JP5038689B2 - 撹拌トルク測定方法及び測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は撹拌トルク測定方法及び測定装置、特に高精度に撹拌トルクを測定できる撹拌トルク測定方法及び測定装置に関するものである。
化学、食品、医薬を初めとする撹拌が必要なあらゆる分野に対し、実験室での研究データ収集や、実機検証の為のスケールアップ・スケールダウンに必要な動力データを正確に得る事は重要であり、LABO（研究）データの高精度な測定は研究から実機設計まで幅広く重要な情報をもたらす。
そのため、被撹拌物の撹拌トルクを測定することは重要であり、従来においては、歪（トーションバー）方式により被撹拌物の撹拌トルクを測定したり、ACサーボモータに流れる電流から撹拌トルクを測定していた。
しかしながら、上記歪（トーションバー）方式では、コスト面、複雑な機構面、材料の経年変化の影響などで高精度の測定が困難であり、また、上記ACサーボモータ方式で測定した実運転時の撹拌トルクには、サーボモータを有する回転装置のベアリング等から発生する機械的ロスによるトルクも含むため、それを取り除く必要があった。
そのため、従来のACサーボモータ方式では、サーボモータの回転軸から撹拌翼からなる撹拌部を切り離し、回転装置の機械的ロスが発生する部分のみを空運転せしめて、機械的ロスのトルクのみを測定し、上記機械的ロスのトルクを実運転時の撹拌トルクから差し引きして、被撹拌物の実運転時の撹拌トルクを測定していた。
このような撹拌トルク装置としては特許文献１に記載のものがある。
特開２０００−１４５６６７号公報（図１）。
然しながら、撹拌軸や撹拌翼からなる撹拌部の質量が慣性力（イナーシャ）となって働き、トルク値に影響を与え、上記ACサーボモータを用いた従来の撹拌トルク測定方法及び装置では高精度に撹拌トルクを測定することができないという欠点があった。
本発明は上記のような欠点を除くようにしたものである。
本発明の撹拌トルク測定方法は、サーボモータの出力軸を所望の回転数域で回転させたとき該サーボモータに流れる電流から該所望の回転数域に亘る第一のトルクを演算する第一の工程と、上記出力軸に撹拌部を接続し所望の回転数で回転させたとき上記サーボモータに流れる電流から上記所望の回転数の第二のトルクを演算する第二の工程と、上記出力軸に接続した撹拌部を被撹拌物に挿入し、上記の所望の回転数域で撹拌させたとき上記モータに流れる電流から上記所望の回転数域に亘る第三のトルクを演算する第三の工程と、
上記所望の回転数域に亘る第三のトルクから上記所望の回転数域に亘る第一のトルクを差し引き、又、上記所望の回転数においては、その回転数の上記第三のトルクから上記所望の回転数の第二のトルクを差し引くことにより、上記所望の回転数域における撹拌トルクと上記所望の回転数における撹拌トルクを得る第四の工程とから成ることを特徴とする。
また、本発明の撹拌トルク測定装置は、サーボモータの出力軸に着脱自在に取り付けた撹拌部と、該サーボモータの回転制御手段と、該サーボモータに流れる電流から所望の回転数域に亘るトルクを演算するトルクカーブ演算部と、所望の回転数におけるトルクを演算するスポット演算部と、上記トルクカーブ演算部と上記スポット演算部とを択一的に選択するスイッチ部と、トルクを補正する補正手段とからなり、該補正手段は、上記トルクカーブ演算部により演算された、上記サーボモータの出力軸から上記撹拌部を切り離した状態で、該出力軸を所望の回転数域に亘って回転させたときの上記所望の回転数域に亘る第一のトルクと、上記スポット演算部により演算された、上記出力軸に接続した上記撹拌部を所望の回転数に回転させたときの該所望の回転数の第二のトルクと、上記トルクカーブ演算部により演算された、上記サーボモータの出力軸に接続させた上記撹拌部を被撹拌物内に挿入した状態で、上記撹拌部を上記回転数域に亘って回転したときの上記所望の回転数域に亘る第三のトルクとを用いて、上記所望の回転数域に亘る第三のトルクから上記所望の回転数域に亘る第一のトルクを差し引き、又、上記所望の回転数においては、その回転数における上記第三のトルクから該所望の回転数の第二のトルクを差し引くことにより、上記所望の回転数域における撹拌トルクと上記所望の回転数における撹拌トルクを得ることを特徴とする。
