JP2020020692A

JP2020020692A - トルク計測装置の計測精度の判定方法

Info

Publication number: JP2020020692A
Application number: JP2018145292A
Authority: JP
Inventors: 阪田　隆敏; Takatoshi Sakata; 隆敏阪田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2020-02-06

Abstract

【課題】動的な計測精度を確実に検証することができるトルク計測装置の計測精度の判定方法を提供する。【解決手段】トルク計測装置１のトルクセンサ４に既知の慣性モーメントを有するフライホイール２０を取り付ける。モータ３によって、トルクセンサ４を介してフライホイール２０を所定時間の間、所定の角加速度で等角加速度回転させることにより、トルク計測装置の出力トルク値を得る。得られた前記出力トルク値と、前記慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて算出された算出トルク値とを比較して、トルク計測装置１の計測精度を判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、トルク計測装置の計測精度の判定方法に関する。

従来から、トルク計測装置に静的なトルクを与えてトルク計測装置を校正する方法が行われている。例えば、一端が拘束されたトルク計測装置の他端に、アームの一端を接続し、アームの他端に重りを吊るすことで、トルク計測装置に静的なトルクを付与する。そして、アームの長さと重りの質量とから、付与されたトルクを算出し、算出されたトルク値とトルク計測装置の出力値とを比較することで、トルク計測装置の校正を行う。

しかし、この場合、静的な計測精度の検証のみが可能であり、動的な計測精度の検証を行うことができない。
一方、回転時において、トルク計測装置によって計測されたトルクと、基準計測装置によって計測されたトルクとを比較することで、動的な計測精度の検証を行う手法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１１−１４５２９３号公報

しかしながら、基準計測装置に関しても、静的な計測精度のみが検証され、動的な計測精度が検証されているわけではない。このため、トルク計測装置に対して、動的な計測精度を確実に検証することができない。
本発明の目的は、動的な計測精度を確実に検証することができるトルク計測装置の計測精度の判定方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、トルク計測装置（１）のトルクセンサ（４）に既知の慣性モーメント（Ｉ）を有するフライホイール（２０）を取り付けて、前記トルクセンサを介して前記フライホイールを所定時間（ｔ）の間、所定の角加速度（α）で等角加速度回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値（Ｔｄ）を得、得られた前記出力トルク値と、前記慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて算出された算出トルク値（Ｔｃ）とを比較して、前記トルク計測装置の計測精度を判定する、トルク計測装置の計測精度判定方法を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２に記載の発明は、トルク計測装置のトルクセンサに既知の慣性モーメントを有するフライホイールを取り付けて、前記トルクセンサを介して前記フライホイールを、第１角加速度（α１）で回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値として第１出力トルク値（Ｔｄ１）を得る第１計測工程（Ｓ１１）と、前記トルクセンサを介して前記フライホイールを前記第１角加速度とは異なる第２角加速度（α２）で回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値として第２出力トルク値（Ｔｄ２）を得る第２計測工程（Ｓ１２）と、前記慣性モーメントと前記第１角加速度とに基づいて算出された第１算出トルク値（Ｔｃ１）と、前記慣性モーメントと前記第２角加速度とに基づいて算出された第２算出トルク値（Ｔｃ２）との差分である算出トルク値偏差（ΔＴｃ）と、前記第１出力トルク値と前記第２出力トルク値との差分である出力トルク値偏差（ΔＴｄ）とを比較することにより、前記トルク計測装置の計測精度を判定する判定工程（Ｓ１３）と、を含む、トルク計測装置の計測精度判定方法を提供する。

請求項１に記載の発明では、フライホイールによってトルクセンサに付与される算出トルク値が計算によって求められる。その算出トルク値とトルク計測装置の出力トルク値とを比較することで、出力トルク値の誤差が求められるので、トルク計測装置の動的な計測精度を検証することができる。特に、フライホイールを一定の角加速度で一定時間の間回転させるので、フライホイールの慣性モーメントの誤差による影響を抑制して、トルク計測装置に実際に付与されるトルクを算出トルク値に略一致させることができる。このため、動的な計測精度を確実に検証することができる。

