JPH0259632A - トルク測定装置 - Google Patents

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」 この発明は回転する伝達機構の出力トルクをその回転し
ている軸のねじれ角度によって検出するトルク測定装置
に関する。

「従来の技術」 第４図は従来のトルク測定装置の構成例を示すブロック
図であり、この図において、ｌは被測定物である軸、２
１および２．は軸ｌのトルク検出用歯車であり、歯車２
１は軸ｌの入力側に、歯車２゜は軸Ｉの出力側にそれぞ
れ取り付けられている。

尚、第５図に示すように、歯車２２は歯車２１に対して
歯幅の２分の１のピッチだけラジアル方向にずらせて取
り付けられている。また、３．および３、は電磁誘導式
のセンサ、４はセンサ３．および３、から出力される信
号を処理してトルク信号を出力する制御器、５はトルク
信号が出力される出力端子である。

このような構成において、袖１のトルクを測定するには
、まず、軸ｌを回転させる。これにより、歯車２１およ
び２．も回転して、歯車２１および２゜とセンサ３１お
よび３！との間に発生する磁束の変化によってセンサ３
．および３．から１回転当たり歯車２．および２．の歯
数に等しい信号が出力される。この時、軸ｌの出力側に
負荷が加わっていない場合は、軸ｌが一定回転しており
、センサ３゜からは第６図（ａ）に示すような信号Ｓ、
が出力され、センサ３．からは第６図（ｂ）の実線に示
すような信号Ｓ、が出力される。この場合の信号Ｓ１と
信号Ｓ、との位相差ＴＩは一定である。一方、軸ｌの出
力側に負荷が加わっている場合は、軸１は負荷によって
入力側に対して出力側がねじれる。これに応じて歯車２
．は歯車２．に対してねじれる。これにより、センサ３
Ｉからは第６図（ａ）に示すような信号Ｓ１が出力され
、センサ３．からは第６図（ｂ）の破線に示すような信
号Ｓ’ｔが出力される。この場合の信号Ｓ、と信号Ｓ°
、との位相差Ｔ、は無負荷の場合の位相差Ｔ、に比べて
位相差変位Δｔだけ大きくなる。この位相差変位Δｔは
軸ｌが負荷によってねじれる角度に比例する。

次に、制御器４はセンサ３１および３．から出力される
信号を処理してトルク信号を生成する。この処理方法に
はディジタル式とアナログ式とがある。まず、ディジタ
ル式は第６図（ｃ）に示す基やパルスが位相差変位Δを
以内にカウントされる数（第６図（ｄ）参照）を計測し
てトルク信号を出力端子５から出力する。一方、アナロ
グ式は位相差変位Δｔに応じた電圧（第６図（ｅ）の斜
線部分）を発生させ、この電圧をフィルタによって平滑
化して、第６図（ｅ）の２点鎖線に示すような直流電圧
としてｌ・ルク信号を出力端子５から出力する。

「発明か解決しようとする課題」 ところで、上述の従来のトルク測定装置において、制御
器４には以下のような欠点がある。

まず、ディジタル方式については、歯車２□および２．
の歯数、軸ｌのねじれ角度、軸１の最大回転数およびこ
の装置の測定分解能等によって決定される基草パルスの
周波数が１０ＭＨｚ以」二になるとディジタル処理か困
難になるという問題があった。

また、アナログ方式については、軸ｌのねじれ角度が小
さく、かつ歯車２．および２．の歯数が少ない装置の測
定では、位相差変位Δｔが小さいため、それに応じた電
圧も小さい。従って、この電圧をフィルタによって平滑
化し、トルク信号として出力するとこの信号の電圧がさ
らに小さくなる。

そのため、トルク信号のＳ／Ｎが悪く、周囲の環境や用
いられている電子部品の特性変化の影響を受けやすく、
この装置の分解能および測定精度が低下するという欠点
があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、軸の
ねじれ角度が小さく、かつ、軸に取り付けられている歯
車の歯数が少なくて軸の１回転当たりに得られる軸のね
じれ角情報の少ない高速回転するシステムの場合でも、
高い分解能および精度でトルク信号を検出することがで
き、しかも、被測定物の回転が変動する場合でも正確な
トルク信号を検出することができるトルク測定装置を提
供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、被測定物から電磁誘導によって、同一周波
数であって、位相の異なる第１および第２の信号を取り
出す第１および第２のセンサと、第１の信号の立ち上が
りによってトリガされて逐次立ち上がり、かつ、第１の
信号の立ち下がりによってリセットされてもとのレベル
に戻るノコギリ波を発生するノコギリ波発生回路と、ノ
コギリ波を第２の信号の立ち上がりによってサンプルボ
ールドするサンプルホールド回路と、ノコギリ波の掃引
角度を第１の信号の周波数に応じて制御する掃引角度制
御回路とを具備することを特徴としている。