本発明の撹拌トルク測定方法及び装置によれば、高精度の撹拌トルクを測定することができるという大きな利益がある。
また、高精度が求められる所望の回転数のみ高精度に測定し、他の回転数域においては通常の精度で測定するようにしたので、広範囲の回転域において迅速に精度のある撹拌トルクを求めることができる。
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
本発明の撹拌トルク測定装置は図１に示すように、トルク検出部１と、制御部２と、データアウトプット部３とよりなり、上記トルク検出部１は、エンコーダ（図示せず）を有するACサーボモータ４と、このACサーボモータ４の出力軸５に固定した撹拌軸６と、この撹拌軸６の下端に設けた撹拌翼７と、この撹拌翼７により撹拌される被撹拌物８とよりなる。
また、上記制御部２は、電流アンプ９からの指令電流と上記ACサーボモータ４に設けたエンコーダから得られた帰還パルスとにより上記ACサーボモータ４を制御・駆動せしめるPWM（パルス幅変調）出力を作るPWM変換部１０と、上記ACサーボモータ４に設けた電流センサー（図示せず）から得られる帰還電流から、所望の回転数域に亘る撹拌トルクを演算せしめるトルクカーブ演算部１１と、上記ACサーボモータ４に設けた電流センサーから得られる帰還電流から、所望の回転数における撹拌トルクを演算せしめるスポット演算部１２と、上記帰還電流を上記トルクカーブ演算部１１又はスポット演算部１２に択一的に通電せしめるスイッチ部１３と、上記トルクカーブ演算部１１及び上記スポット演算部１２で演算されたトルク値を処理、記憶、演算せしめる記憶演算処理部１４とよりなる。
また、上記データアウトプット部３は、上記記憶演算処理部１４により処理されたデータを出力するデータロガー等の出力部１５とよりなる。
本発明の撹拌トルク測定方法においては、まず、ACサーボモータ４が有するベアリング等から発生する機械的ロスによるトルクを所望の回転数域に亘って測定するために、上記撹拌軸６及び撹拌翼７を上記ACサーボモータ４の出力軸５から切り離し、上記ACサーボモータを例えば０rpmから１５００rpmまでの回転数域に亘って回転せしめ、上記スイッチ部１３を操作して上記トルクカーブ演算部１１により、上記ACサーボモータの帰還電流から空運転時の第一のトルク値を演算せしめ、上記記憶演算処理部１４に記憶せしめる。
次に、ACサーボモータ４の出力軸５に、上記撹拌軸６及び撹拌翼７を接続せしめ、上記ACサーボモータ４を所望の回転数、例えば１００rpmとし、上記スイッチ部１３を操作して上記スポット演算部１２により上記ACサーボモータ４の帰還電流から上記撹拌軸６及び撹拌翼７を上記出力軸５に接続せしめた状態の空運転時の第二のトルクを演算せしめ、上記記憶演算処理部１４に記憶せしめる。
次に、上記撹拌翼７を上記被撹拌物８内に挿入した状態で上記撹拌翼７を上記０rpm〜１５００rpmまでの回転数域に亘って回転せしめ、上記スイッチ部１３を操作して上記トルクカーブ演算部１１により、上記ACサーボモータの帰還電流から上記トルクカーブ演算部１１により実運転時の撹拌トルクを演算せしめ、上記記憶演算処理部１４に記憶せしめる。