請求項２に記載の発明では、第１、第２計測工程において、第１角加速度、第２角加速度でそれぞれ回転されたときのフライホイールによってそれぞれトルクセンサに付与される第１算出トルク値と第２算出トルク値とが計算によって求められる。第１算出トルク値と第２算出トルク値との差分である算出トルク値偏差と、トルク計測装置の第１出力トルク値と第２出力トルク値との差分である出力トルク値偏差とを比較することで、出力トルク値偏差の誤差が求められるので、トルク計測装置の動的な計測精度を検証することができる。特に、フライホイールを第１、第２角加速度で回転させるので、フライホイールの慣性モーメントの誤差による影響を抑制して、それぞれの角加速度で回転されるときにトルクセンサに実際に付与されるトルクを第１、第２算出トルク値に略一致させることができる。このため、動的な計測精度を確実に検証することができる。

本発明の第１実施形態に係るトルク計測装置の計測精度の判定方法が適用されるトルク計測装置の概略図である。第１実施形態において、計測精度の判定方法のフローチャートである。第１実施形態において、計測精度を判定するときのトルク計測装置の概略図である。本発明の第２実施形態に係るトルク計測装置の計測精度の判定方法のフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る計測精度の判定方法が適用されるトルク計測装置１の概略図である。トルク計測装置１は、ベース２と、回転駆動装置としてのモータ３と、トルクセンサ４と、例えば油圧ポンプである測定対象５が取り付けられる測定対象保持部６と、計測ユニット１０とを備えている。

モータ３は、ベース２に支持されたモータ本体３ａと、出力軸３ｂとを含む。トルクセンサ４は、図示しないトーションバーによって同軸上に連結された入力部４ａと出力部４ｂとを含む。モータ３の出力軸３ｂとトルクセンサ４の入力部４ａとが、カップリング７を介して接続されている。
測定対象５は、測定対象保持部６に取付固定されるケーシング５ａと、入力軸５ｂとを含む。トルクセンサ４の出力部４ｂと測定対象５の入力軸５ｂとが、カップリング８を介して接続されている。トルクセンサ４は、入力部４ａと出力部４ｂとの回転方向の捩じれ角に基づいて、入力部４ａと出力部４ｂとの間に加わるトルクを表すトルク検出信号を出力する検出部４ｃを含む。

計測ユニット１０は、ＣＰＵ、メモリ１３、その他の周辺ディバイスを含むコンピュータにより構成されている。具体的には、計測ユニット１０は、モータ３をインバータ制御する回転制御部１１と、信号処理部１２と、モータ３の運転条件データや信号処理部１２からの出力トルク値データ等を格納するメモリ１３と、制御部１４と、入力操作部１５と、表示部１６とを含む。

信号処理部１２は、トルクセンサ４の検出部４ｃから出力されるトルク検出信号を出力トルク値データに変換して、メモリ１３に格納する機能や、表示部１６に出力トルク値データに応じた表示信号を出力して出力トルク値を表示させる機能を有する。
入力操作部１５は、モータ３の運転条件等を設定するための例えば、キーボード、マウス、各種スイッチ、タッチパネル等の少なくとも１つを含む入力ディバイスであり、オペレータからの各種の操作（コマンドや各種データの入力といった操作）を受け付ける。表示部１６は、液晶表示装置、ランプ等により構成されており、制御部１４の制御の下、各種の情報を表示する。

次いで、トルク計測装置の計測精度の判定方法について、図２のフローチャートに基づいて説明する。
ステップＳ１の準備工程では、図３に示すように、トルク計測装置１において、測定対象５を接続するためのカップリング８（図１参照）が取り外された状態で、トルクセンサ４の出力部４ｂに、既知の慣性モーメントＩを有するフライホイール２０が取り付けられる。

フライホイール２０は、トルクセンサ４の中心軸と同心に配置される円盤である。フライホイール２０の慣性モーメントＩは、可能な限り高精度で測定されていることが好ましい。
次いで、ステップＳ２の計測判定工程では、入力操作部１５からの入力によりメモリ１３に予め記憶された運転条件に基づいて、制御部１４が、回転制御部１１を介してモータ３を回転させる。具体的には、所定時間ｔ（sec ）の間、一定の角加速度α（rad /sec^２）で等角加速度回転させて、モータ３の回転数を開始回転数ＮＳ（min^−１）から終了回転数ＮＥ（min^−１）までスイープさせながら、トルクセンサ４からのトルク検出信号に基づいて得られる出力トルク値Ｔｄを表示部１６にオンタイムで表示させる。