「作用」 この発明によれば、まず、第１および第２のセンサを用
いて被測定物より電磁誘導によって、同一周波数であっ
て、位相の異なる第１および第２の信号を取り出す。次
に、ノコギリ波発生回路を用いて第１の信号の立ち上が
りによってトリガされて逐次立ち上がり、かつ、第１の
信号の立ち下がりによってリセットされてもとのレベル
に戻るノコギリ波を発生させる。そして、サンプルホー
ルド回路を用いてこのノコギリ波を第２の信号の立ち上
がりによってサンプルホールドする。また、掃引角度制
御回路を用いてノコギリ波の掃引角度を第１の信号の周
波数に応じて制御する。

「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図はこの発明の一実施例によるトルク測定装
置の構成を示すブロック図であり、この図において、第
４図の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その
説明を省略する。第１図に示すトルク測定装置において
は、制御器４は以下に示す各回路によって構成されてい
る。６゜および６．はセンサ３Ｉおよび３．から出力さ
れる信号を矩形波に波形整形する波形整形回路、７は波
形整形回路６．の出力信号の立ち上がりからトリガパル
スを生成するトリガパルス生成回路、８は波形整形回路
６Ｉの出力信号の立ち下がりからリセットパルスを生成
するリセットパルス生成回路、９はトリガパルスによっ
てトリガされて逐次立ち上がり、リセットパルスによっ
てリセットされても゛とのレベルに戻るノコギリ波を発
生するノコギリ波発生回路であり、このノコギリ波の掃
引角度は掃引角度制御回路１０によって制御される。

掃引角度制御回路ＩＯにおいて、１１は軸ｌの出力側に
負荷が加わっていない場合に、ノコギリ波の掃引角度を
制御する信号を出力する制御信号発生回路、１２は波形
整形回路６１の出力信号の周波数を電圧に変換するＦ／
ｖコンバータ、１３は制御信号発生回路１１およびＦ／
ＶコンバータＩ２の出力信号が入力される加算器である
。また、１４は波形整形回路６．の出力信号の立ち上が
りからサンプリングパルスを生成するサンプリングパル
ス生成回路、１５はノコギリ波発生回路９の出力信号を
サンプリングパルスによってサンプリングするサンプリ
ングスイッチ、１６はサンプリングスイッチ１５により
サンプリングされた電圧を保持する保持コンデンサ、１
７は保持コンデンサ１６の電圧を所定のレベルまで増幅
する増幅器である。

このような構成において、袖１のトルクを測定するには
、まず、軸ｌに負荷を加えない状態で軸ｌを回転させる
。これにより、歯車２Ｉおよび２！ら回転して、歯車２
Ｉおよび２．とセンサ３．および３．との間に発生する
磁束の変化によってセンサ３１からは第２図（ａ）に示
すような信号Ｓ、が出力され、センサ３．からは第２図
（ｂ）の実線に示すような信号Ｓ２が出力される。この
場合の信号Ｓｌと信号Ｓ２との位相差Ｔ１は一定である
。

次に、制御器４はセンサ３．および３．から出力される
信号を処理してトルク信号を生成する。まず、波形整形
回路６Ｉは信号Ｓ、を波形整形して第２図（ｃ）に示す
波形の信号を出力する。また、波形整形回路６．は信号
Ｓ２を波形整形して第２図（ｄ）に示す波形の信号を出
力する。次いで、トリガパルス生成回路７は波形整形回
路６．の出力信号の立ち上がりからトリガパルスを生成
し、リセットパルス生成回路８は波形整形回路６Ｉの出
力信号の立ち下がりからリセットパルスを生成する。