次に、上記０rpmから１５００rpmの回転数域に亘る実運転時の撹拌トルクから上記回転数域に亘る空運転時の第一のトルクを差し引いて機械的ロスを有しない上記回転数域における実運転時の撹拌トルクを求め、また、１００rpmの回転数においては、その回転数における実運転時の撹拌トルクから上記第二のトルクを差し引く。
ACサーボモータは上記所望の回転数を絶えず一定に保とうとし、その際、撹拌軸や、撹拌翼が回転する際の質量が慣性力となって働く。この力は非常に微少であるが、より高精度にトルクを計測したい要求に対して、この微少な慣性力をも取り去り、より精度の高い撹拌トルク値を得ることができる。
本発明の撹拌トルク測定方法及び装置によれば、必要とされる所望の回転数においては、慣性力を考慮した高精密な撹拌トルク値を求めることができるとともに、他の回転数域においては、機械的ロス部分のトルクを考慮した高精度の撹拌トルクを測定することができるという大きな利益がある。
本発明の撹拌トルク測定装置の説明用ブロック図である。
符号の説明
１ トルク検出部
２ 制御部
３ データアウトプット部
４ ACサーボモータ
５ 出力軸
６ 撹拌軸
７ 撹拌翼
８ 被撹拌物
９ 電流アンプ
１０ PWM変換部
１１ トルクカーブ演算部
１２ スポット演算部
１３ スイッチ部
１４ 記憶演算処理部
１５ デジタルデータ出力部

Claims (2)

  1. サーボモータの出力軸を所望の回転数域で回転させたとき該サーボモータに流れる電流から該所望の回転数域に亘る第一のトルクを演算する第一の工程と、
    上記出力軸に撹拌部を接続し所望の回転数で回転させたとき上記サーボモータに流れる電流から上記所望の回転数の第二のトルクを演算する第二の工程と、
    上記出力軸に接続した撹拌部を被撹拌物に挿入し、上記所望の回転数域で撹拌させたとき上記モータに流れる電流から上記所望の回転数域に亘る第三のトルクを演算する第三の工程と、
    上記所望の回転数域に亘る第三のトルクから上記所望の回転数域に亘る第一のトルクを差し引き、又、上記所望の回転数においては、その回転数の上記第三のトルクから上記所望の回転数の第二のトルクを差し引くことにより、上記所望の回転数域における撹拌トルクと上記所望の回転数における撹拌トルクを得る第四の工程と
    からより成ることを特徴とする撹拌トルク測定方法。
  2. サーボモータの出力軸に着脱自在に取り付けた撹拌部と、該サーボモータの回転制御手段と、該サーボモータに流れる電流から所望の回転数域に亘るトルクを演算するトルクカーブ演算部と、該サーボモータに流れる電流から所望の回転数におけるトルクを演算するスポット演算部と、上記トルクカーブ演算部と上記スポット演算部とを択一的に選択するスイッチ部と、トルクを補正する補正手段とからなり、
    該補正手段は、
    上記トルクカーブ演算部により演算された、上記サーボモータの出力軸から上記撹拌部を切り離した状態で、該出力軸を所望の回転数域に亘って回転させたときの上記所望の回転数域に亘る第一のトルクと、
    上記スポット演算部により演算された、上記出力軸に接続した上記撹拌部を所望の回転数に回転させたときの該所望の回転数の第二のトルクと、
    上記トルクカーブ演算部により演算された、上記サーボモータの出力軸に接続させた上記撹拌部を被撹拌物内に挿入した状態で、上記撹拌部を上記回転数域に亘って回転させたときの上記所望の回転数域に亘る第三のトルクとを用いて、
    上記所望の回転数域に亘る第三のトルクから上記所望の回転数域に亘る第一のトルクを差し引き、又、上記所望の回転数においては、その回転数の上記第三のトルクから該所望の回転数の第二のトルクを差し引くことにより、上記所望の回転数域における撹拌トルクと上記所望の回転数における撹拌トルクを得ることを特徴とする撹拌トルク測定器。
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