JP2009162749A - トルク測定方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】農耕用車両と連関するトルク測定装置で、回転シャフト18、前記回転シャフト上の第1の検出可能な特徴20および第2の検出可能な特徴22、前記第1の検出可能な特徴と近接する第1のセンサ28、前記第2の検出可能な特徴と近接する第2のセンサ30、電気制御器36を含み、前記回転シャフトが長手方向軸のまわりを回転するのにつれて、前記第1のセンサは第1の信号を生成し、前記第2のセンサは第2の信号を生成する。前記電気制御器はサンプリングレートで第1の信号および第2の信号をサンプリングする。第1の信号は第1の周波数を持ち、サンプリングレートは第1の周波数の2倍未満である。前記電気制御器は、第1の信号および第2の信号を用いて前記回転シャフトにおけるトルクを表すトルク量を計算する。
【選択図】図2
Description
ただし、Θ=たわみ角[ラジアン]
T=トルク
L=シャフト長
J=極慣性モーメント
G=シャフト18の剛性率
シャフトの剛性KはT/Θ=JG/Lであり、これは所与のシャフトについて定数である。温度によるある程度の交番が想定されるが、温度センサを使用して上記のシャフト剛性の計算を変更することが可能であることも了解される。
ただし、xi=正弦曲線の振幅
f=歯通過周波数[Hz]
Φi=位相[ラジアン]
f=ZΩ
ただし、Z=歯車の歯数
Ω=シャフト速度[Hz]
歯車20および22は、磁気ピックアップ28および30が全体に正弦波形の信号を生成するように設計される。さらに、歯車20および22は共通の歯数を持っており、シャフト18に負荷がかけられていないとき、パルス列の相対位相Φ0=(Φ2−Φ1)は一定である。トルクによってシャフト18がねじられると、Φ0=(Φ2−Φ1)はそれに比例して変化する。シャフト18が歯車の歯1つの円周ピッチ1つ分そっくりねじられると、Θ=2π/Zとなるが、これは磁気ピックアップの波形に2πの位相シフトが起きてΦ−Φ0=2πとなることを意味する。関係式Θ=(Φ−Φ0)/Zと(Φ−Φ0)/ZΘ=TLZ/JGを解いてトルクを求めると、T=(JG/LZ)(Φ−Φ0)を、または、より一般的には、剛性Kの任意の弾性部材についてT=(K/Z)(Φ−Φ0)を得る。
if FLOOR(γ)=CEIL(γ−1/2)
コメント:kfs<ZΩ<(k+1/2)fs
k=FLOOR(γ)
m=(γ−k)N
else
コメント:(k−1/2)fs<ZΩ<kfs
k=CEIL(γ)
m=(k−γ)N
end if
12 動力供給源
14 車輪
16 負荷
18 シャフト
20 歯車
22 歯車
24 歯車
26 歯車
28 センサ
30 センサ
32 センサ
34 センサ
36 制御器
38 長手方向軸
Claims (20)
- 動力供給装置と負荷とを持つ動力駆動式の農耕用車両に連関するトルク測定装置であって、
長手方向軸、第1の端部および第2の端部を持つ回転シャフトであって、前記第1の端部が前記動力供給装置に連結され、前記第2の端部が前記負荷に連結されている回転シャフトと、
前記シャフトの第1の長手方向位置と連関する第1の検出可能な特徴と、
前記シャフトの第2の長手方向位置と連関する第2の検出可能な特徴と、
第1のセンサおよび第2のセンサを含む複数のセンサであって、前記第1のセンサが前記第1の検出可能な特徴と近接し、前記第2のセンサが前記第2の検出可能な特徴と近接し、前記回転シャフトが前記長手方向軸のまわりを回転するのにつれて、前記第1のセンサが第1の信号を生成し、前記第2のセンサが第2の信号を生成する複数のセンサと、
前記第1の信号および前記第2の信号をサンプリングレートでサンプリングする電気制御器であって、前記第1の信号が第1の周波数を持ち、前記サンプリングレートが前記第1の周波数の2倍未満であり、前記電気制御器が前記第1の信号および前記第2の信号から前記回転シャフトにおけるトルクを表すトルク量を計算する電気制御器とを備えるトルク測定装置。 - 前記第1の検出可能な特徴および前記第2の検出可能な特徴が前記回転シャフトに連結されたほぼ同様の歯車である、請求項1に記載のトルク測定装置。
- 前記第1のセンサおよび前記第2のセンサが磁束感応装置である、請求項2に記載のトルク測定装置。
- 前記第1の信号が第1のパルス列であり、前記第2の信号が第2のパルス列であり、前記電気制御器が前記第1のパルス列および前記第2のパルス列の両方のフーリエ係数をそれぞれ既知の周波数について計算し、前記電気制御器が前記第1のパルス列に関する前記フーリエ係数および前記第2のパルス列に関する前記フーリエ係数を用いて前記トルク量を計算する、請求項1に記載のトルク測定装置。
