JPH01199129A

JPH01199129A - 回転力測定装置

Info

Publication number: JPH01199129A
Application number: JP2279288A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kinoshita; 和人木下; Toshio Akatsu; 赤津　利雄; Sadayasu Ueno; 上野　定寧
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1989-08-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回転力測定装置に係り、特に、例えば自動車
等に搭載して回転速度変動にも影響されずに軸のねじれ
検出するのに好適な回転力測定装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の回転力測定装置としては、例えば特公昭４１−６
５１９号公報記載のものが知られている。

この装置は、一端を被測定軸に係合せしめ、他端に負荷
を着脱自在に取付けたトーションバーに適宜間隔を隔て
て２枚の歯車状円板を取付けるとともに、これらの円板
の周辺に磁気ピックアップまたは光源および光電変換素
子を設けたもので、トーションバーの捩れに対応する周
期を以て、ゲート回路を開閉し、このゲート回路を通過
するクロックパルスの数を計数して回転力を直示させる
ものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、その原理上、被測定軸が回転中のとき
のみ回転力の測定が可能で１回転停止時の測定は不可能
であるということについて配慮されていなかった。また
、回転中でも回転速度変動がある場合には測定値に誤差
が含まれるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされ
たもので、被測定軸が静止中でも測定可能であるととも
に、回転速度変動にも影響されない回転力測定装置を提
供することを、その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明に係る回転力測定装
置の構成は、被測定軸に間隔を隔てて固定した、円周方
向に等ピッチで磁極を着磁した２個の磁気回転体と、前
記それぞれの着磁面に対向して静止側に配置された検出
器とを有し、この検出器の信号から印加回転力を算出す
るようにした回転力測定装置であって、前記検出器は、
磁極の円周方向変位に対して着磁ピッチと等しい周期の
疑似正弦波を発生する複数の磁気センサを並べたものと
し、その複数の磁気センサの出力から着磁ピッチ以上の
分解能で着磁位置を算出する演算回路を設けたものであ
る。

なお付記すると、磁気センサの数をＭとし、その出力で
ある疑似正弦波に含まれた高調波成分の次数をｉとする
とき、ｉ≠１．Ｍ±１　　（ｋ＝０、１゜２、・・・）
としたものである。

〔作用〕

上記の技術的手段によれば、２個の磁気回転体の着磁位
置を被測定軸の回転状態に無関係に測定できるので、２
個の磁気回転体の着磁位置の差を取ることにより、被測
定軸のねじれ角、すなわち、被測定軸に加わるトルクを
高精度に測定できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る回転力測定装置の略
示構成図、第２図は、第１図のＩ−Ｉ矢視断面図、第３
図は、第１図の検出器の詳細図、第４図は、第３図の磁
気センサの回路図、第５図は、磁気ドラムの回転による
磁気センサの出力電圧波形図、第６図は、磁気センサ数
と無視できる高調波次数との関係を示す図、第７図は、
演算回路の処理ブロック図である。

第１．２図に示すように、測定対象のトルク（回転力）
が作用する被測定軸１に適宜間隔を隔てて２個の磁気回
転体に係る円筒状の磁気ドラム２ａ、２ｂを固定し、被
測定軸１とともに回転可能とし、それぞれに等ピッチで
磁極を着磁する。

着磁する面は磁気ドラム２　（２ａ、２ｂの総称）の外
周でも側面でもよいが、本実施例は外周面に着磁した場
合を示す。

前記磁気ドラム２ａ、２ｂに対向して静止側に検出器３
ａ、３ｂを配置する。

検出器３　（３ａ、３ｂの総称）には、第３図に示すよ
うに４個１組の磁気センサが複数組（本実施例では３組
）、すなわち磁気センサ４（４ａ。

４ｂ、４ｃ、４ｄの４個１組）　、５　（５ａ、５ｂ。

５ｃ、５ｄの４個１組）、６　（６ａ、６ｂ、６ｃ。

６ｄの４個１組）が、磁気ドラム２の着磁ピッチを等分
するように設けてあり、各磁気センサの検出回路は第４
図に示すとおりである。

第４図は、磁気センサ４　（４ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄの４個１組）の回路図で、７は電源を示す。

磁気センサとしては、磁界あるいは磁束密度の時間微分
値の影響を受けない磁気抵抗効果素子、ホール素子等が
使用しやすく、ここでは磁気抵抗効果素子を用いた例を
示す。

各磁気センサ４，５，６の出力電圧は、第５図に示すよ
うに磁気ドラムの回転により変化する。

通常、磁気ドラム２の回転に対する出力電圧は完全な正
弦波にならず、第５図に示したように高調波を含んだ類
似正弦波になる。

そこで、次に複数組の磁気センサを用い、高調波の影響
を受けずに磁気ドラム２の着磁ピッチ以上の分解能で着
磁位置を検出する方法について説明する。

着磁ピッチを基本波長とし、その間にＭ組の磁気センサ
を等分に配置し、基本波の強度をａｌ。

磁気ドラム２の着磁位置である基本波の位相をθ１、ｉ
次高調波の強度をａｌ、その位相をθ、とし、最高次数
をＮとすると、ｊ組目の磁気センサの出力ＩＪは次式で
表わされる。

