JP2012112800A - トルクセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転体10と回転体20との間に環状変形体30を配置する。環状変形体30の左側面の上下2箇所には、回転体10から突出した凸状部11,12が接合され、右側面の手前/奥の2箇所には、回転体20から突出した凸状部21,22(図示せず)が接合される。回転体10,20の外周は、ベアリング15,25により、筒状筐体40の内面に回転自在に支持される。駆動軸13から回転体10に加えた回転駆動力は、回転体20から従動軸23に伝達される。従動軸23に加わる負荷により、環状変形体30は楕円状に変形しながら回転し、その外周面30Eと固定電極Eとの距離は変動する。このため、両者によって構成される容量素子Cの静電容量値は変動する。測定回路51は、容量値により距離測定値dを求め、検出回路60は、その振幅により、回転負荷をトルクTとして検出する。
【選択図】図17
Description
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
環状変形体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材からなるようにしたものである。
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒状の部材からなるようにしたものである。
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにしたものである。
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するようにしたものである。
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点に接合されているようにしたものである。
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点および第2の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点および第2の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する2直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の駆動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置されているようにしたものである。
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点、第2の駆動接続点、第3の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、第3の駆動接続点を駆動回転体に接続する第3の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点、第2の従動接続点、第3の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、第3の従動接続点を従動回転体に接続する第3の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点、第3の駆動接続点、第3の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに60°の角度をなす3直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第3の駆動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置され、第2の駆動接続点および第3の従動接続点の正射影投影像が第3の直線上に配置されているようにしたものである。
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値を利用して、環状変形体が回転中に、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさを出力するようにしたものである。
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の距離測定器を設け、
検出回路が、これら複数組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対を設け、
検出回路が、相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を設け、
検出回路が、各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数N個の固定測定点についての距離測定を行う複数N組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらN組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくはN組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、最大値と最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力するようにしたものである。
互いに位相が異なる(但し、位相反転の関係にはない)距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも2組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有するようにしたものである。
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有するようにしたものである。
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
距離測定器が、
装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、この固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、環状変形体の外周面自身によって変位電極が構成されるようにしたものである。
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、この固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、環状変形体の内周面自身によって変位電極が構成されるようにしたものである。
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体の一部もしくは全部を導電性材料によって構成し、
距離測定器を固定測定点に設けられた渦電流変位計によって構成したものである。
環状変形体の一部もしくは全部を磁石によって構成し、
距離測定器を固定測定点に設けられたホール素子によって構成したものである。
距離測定器を、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
回転軸に沿った第1の方向を定義した場合に、環状変形体の第1の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて回転軸まわりに環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
第1の方向とは逆の第2の方向を定義した場合に、環状変形体の第2の方向に隣接する位置に配置され、装置筐体に固定された固定支持体と、