方、サンプリングパルス生成回路１４は波形整形回路６
．の出力信号の立ち上がりからサンプリングパルスを生
成する。これにより、ノコギリ波発生回路９はトリガパ
ルスによってトリガされてノコギリ波を制御器４の電源
電圧のフルスケールをマイナスからプラスに向って掃引
を開始して、リセットパルスによってその掃引を停止し
て電源電圧のフルスケールのマイナスにリセットされる
。

サンプリングスイッチ１５はノコギリ波発生回路９の出
力信号をサンプリングパルスによってサンプリングして
、保持コンデンサ１６がサンプリングスイッチ１５によ
りサンプリングされた電圧を保持する。そして、増幅器
１７は保持コンデンサ１６の電圧を所定のレベルまで増
幅して出力端子５からトルク信号として出力する。

この時、制御信号発生回路ＩＩを操作して、トルク信号
が０■になるように調整する。即ち、ノコギリ波発生回
路９の出力信号のサンプリングポイントＳｐ＋がＯＶに
なるようにノコギリ波の掃引角度を制御する信号を出力
させる。これにより、第２図（「）に示すように、掃引
角度制御回路１０がノコギリ波発生回路９の出力信号の
サンプリングポイント５ｌ）ｌがＯＶになるようにノコ
ギリ波の掃引角度を制御する。

次に、軸ｌの出力側に負荷を加えた状態で軸ｌを回転さ
せる。これにより、軸１は負荷によって入力側に対して
出力側がねじれる。これに応じて歯車２．は歯車２．に
対してねじれながら回転して、歯車２１および２．とセ
ンサ３．および３．との間に発生する磁束の変化によっ
てセンサ３１からは第２図（ａ）に示すような信号Ｓ１
が出力され、センサ３、からは第２図（ｂ）の破線に示
すような信号Ｓ′が出力される。この場合の信号Ｓ、と
信号Ｓ’２との位相差Ｔ、は無負荷の場合の位相差Ｔ、
に比べて位相差変位Δｔたけ大きくなる。この位相差変
位Δｔは軸■が負荷によってねじれる角度に比例する。

次に、制御器４はセンサ３．および３．から出力される
信号を処理してトルク信号を生成する。まず、波形整形
回路６．は信号Ｓ、を波形整形して第２図（ｃ）に示す
波形の信号を出力する。また、波形整形回路６．は信号
Ｓ’ｔを波形整形して第２図（ｅ）に示す波形の信号を
出力する。次いで、トリガパルス生成回路７は波形整形
回路６．の出力信号の立ち上がりからトリガパルスを生
成し、リセットパルス生成回路８は波形整形回路６．の
出力信号の立ち下がりからリセットパルスを生成する。

一方、サンプリングパルス生成回路１４は波形整形回路
６．の出力信号の立ち上がりからサンプリングパルスを
生成する。これにより、ノコギリ波発生回路９はトリガ
パルスによってトリガされてノコギリ波を制御器４の電
源電圧のフルスケールをマイナスからプラスに向って掃
引を開始して、リセットパルスによってその掃引を停止
して電源電圧のフルスケールのマイナスにリセットされ
る。

サンプリングスイッチ１５はノコギリ波発生回路９の出
力信号をサンプリングパルスによってサンプリングして
、保持コンデンサ１６かサンプリングスイッチ１５によ
りサンプリングされた電圧を保持する。そして、増幅器
１７は保持コンデンサｉ６の電圧を所定のレベルまで増
幅して出力端子５からトルク信号として出力する。

この時のサンプリングポイントＳｐｔは、第２図（ｆ）
に示すように、無負荷時に比べてプラス側に移動する。

ところで、センサ３．および３．から出力される信号の
周波数は軸ｌの回転数によって変化するので、これに応
じて無負荷時の信号ｓｌと信号Ｓ、との位相差Ｔ１も変
化する。従って、ノコギリ波発生回路９において発生さ
れるノコギリ波の掃引角度ら軸ｌの回転数に応じて制御
する必要がある。