これらの出力に対して、基本波の位相θ１を求めるため
１次式の処理を行う。

次に、（２）式の処理に対する高調波の影響を検討する
。（２）式右辺のｔａｎ−１カツコ内の分母２分子をＩ
ｎ、Ｉｓとし、（１）式を代入すると次式で表わされる
。

これを高調波の次数ｉについて整理すると・・・（５）ココテ、（５）式、（６）式中のｓｌ、ｓ２はｉとＭに
対して、・・・（７）・・・（８）となる。ここで、もし磁気センサの出力が基本波のみの
場合、つまり、Ｎ＝１でのＩｓ、ＩｎをＩａｚｖＩＢＩ
とすると、１ｓｘ＝−Ｍａｔｓｉｎθ１・・・（９）１ａｔ＝−Ｍ
ａｔｃｏｓθ１　　　　　　　　　−（１０）となり、
（２）式に代入すると、＝ｔａｎ−’（ｔａｎθｚ）　　　　　　　　　　　−
（１１）となり、基本波の位相０１つまり磁気ドラム２
の着磁位置を求めることができる。

また、高調波成分について考えると、（５）式。

（６）式において、ａｌ≠０の場合はＳｚ：５ｚ＝０の
とき影響がなくなる。つまり、磁気センサ数Ｍと高調波
成分の次数ｉとの間に、ｉｍｋＭ±１　（ｋ＝０、１．２・・・）　　・・・（
１２）が成り立てばよい、この関係を第６図に示す。

第６図は、縦の行に高調波次数ｉ、横の列に磁気センサ
数Ｍをとり、（１２）式の関係をマトリックス表示した
ものである０図中、０印は（１２）式が成り立ち高調波
を無視できる場合、ｘ印は高調波の影響を受ける場合で
ある。第６図から判るように。

磁気センサの出力に含まれる最高高調波次数より２個多
い磁気センサを用いれば、高調波の影響を完全に無くす
ことができる。また、上記条件以外でも、特定次数の高
調波のみが存在する場合には。

（１２）式が成り立つ範囲であれば、より少ない磁気セ
ンサ数でも影響をなくすことができる。

さらに、（１２）式が成り立つ場合には、処理結果は（
１１）式となり、磁気センサの外乱による感度変化の影
響を受けずに位相を測定できる。

次に、（２）式の処理を行う回路について説明する。

第７図に示すように、磁気センサ４，５，６の出力Ｉｔ
ｓ　Ｉｚ、Ｉａを乗算器８ａないし８ｆにより（２）式
で示した係数を掛けたのち、加算器９ａ。

９ｂにより（３）式、（４）式のＩｓ、Ｉｎを求め、除
算器１０によりｔａｎθを得る。

第７図では、さらに多くの磁気センサを使用した場合で
も解るよう乗算器を６個、３人力の加算器を２個使用し
ているが、実際には乗算器８Ｃと８ｆの係数は１つ０で
あり乗算器はいらない、また、加算器９ｂは２人力のも
ので十分である。

このように、個々の磁気ドラムの着磁位置を求めること
ができるので、磁気ドラム２ａの位置をθａ、磁気ドラ
ム２ｂの位置をθｂとすると、被測定軸に加わるトルク
によるねじれ角θａ−θｂは次式で表わされる。

θａ−θｂ＝ｔａｎ−１（ｔａｎθａ）　−ｔａｎ−’
（ｔａｎ＋″五〇ｂ）つまり、各磁気ドラムの位置は第
７図に示した処理回路により、ｔａｎθ　の形で得られ
るので、それぞれの出力ｔａｎθａｔ　ｔａｎθｂによ
り、　（１３）式の演算をすれば、トルクに比例した出
力θａ−θｂが得られる。

本実施例によれば、被測定軸が静止中でも測定可能であ
るとともに、回転速度変動による影響を受けることなく
、トルクは高精度で測定できる。

また、検出器の出力に高調波成分が含まれている場合で
も、磁気センサの数を選ぶことにより、高調波の影響を
なくすことができるなどの効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、被測定軸が静止中
でも測定可能であるとともに、回転速度変動にも影響さ
れない回転力測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る回転力測定装置の略
示構成図、第２図は、第１図のＩ−Ｉ矢視断面図、第３
図は、第１図の検出器の詳細図。第４図は、第３図の磁気センサの回路図、第５図は、磁
気ドラムの回転による磁気センサの出力電圧波形図、第
６図は、磁気センサ数を無視できる高調波次数との関係
を示す図、第７図は、演算回路の処理ブロック図である
。１・・・被測定軸、２，２ａ、２ｂ・・・磁気ドラム、
３゜３ａ、３ｂ・・・検出器、４，５，６・・・磁気セ
ンサ、８ａ〜８ｆ・・・乗算器、９ａ、９ｂ・・・加算
器、１０・・・除算器。

Claims

【特許請求の範囲】１、被測定軸に間隔を隔てて固定した、円周方向に等ピ
ッチで磁極を着磁した２個の磁気回転体と、前記それぞ
れの着磁面に対向して静止側に配置された検出器とを有
し、この検出器の信号から印加回転力を算出するように
した回転力測定装置であつて、前記検出器は、磁極の円
周方向変位に対して着磁ピッチと等しい周期の疑似正弦
波を発生する複数の磁気センサを並べたものとし、その
複数の磁気センサの出力から着磁ピッチ以上の分解能で
着磁位置を算出する演算回路を設けたことを特徴とする
回転力測定装置。２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、磁気セ
ンサの数をＭとし、その出力である疑似正弦波に含まれ
高調波成分の次数をｉとするとき、ｉ≠ｋＭ±１（ｋ＝
０、１、２、・・・）としたことを特徴とする回転力測
定装置。