環状変形体の第1の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体の第2の方向を向いた側面に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離に基づいて駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
図1は、本発明の基本的な実施形態に係るトルクセンサの基本構造部の分解斜視図である。図示のように、この基本構造部は、駆動回転体10と従動回転体20との間に、環状変形体30を配置し、これら3つの構成要素を相互に接合することによって構成される。ここでは、便宜上、図示のとおりXYZ三次元座標系を定義して、以下の説明を行うことにする。ここで、図の水平方向に描かれたZ軸が、検出対象となるトルクの回転軸に相当し、このトルクセンサは、この回転軸まわり(Z軸まわり)のトルクを検出する機能を果たすことになる。
続いて、ここでは、§1で述べた基本構造部にトルクが作用した場合、各部がどのように変形するかを考えてみる。図7は、図2に示す基本構造部を電気自動車の動力伝達軸に介挿した例を示す側面図である。図示のとおり、駆動回転体10の左側面に駆動回転軸13が接続され、従動回転体20の右側面に従動回転軸23が接続されている。この例では、駆動回転軸13は電気自動車のモータ側に接続され、従動回転軸23は電気自動車の車輪側へ接続されることになる。駆動回転軸13および従動回転軸23は、いずれも図2に示すZ軸を中心に回転する軸であり、駆動回転軸13に与えられた回転動力(モータからの回転動力)は、駆動回転体10,環状変形体30,従動回転体20を介して、従動回転軸23へ(更に自動車の車輪へ)と伝達される。結局、図7に示されている構造体全体が、一体となって回転することになる。
続いて、本発明に係るトルクセンサの基本的実施形態を説明する。この基本的実施形態では、これまで述べてきた基本構造部を装置筐体40内に収容し、この装置筐体40の所定箇所に配置された固定測定点Fと環状変形体30の外周面との距離を、容量素子を用いた距離測定器で測定することにより、環状変形体30の変形量を測定し、トルクの検出を行う。
ここでは、§3で述べた基本的実施形態についてのいくつかの変形例を述べる。
本発明に係るトルクセンサの基本原理は、環状変形体がトルクにより変形することを利用し、環状変形体の変位面と所定の固定測定点との間の距離を測定し、距離変動信号の振幅値Aをトルクの大きさとして検出するものである。たとえば、図12には、装置筐体40の内面に設けた固定測定点Fと環状変形体30の外周面上の点Qとの距離dを測定する例が示されており、図16には、一対の電極からなる容量素子によって距離測定器を構成した例が示されている。
図21や図23に示す変形例のように、複数の距離測定器を用いると、いくつかの利点が得られる。ここでは、これらの利点について説明する。
上述したとおり、原理的には、トルクの大きさを検出するには、1組の距離測定器による距離測定を行えば十分であるが、実際には、各構造部の寸法誤差や測定回路による測定誤差などにより、検出値には誤差が含まれる。複数の距離測定器による距離測定値の和もしくは平均により検出値を得るようにすれば、これらの誤差要因を低減させ、検出精度を向上させることができる。また、上述したように、相補測定器対を利用した差分検出を行えば、温度膨張などの共通誤差要因を排除した検出結果を得ることが可能になる。
本発明では、距離変動信号の振幅値Aに基づいてトルクの大きさを検出する。ここで、振幅値Aは距離変動信号の正および負のピーク位置において求めることができる。たとえば、単一の距離測定器を用いて図15に示すような距離変動信号が得られた場合、回転角θ=0°,90°,180°,270°の各位置(正および負のピーク位置)において振幅値A(実際には、その半分の値A/2)を得ることができる。しかしながら、回転位置がその間の回転角をとる場合、振幅値Aの測定はできない。別言すれば、基本構造部が1回転する間に、振幅値Aを4回しか測定することができない。
本発明に係るトルクセンサの主たる用途は、回転動力の伝達軸に作用したトルクを検出することにあり、装置筐体内で基本構造体を回転させた状態において、環状変形体の変形量を測定することを基本原理とする。ただ、図23に示す変形例のように、ある程度の密度で距離測定器を配置しておけば、静止状態でも、作用したトルクの近似値を検出することができる。
これまで述べてきた実施形態は、いずれも作用したトルクの大きさを検出する機能を有するトルクセンサについてのものであるが、複数の距離測定器を設けた変形例では、距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出することができるようになる。
これまで述べてきた基本的実施形態に係るトルクセンサは、図1および図2に示す基本構造部を有している。すなわち、この基本構造部は、駆動回転体10,従動回転体20,環状変形体30という3つの主たる構成要素と、これらを相互に接続する接続部材11,12,21,22とによって構成されている。ここで、接続部材11,12は、環状変形体30の駆動対向面(図の左側面)に設けられた駆動接続点を駆動回転体10に接続する駆動接続部材であり、接続部材21,22は、環状変形体30の従動対向面(図の右側面)に設けられた従動接続点を、従動回転体20に接続する従動接続部材である。
本発明に係るトルクセンサの元来の目的は、トルクを検出することにある。ただ、必要に応じて、このセンサに回転数を検出する付随的な機能をもたせることもできる。既に述べたとおり、トルクの作用によって変形した環状変形体30が回転すると、図15のグラフのように、距離dの変動を示す周期的な距離変動信号を得ることができる。この例では、環状変形体30が1回転する間(θ=0〜360°の期間)に、距離変動信号の極大位置(図の山状ピーク)もしくは極小位置(図の谷状ピーク)が2回カウントされることになる。
図17に示す基本的実施形態では、測定回路51と固定電極Eとの間および測定回路51と変位電極30Eとの間に、それぞれ配線を施し、容量素子Cの静電容量値を測定する例を述べた。このように、距離測定器として容量素子を用いる場合、原理的には、固定電極Eと変位電極30Eとの間の静電容量値を測定することになる。ただ、環状変形体30は回転するため、測定回路51と変位電極30Eとの間の配線を行うためには、たとえば、スリップリングを設けるなどの工夫が必要になる。ここでは、このような配線を簡潔化するための変形例を述べる。
これまで述べた基本的実施形態では、図17に示すように、固定測定点Fに設けられた固定電極Eと環状変形体30の変位面に設けられた変位電極30Eとによって構成される容量素子C(あるいは、図29に示す変形例では、副固定電極Ea,Ebと環状変形体30の変位面に設けられた変位電極30Eとによって構成される副容量素子Ca,Cbの直列接続からなる容量素子C)と、この容量素子Cの静電容量値を測定し、得られた静電容量値に基づいて距離測定値dを出力する測定回路51と、によって距離測定器50を構成している。しかしながら、本発明における距離測定器は、固定測定点Fと環状変形体30の変位面との距離を測定することができる装置であれば、必ずしも容量素子を用いた装置にする必要はない。ここでは、距離測定器のバリエーションをいくつか述べておく。