- 前記既知の周波数が前記シャフトの回転と連関する、請求項4に記載のトルク測定装置。
- 前記既知の周波数が、所定の時間枠における前記第1のパルス列および前記第2のパルス列の1つに含まれるパルスの数によって決定される、請求項5に記載のトルク測定装置。
- 前記電気制御器が、前記第1のパルス列に関する前記フーリエ係数および前記第2のパルス列に関する前記フーリエ係数を用いて前記第2のパルス列に対する前記第1のパルス列の相対位相を計算する、請求項6に記載のトルク測定装置。
- 前記電気制御器が前記相対位相を無負荷位相と比較することで比較値がもたらされる、請求項7に記載のトルク測定装置。
- 前記シャフトが剛性値として表される剛性を持ち、前記電気制御器が前記比較値に前記剛性値を掛け合わせることで前記トルク量を得る、請求項8に記載のトルク測定装置。
- 動力供給装置と、
負荷と、
前記動力供給装置と前記負荷の間に連結されたトルク測定装置であって、
長手方向軸、第1の端部および第2の端部を持つ回転シャフトであって、前記第1の端部が前記動力供給装置に連結され、前記第2の端部が前記負荷に連結されている回転シャフトと、
前記シャフトの第1の長手方向位置と連関する第1の検出可能な特徴と、
前記シャフトの第2の長手方向位置と連関する第2の検出可能な特徴と、
第1のセンサおよび第2のセンサを含む複数のセンサであって、前記第1のセンサが前記第1の検出可能な特徴と近接し、前記第2のセンサが前記第2の検出可能な特徴と近接し、前記回転シャフトが前記長手方向軸のまわりを回転するのにつれて、前記第1のセンサが第1の信号を生成し、前記第2のセンサが第2の信号を生成する複数のセンサと、
前記第1の信号および前記第2の信号をサンプリングレートでサンプリングする電気制御器であって、前記第1の信号が第1の周波数を持ち、前記サンプリングレートが前記第1の周波数の2倍未満であり、前記電気制御器が前記第1の信号および前記第2の信号から前記回転シャフトにおけるトルクを表すトルク量を計算する電気制御器とを有するトルク測定装置と
を備える農耕用車両。 - 前記第1の検出可能な特徴および前記第2の検出可能な特徴が前記回転シャフトに連結されたほぼ同様の歯車である、請求項10に記載の車両。
- 前記第1のセンサおよび前記第2のセンサが磁束感応装置である、請求項11に記載の車両。
- 前記第1の信号が第1のパルス列であり、前記第2の信号が第2のパルス列であり、前記電気制御器が前記第1のパルス列および前記第2のパルス列の両方のフーリエ係数をそれぞれ既知の周波数について計算し、前記電気制御器が前記第1のパルス列に関する前記フーリエ係数および前記第2のパルス列に関する前記フーリエ係数を用いて前記トルク量を計算する、請求項10に記載の車両。
- 第1のパルス列および第2のパルス列を含む複数のパルス列を取得するステップと、
前記第1のパルス列および前記第2のパルス列の両方のフーリエ係数をそれぞれ既知の周波数について計算するステップと、
前記第1のパルス列に関する前記フーリエ係数と前記第2のパルス列に関する前記フーリエ係数を用いてトルク量を決定するステップと
を含むトルク測定方法。 - 前記既知の周波数がシャフトの回転と連関する、請求項14に記載の方法。
- 前記第1のパルス列が第1の長手方向位置で前記シャフトと連結された少なくとも1つの検出可能な特徴と連関し、前記第2のパルス列が第2の長手方向位置で前記シャフトと連結された少なくとも1つの検出可能な特徴と連関する、請求項15に記載の方法。
- 前記既知の周波数が、所定の時間枠における前記第1のパルス列および前記第2のパルス列の1つに含まれるパルスの数によって決定される、請求項16に記載の方法。
- 前記第1のパルス列に関する前記フーリエ係数および前記第2のパルス列に関する前記フーリエ係数を用いて前記第2のパルス列に対する前記第1のパルス列の相対位相を計算するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 前記決定するステップが、前記相対位相を無負荷位相と比較することで比較値がもたらされるステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記決定するステップが、前記比較値に前記シャフトの剛性を掛け合わせることでトルク量を得るステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
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