オペレータが、表示部１６に表示される出力トルク値Ｔｄと、フライホイール２０の慣性モーメントＩと角加速度αとの積に基づいて計算により予め求めた算出トルク値Ｔｃ（Ｔｃ＝Ｉ×α）とを比較し、出力トルク値Ｔｄの、算出トルク値Ｔｃに対する誤差が、本トルク計測装置１の分解能ｅ（正の定数）の範囲内にあるか否かに基づいて、動的な計測精度の良否を判定する。

すなわち、所定時間ｔの間の全期間で、下記の式（１）が満足されていれば、合格と判定される。所定時間ｔの間の少なくとも一部の期間で、下記の式（１）が満足されていなければ、不合格と判定される。
−ｅ≦（Ｔｄ−Ｔｃ）≦ｅ …（１）
換言すると、例えば、算出トルク値Ｔｃが１Ｎ・ｍであって、分解能ｅが０．００１Ｎ・ｍである場合に、６０ｓｅｃ間（ｔ＝６０）で１０００min^−１（ＮＳ＝１０００）から３０００min ^−１（ＮＥ＝３０００）まで回転数をスイープさせ、その間に得られた出力トルク値Ｔｄが、下記の式（２）を満足していれば、合格と判定される。

０．９９９≦Ｔｄ≦１．００１ …（２）
本実施形態によれば、既知の慣性モーメントＩを有するフライホイール２０によってトルクセンサ４に付与される算出トルク値Ｔｃが、計算によって求められる。求められた算出トルク値Ｔｃとトルク計測装置１の出力トルク値Ｔｄとを比較することで、出力トルク値Ｔｄの誤差が求められるので、トルク計測装置１の動的な計測精度を検証することができる。

特に、フライホイール２０を所定の角加速度αで等角加速度回転させるので、フライホイール２０の慣性モーメントの誤差による影響を抑制して、トルクセンサ４に実際に付与されるトルクを算出トルク値Ｔｃに略一致させることができる。このため、動的な計測精度を確実に検証することができる。
また、フライホイール２０のサイズを変更したり、モータ３の回転数をスイープさせる条件パラメータである、所定時間ｔ（スイープ時間に相当）、角加速度α、開始回転数ＮＳ、終了回転数ＮＥ等を変更したりすることにより、種々のトルク値を生成することができる。このため、種々のトルク計測装置において、動的な計測精度を正確に判定することが可能になる。

動的な計測精度の判定は、トルク計測装置１の製造時に実施されてもよいし、また、トルク計測装置１の使用時に適宜実施されてもよい。
また、計測判定工程は、制御部が予め用意されたプログラムを実行することにより行われてもよい。この場合、オペレータが表示部の表示を目視により確認する作業が不要になって作業性が良くなり、また、検証の確実性が向上する。

また、角加速度αは、正であってもよいし、負であってもよい。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るトルク計測装置の計測精度の判定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１０の準備工程は、第１実施形態の図２のステップＳ１の準備工程と同じである。すなわち、図３に示すように、トルク計測装置１において、トルクセンサ４の出力部４ｂに、既知の慣性モーメントＩを有するフライホイール２０を取り付ける。

次いで、ステップＳ１１の第１計測工程では、入力操作部１５からの入力操作に基づいて、制御部１４が、回転制御部１１を介してモータ３を第１回転数Ｎ１から第１角加速度α１で等角加速度回転させる。このときに得られる出力トルク値である第１出力トルク値Ｔｄ１を表示部１６に表示させ、オペレータが第１出力トルク値Ｔｄ１を記録する。
次いで、ステップＳ１２の第２計測工程では、入力操作部１５からの入力操作に基づいて、制御部１４が、回転制御部１１を介してモータ３を第２回転数Ｎ２から第１角加速度α１とは異なる第２角加速度α２で等角加速度回転させる。このときに得られる出力トルク値である第２出力トルク値Ｔｄ２を表示部１６に表示させ、オペレータが第２出力トルク値Ｔｄ２を記録する。第２角加速度α２は、第１角加速度α１よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

次いで、ステップＳ１３の判定工程では、オペレータが、慣性モーメントＩと第１角加速度α１とに基づいて算出された第１算出トルク値Ｔｃ１（Ｔｃ１＝Ｉ×α１）と、慣性モーメントＩと第２角加速度α２とに基づいて算出された第２算出トルク値Ｔｃ２（Ｔｃ２＝Ｉ×α２）との差分である算出トルク値偏差ΔＴｃを下記の式（３）を用いて求める。