図32は、距離測定器として渦電流変位計を用いた変形例を示す断面図である。この変形例の基本構成は、これまで述べてきた基本的実施形態の構成と同一である。ただ、距離測定器として、容量素子を用いた装置の代わりに、渦電流変位計を用いた点だけが異なっている。図は、この変形例の基本構造部をXY平面で切断した断面を示しており、環状変形体30が装置筐体40内に収容されている点は、図21に示す実施形態と全く同様である。ただ、図21に示す実施形態では、4カ所(XおよびY軸上)の固定測定点に設けられた距離測定器が容量素子C1〜C4を用いた装置であるのに対して、図32に示す変形例では、4カ所の固定測定点に設けられた距離測定器が渦電流変位計M1〜M4を用いた装置となっている。
図32に示す変形例に示す渦電流変位計M1〜M4の代わりに、ホール素子を用いて距離測定を行うこともできる。ホール素子は、ホール効果によって磁界を検出する機能をもった素子であるから、環状変形体30の一部もしくは全部を磁石によって構成しておけば、固定測定点に設けられたホール素子によって距離測定器を構成することができる。たとえば、環状変形体30全体を磁石によって構成するか(この場合、変形に耐えうる機械的強度をもった磁石を用いる必要がある)、あるいは、環状変形体30の外周面に磁石を固着しておけば、固定測定点に設けられたホール素子に作用する磁界の強度は、固定測定点と環状変形体30の外周面との距離によって変化することになる。よって、ホール素子による磁界の検出値を、距離測定値として用いることが可能になる。
この他、光ビームを利用して、距離測定器を構成することも可能である。たとえば、装置筐体40に固定され、環状変形体30の変位面(外周面)に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、装置筐体に固定され、環状変形体30の変位面(外周面)で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、によって距離測定器を構成することもできる。
これまで述べてきた実施形態では、装置筐体40に所定の固定測定点Fを定義し、この固定測定点Fと環状変形体30の外周面との距離を距離測定器によって測定する手法が採られていた。すなわち、距離測定器は、装置筐体40の内面上の固定測定点Fと、環状変形体30の外周面との距離を測定していた。しかしながら、環状変形体30の変位面は外周面だけではなく、内周面も変位面になる。したがって、所定の固定測定点Fと環状変形体30の内周面との距離を距離測定器によって測定する手法を採ることも可能である。
これまで述べてきた実施形態では、環状変形体30として、円環状の部材を用いているが、環状変形体30は、必ずしも円形の環状体である必要はなく、開口部を有するループ状の部材であればよい。たとえば、正八角形、正六角形、正方形の形状をした環状体でもかまわないし、任意形状の環状体であってもかまわない。
これまで述べてきた実施形態は、駆動回転体10,環状変形体30,従動回転体20のすべてが、回転軸まわりに回転することを前提としたトルクセンサの例であり、モータやエンジンなどで発生させた動力を伝達させる動力伝達系の中間に介挿して用いるのが一般的な利用形態になる。これに対して、ここで述べる変形例は、これまでの実施形態における従動回転体20を固定して利用する形態ということになる。
11:凸状部(第1の駆動接続部材)
12:凸状部(第2の駆動接続部材)
13:駆動回転軸
15:転がり軸受(ボールベアリング)
15A:内輪部
15B:外輪部
15C:ボール
20,20A:従動回転体
20B:固定支持体
21:凸状部(第1の従動接続部材)
21B:凸状部(第1の固定接続部材)
22:凸状部(第2の従動接続部材)
23:従動回転軸
25:転がり軸受(ボールベアリング)
30:環状変形体
30E:変位電極
30E1〜30E4:変位電極
31〜36:円弧部分
40,45:装置筐体
50:距離測定器
51:測定回路
51a:交流信号源
51b:振幅測定部
60:検出回路
71:高周波発振回路
72:コイル
73:検出物体
74:高周波磁界
75:渦電流
80:固定補助体
A:距離変動信号の振幅値
C:容量素子/その静電容量値
C0:静電容量の基準値
C1〜C4:容量素子/その静電容量値
Ca:第1副容量素子
Cb:第2副容量素子
Cv:静電容量の最小値
Cw:静電容量の最大値
d:距離測定値
d0:距離の基準値
dv:距離の最大値
dw:距離の最小値
E:固定電極
Ea:第1副固定電極
Eb:第2副固定電極
E1〜E24:固定電極
F:固定測定点
F1〜F4:固定測定点
H10:駆動回転体10Aに形成された貫通開口部
H20:従動回転体20Aに形成された貫通開口部
H30:環状変形体30に形成された貫通開口部
K:距離測定軸
M1〜M4:渦電流変位計
O:XYZ三次元座標系の原点
P11〜P13:駆動接続点/その投影像
P21〜P23:従動接続点/その投影像
Q:環状変形体の外周面上の点
S1,S4:変動信号
T:トルク検出値
Ta,Tb:測定用端子
V:楕円に変形した環状変形体の短軸
W:楕円に変形した環状変形体の長軸
X:XYZ三次元座標系の座標軸
Y:XYZ三次元座標系の座標軸
Z:XYZ三次元座標系の座標軸
α,β,γ:接続点配置軸
θ:基本構造体の回転角
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
環状変形体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材からなり、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、環状変形体の内周面自身によって変位電極が構成されているようにしたものである。
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対が設けられており、
検出回路が、環状変形体の回転中に、相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を設け、
検出回路が、各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数N個の固定測定点についての距離測定を行う複数N組の距離測定器を設け、
検出回路が、N組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくはN組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、最大値と最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
互いに位相が異なる(但し、位相反転の関係にはない)距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも2組の距離測定器を設け、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成し、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材からなるようにしたものである。
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒状の部材からなるようにしたものである。
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにしたものである。
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するようにしたものである。
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に設け、
距離測定器が、固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定するようにしたものである。
装置筐体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された駆動回転体と、
