板
20 アンプケース
21 アンプケース蓋
24 充電池
DESCRIPTION OF
Claims (8)
固定体と前記回転体との間に配設され前記回転体の回動に伴い発電する発電機構と、
前記回転体側に配設され、前記発電機構により発電した電力を蓄積する充電池と、
前記負荷軸に負荷されるトルクを検出し、検出信号を出力するトルク検出手段と、
このトルク検出手段から出力される検出信号を増幅、信号変換などを行う信号処理回路と、
この信号処理回路からの出力信号を非接触で固定体側へ伝送する伝送手段とを具備し、
前記トルク検出手段、前記信号処理回路および前記伝送手段に対し、前記発電機構または前記充電池から電力を供給し得るように構成したことを特徴とする回転体のトルク測定装置。 In a torque measuring device for a rotating body that is interposed between a drive shaft side and a load shaft side in a rotational force transmission system and measures torque transmitted between both shafts,
A power generation mechanism that is disposed between the fixed body and the rotating body and generates electric power with the rotation of the rotating body;
A rechargeable battery that is disposed on the rotating body side and stores electric power generated by the power generation mechanism;
Torque detecting means for detecting torque applied to the load shaft and outputting a detection signal;
A signal processing circuit for performing amplification, signal conversion and the like on the detection signal output from the torque detection means;
Transmission means for transmitting the output signal from the signal processing circuit to the stationary body without contact,
An apparatus for measuring torque of a rotating body, wherein the torque detecting means, the signal processing circuit, and the transmission means can be supplied with electric power from the power generation mechanism or the rechargeable battery.
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