ΔＴｃ＝Ｔｃ２−Ｔｃ１ …（３）
算出トルク値偏差Ｔｃの算出は、判定工程の前に予め行っておいてもよい。
そして、オペレータが、記録しておいた第１出力トルク値Ｔｄ１と第２出力トルク値Ｔｄ２との差分である出力トルク値偏差ΔＴｄを下記の式（４）を用いて求める。
ΔＴｄ＝Ｔｄ２−Ｔｄ１ …（４）
そして、オペレータが、算出トルク値偏差ΔＴｃと出力トルク値偏差ΔＴｄとを比較することにより、トルク計測装置１の計測精度を判定する。

具体的には、出力トルク値偏差ΔＴｄの、算出トルク値偏差ΔＴｃに対する誤差が、本トルク計測装置１の分解能ｅ（正の定数）の範囲内にあるか否かに基づいて、動的な計測精度の良否を判定する。
すなわち、下記の式（５）が満足されていれば、合格と判定され、下記の式（５）が満足されなければ、不合格と判定される。

−ｅ≦（ΔＴｄ−ΔＴｃ）≦ｅ …（５）
換言すると、例えば、第１算出トルク値Ｔｃ１が１Ｎ・ｍであり（Ｔｃ１＝１）、第２算出トルク値Ｔｃ２が１．０１Ｎ・ｍである（Ｔｃ２＝１．０１）場合、算出トルク値偏差ΔＴｃは、０．０１Ｎ・ｍとなる（ΔＴｃ＝０．０１）。したがって、分解能ｅを０．００１Ｎ・ｍとして、出力トルク値偏差ΔＴｄは、下記の式（６）を満足していれば、合格と判定される。

０．００９≦ΔＴｄ≦０．０１１ …（６）
本実施形態によれば、フライホイール２０の回転によってトルクセンサ４に実際に付与されるトルクの差分（算出トルク値偏差ΔＴｃに相当）が、トルク計測装置１で精度良く検出されているか否かを検証することができる。
特に、フライホイール２０を第１角加速度α１、第２角加速度α２で回転させるので、フライホイール２０の慣性モーメントＩの誤差による影響を抑制して、第１角加速度α１，第２角加速度α２でそれぞれ回転されるときにトルクセンサ４に実際に付与されるトルクをそれぞれ第１算出トルク値Ｔｃ１、第２算出トルク値Ｔｃ２に略一致させることができる。このため、動的な計測精度を確実に検証することができる。

動的な計測精度の判定は、トルク計測装置１の製造時に実施されてもよいし、また、トルク計測装置１の使用時に適宜実施されてもよい。
また、第１計測工程、第２計測工程及び判定工程は、制御部が予め用意されたプログラムを実行することにより行われてもよい。この場合、オペレータが表示部の表示を目視により確認する作業が不要になって作業性が良くなり、また、検証の確実性が向上する。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明をモータの性能評価に用いられるトルク計測装置の計測精度の判定に適用してもよいし、また、エンジンやトランスミッション等の性能評価に用いられるトルク計測装置の計測精度の判定に適用してもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…トルク計測装置、３…モータ、４…トルクセンサ、４ａ…入力部、４ｂ…出力部、５…測定対象、１０…計測ユニット、２０…フライホイール

Claims

トルク計測装置のトルクセンサに既知の慣性モーメントを有するフライホイールを取り付けて、前記トルクセンサを介して前記フライホイールを所定時間の間、所定の角加速度で等角加速度回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値を得、
得られた前記出力トルク値と、前記慣性モーメントと前記角加速度とに基づいて算出された算出トルク値とを比較して、前記トルク計測装置の計測精度を判定する、トルク計測装置の計測精度判定方法。
トルク計測装置のトルクセンサに既知の慣性モーメントを有するフライホイールを取り付けて、前記トルクセンサを介して前記フライホイールを、第１角加速度で回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値として第１出力トルク値を得る第１計測工程と、
前記トルクセンサを介して前記フライホイールを前記第１角加速度とは異なる第２角加速度で回転させることにより、前記トルク計測装置の出力トルク値として第２出力トルク値を得る第２計測工程と、
前記慣性モーメントと前記第１角加速度とに基づいて算出された第１算出トルク値と、前記慣性モーメントと前記第２角加速度とに基づいて算出された第２算出トルク値との差分である算出トルク値偏差と、前記第１出力トルク値と前記第２出力トルク値との差分である出力トルク値偏差とを比較することにより、前記トルク計測装置の計測精度を判定する判定工程と、を含む、トルク計測装置の計測精度判定方法。