回転軸まわりに回転自在となるように装置筐体内に支持された従動回転体と、
駆動回転体と従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
環状変形体に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体に設けられた従動接続点を、従動回転体に接続する従動接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて従動回転体にかかった負荷を検出し、これを回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにし、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定するために、装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、固定電極と、固定電極に対向する変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、測定回路が、容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、環状変形体の外周面自身によって変位電極が構成されているようにしたものである。
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、第1副固定電極と第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、第1副容量素子と第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力するようにしたものである。
距離測定器を、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成したものである。
環状変形体の一部もしくは全部が導電性材料からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられた渦電流変位計によって構成されているようにしたものである。
環状変形体の一部もしくは全部が磁石からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられたホール素子によって構成されているようにしたものである。
距離測定器が、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成されているようにしたものである。
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点に接合されているようにしたものである。
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点および第2の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点および第2の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する2直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の駆動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置されているようにしたものである。
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点、第2の駆動接続点、第3の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、第3の駆動接続点を駆動回転体に接続する第3の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点、第2の従動接続点、第3の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、第3の従動接続点を従動回転体に接続する第3の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点、第3の駆動接続点、第3の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されているようにしたものである。
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに60°の角度をなす3直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第3の駆動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置され、第2の駆動接続点および第3の従動接続点の正射影投影像が第3の直線上に配置されているようにしたものである。
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
回転軸に沿った第1の方向を定義した場合に、環状変形体の第1の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて回転軸まわりに環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
第1の方向とは逆の第2の方向を定義した場合に、環状変形体の第2の方向に隣接する位置に配置され、装置筐体に固定された固定支持体と、
環状変形体の第1の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
環状変形体の第2の方向を向いた側面に設けられた固定接続点を、固定支持体に接続する固定接続部材と、
装置筐体もしくは装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
距離測定器によって測定された距離に基づいて駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を設け、
回転軸に直交する投影面についての駆動接続点の正射影投影像と固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたものである。
Claims (30)
- 所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された駆動回転体と、
前記回転軸まわりに回転自在となるように前記装置筐体内に支持された従動回転体と、
前記駆動回転体と前記従動回転体との間に配置され、トルクの作用により弾性変形を生じる材質からなる環状変形体と、
前記環状変形体に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体に設けられた従動接続点を、前記従動回転体に接続する従動接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離の変動に基づいて前記従動回転体にかかった負荷を検出し、これを前記回転軸まわりのトルクとして出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記従動接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体が、回転軸を中心軸として配置された円盤の中央部に、より径の小さな同心円盤の形状をした貫通開口部を形成することにより得られる円環状の部材からなることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
駆動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
従動回転体が、回転軸を中心軸として配置された円盤状の部材からなり、
装置筐体が、駆動回転体、従動回転体および環状変形体を収容する、回転軸を中心軸として配置された筒状の部材からなることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項3に記載のトルクセンサにおいて、
駆動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、駆動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにし、
従動回転体の外周面と装置筐体の内周面との間に転がり軸受を設け、従動回転体が装置筐体によって回転自在に支持されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、装置筐体の内面上の固定測定点と、環状変形体の外周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の貫通開口部に挿通し、装置筐体に固定され、回転軸を中心軸とする柱状の固定補助体を更に備え、
距離測定器が、前記固定補助体の外面上の固定測定点と、環状変形体の内周面との距離を測定することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
駆動接続部材が、駆動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の駆動回転体に対向する駆動対向面上の駆動接続点に接合されており、
従動接続部材が、従動回転体の環状変形体に対向する面から突出した凸状部によって構成され、当該凸状部の頂面が環状変形体の従動回転体に対向する従動対向面上の従動接続点に接合されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項7に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点および第2の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、前記第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点および第2の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、前記第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項8に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに直交する2直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の駆動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項7に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の駆動対向面上に第1の駆動接続点、第2の駆動接続点、第3の駆動接続点が設けられ、
駆動接続部材は、前記第1の駆動接続点を駆動回転体に接続する第1の駆動接続部材と、前記第2の駆動接続点を駆動回転体に接続する第2の駆動接続部材と、前記第3の駆動接続点を駆動回転体に接続する第3の駆動接続部材と、を有し、
環状変形体の従動対向面上に第1の従動接続点、第2の従動接続点、第3の従動接続点が設けられ、
従動接続部材は、前記第1の従動接続点を従動回転体に接続する第1の従動接続部材と、前記第2の従動接続点を従動回転体に接続する第2の従動接続部材と、前記第3の従動接続点を従動回転体に接続する第3の従動接続部材と、を有し、
回転軸に直交する投影面に環状変形体を投影して正射影投影像を得た場合に、環状変形体の輪郭に沿った環状路に、第1の駆動接続点、第1の従動接続点、第2の駆動接続点、第2の従動接続点、第3の駆動接続点、第3の従動接続点の順に、各接続点の正射影投影像が配置されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項10に記載のトルクセンサにおいて、
回転軸に直交する投影面上に、回転軸の投影点を通り互いに60°の角度をなす3直線を引いた場合に、第1の駆動接続点および第2の従動接続点の正射影投影像が第1の直線上に配置され、第1の従動接続点および第3の駆動接続点の正射影投影像が第2の直線上に配置され、第2の駆動接続点および第3の従動接続点の正射影投影像が第3の直線上に配置されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜11のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値を利用して、環状変形体が回転中に、その回転軸まわりに作用したトルクの大きさを出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項12に記載のトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の距離測定器を備え、
検出回路が、前記複数組の距離測定器から得られる距離変動信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項12に記載のトルクセンサにおいて、
互いに逆位相の距離変動信号が得られる位置にある一対の固定測定点についての距離測定を行う一対の距離測定器からなる相補測定器対を備え、
検出回路が、前記相補測定器対を構成する一対の距離測定器から得られる距離変動信号の差分信号の振幅値を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項12に記載のトルクセンサにおいて、
それぞれ異なる位置に配置された固定測定点についての距離測定を行う複数組の相補測定器対を備え、
検出回路が、前記各相補測定器対から得られる差分信号の振幅値の和もしくは平均を、回転軸まわりのトルクの大きさとして出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜15のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
必要な検出精度に応じた密度で配置された複数N個の固定測定点についての距離測定を行う複数N組の距離測定器を備え、
検出回路が、前記N組の距離測定器から得られる距離測定値の最大値と所定の基準値との差もしくは前記N組の距離測定器から得られる距離測定値の最小値と所定の基準値との差、または、前記最大値と前記最小値との差を、回転軸まわりの瞬時もしくは静止時のトルク近似値として出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜15のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
互いに位相が異なる(但し、位相反転の関係にはない)距離変動信号が得られる位置にある固定測定点についての距離測定を行う少なくとも2組の距離測定器を備え、
検出回路が、これらの距離測定器から得られる距離変動信号の位相差に基づいて、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転方向を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜15のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
検出回路が、距離測定器から得られる距離変動信号の極大位置もしくは極小位置をカウントすることにより、トルクの作用によって変形した環状変形体の回転数を検出する機能を更に有することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜18のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の変位面に設けられた変位電極と、を有する容量素子と、
前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項19に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
前記第1副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、前記第2副固定電極と、これに対向する変位電極の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第1副固定電極と前記第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第1副容量素子と前記第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項5に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体の内面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の外周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項21に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも外周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の外周面自身によって変位電極が構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項22に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
前記第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、前記第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の外周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第1副固定電極と前記第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第1副容量素子と前記第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項6に記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
固定補助体の外面に位置する固定測定点に設けられた固定電極と、環状変形体の内周面に沿って形成された環状の変位電極と、距離測定値を出力する測定回路と、を有し、
前記環状変形体がどのような回転位置にある場合にも、前記固定電極と、前記固定電極に対向する前記変位電極の一部分と、によって容量素子が形成されるようにし、前記測定回路が、前記容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項24に記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の少なくとも内周面が導電性材料からなり、前記環状変形体の内周面自身によって変位電極が構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項25に記載のトルクセンサにおいて、
固定電極が、固定測定点の近傍に配置された第1副固定電極と第2副固定電極とを有し、
前記第1副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第1副容量素子が形成され、前記第2副固定電極と、これに対向する環状変形体の内周面の一部分と、によって第2副容量素子が形成されるようにし、
測定回路が、前記第1副固定電極と前記第2副固定電極との間の電気的特性を測定することにより、前記第1副容量素子と前記第2副容量素子との直列接続によって構成される容量素子の静電容量値を測定し、この静電容量値に基づいて距離測定値を出力することを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜18のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が導電性材料からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられた渦電流変位計によって構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜18のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
環状変形体の一部もしくは全部が磁石からなり、
距離測定器が固定測定点に設けられたホール素子によって構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 請求項1〜18のいずれかに記載のトルクセンサにおいて、
距離測定器が、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、環状変形体の変位面に対して斜め方向に光ビームを照射する光ビーム照射器と、
装置筐体もしくは固定補助体に固定され、前記変位面で反射された光ビームを受光する光ビーム受光器と、
前記光ビーム受光器による光ビームの受光位置に基づいて距離測定値を出力する測定回路と、
によって構成されていることを特徴とするトルクセンサ。 - 所定の回転軸まわりのトルクを検出するトルクセンサであって、
装置筐体と、
検出対象となるトルクの作用により弾性変形を生じる材質からなり、前記回転軸が挿通する貫通開口窓を有する環状変形体と、
前記回転軸に沿った第1の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第1の方向に隣接する位置に配置され、検出対象となるトルクに基づく回転駆動力を受けて前記回転軸まわりに前記環状変形体の変形の自由度に応じた所定角度範囲で回転する駆動回転体と、
前記第1の方向とは逆の第2の方向を定義した場合に、前記環状変形体の前記第2の方向に隣接する位置に配置され、前記装置筐体に固定された固定支持体と、
前記環状変形体の前記第1の方向を向いた側面に設けられた駆動接続点を、前記駆動回転体に接続する駆動接続部材と、
前記環状変形体の前記第2の方向を向いた側面に設けられた固定接続点を、前記固定支持体に接続する固定接続部材と、
前記装置筐体もしくは前記装置筐体に固定された固定補助体上に位置する所定の固定測定点と前記環状変形体の変位面との距離を測定する距離測定器と、
前記距離測定器によって測定された距離に基づいて前記駆動回転体に作用したトルクを出力する検出回路と、
を備え、
前記回転軸に直交する投影面についての前記駆動接続点の正射影投影像と前記固定接続点の正射影投影像とが異なる位置に形成されるようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
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