このノコギリ波の掃引角度を制御する方法は、例えば、
以下の方法によって行うことが可能である。

第３図はノコギリ波発生回路９に用いられる積分回路の
一例であり、１８は演算増幅器、１９は入力抵抗、２０
は入力信号の積分用のコンデンサ、２１はリセットパル
スによって開閉されるスイッチ、２２は入力バイアス電
流に起因するオフセット電圧を少なくするための補償抵
抗である。そして、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｓ、抵抗
１９の値Ｒ８およびコンデンサ２０の値ｃｆによって以
下の式％式％ 従って、入力端子Ｖｓを変化させることによって出力電
圧Ｖｏが上昇する角度、即ち、ノコギリ波の掃引角度を
制御することができる。この人力電圧Ｖｓは掃引角度制
御回路１０の出力信号によって制御されるが、この掃引
角度制御回路１０には制御信号発生回路１１およびＦ／
ＶコンバータＩ２がある。このうち、Ｆ／Ｖコンバータ
１２からは軸１の回転数に応じた電圧、即ち、軸！の回
転数が低い場合にノコギリ波の掃引角度を小さくし、軸
ｌの回転数が高い場合にノコギリ波の掃引角度を大きく
する電圧が発生される。この電圧を用いて電圧Ｖｓを制
御することにより、軸１の回転数の変化による影響を排
除して、適切なノコギリ波を発生させることができ、従
って、正確なトルク信号を検出することができる。

また、負荷側からのパワーバックがあった場合は、軸ｌ
の入力側に対して出力側が上述の場合とは逆の方向にね
じれ、これにより、歯車２２が歯車２１に対して上述の
場合とは逆の方向にねじれる。従って、第２図（ｂ）の
１点鎖線に示すように、センサ３１の出力信号ｓ１の位
相に対してセンサ３、の出力信号Ｓ”ｔの位相が進む。

この信号Ｓ”が波形整形回路６．によって、第２図（ｅ
）の１点鎖線に示すように、矩形波に波形整形され、サ
ンプリングパルス生成回路Ｉ４によって波形整形回路６
２の出力信号の立ち上がりからサンプリングパルスが生
成される。従って、この場合のサンプリングスイッチ１
５におけるサンプリングポイントｓｐ３は、第２図（ｆ
）に示すように、無負荷時に比べてマイナス側に移動す
る。これにより、負のトルク信号ら検出することができ
る。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、被測定物から
電磁誘導によって、同一周波数であって、位相の異なる
第１および第２の信号を取り出す第１および第２のセン
サと、第１の信号の立ち上がりによってトリガされて逐
次立ち上がり、かつ、第１の信号の立ち下がりによって
リセットされてもとのレベルに戻るノコギリ波を発生す
るノコギリ波発生回路と、ノコギリ波を第２の信号の立
ち上がりによってサンプルホールドするサンプルホール
ド回路と、ノコギリ波の掃引角度を第１の信号の周波数
に応じて制御する掃引角度制御回路とを設けたので、軸
のねじれ角度が小さく、かつ、軸に取り付けられている
歯車の歯数か少なくて軸の１回転当たりに得られる軸の
ねじれ角情報の少ない高速回転するシステムの場合でも
、高い分解能および精度でトルク信号を検出することが
できる効果がある。また、被測定物の回転が変動する場
合でも正確なトルク信号を検出することができる効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるトルク測定装置の構
成を示すブロック図、第２図は第１図のセンサ３．およ
び３．の出力信号と制御器４内の各部から出力される信
号の波形図、第３図は第１図のノコギリ波発生回路９に
用いられる積分回路の一例を示す回路図、第４図は被測
定物の軸１、歯車２．および２．と従来のトルク測定装
置の構成例を示すブロック図、第５図は第４図の軸ｌ、
歯車２、および２．の左側面図、第６図は第４図のセン
サ３１および３．の出力信号と制御器４内の各部から出
力される信号の波形図である。 ３１３２・・・・・・センサ、９・・・・・ノコギリ波
発生回路、１０・・・・・掃引角度制御回路、１５・・
・・・・サンプリングスイッチ、１６・・・・・・保持
コンデンサ。 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物から電磁誘導によって、同一周波数であって、
   位相の異なる第１および第２の信号を取り出す第１およ
   び第２のセンサと、前記第１の信号の立ち上がりによっ
   てトリガされて逐次立ち上がり、かつ、前記第１の信号
   の立ち下がりによってリセットされてもとのレベルに戻
   るノコギリ波を発生するノコギリ波発生回路と、前記ノ
   コギリ波を前記第２の信号の立ち上がりによってサンプ
   ルホールドするサンプルホールド回路と、前記ノコギリ
   波の掃引角度を前記第１の信号の周波数に応じて制御す
   る掃引角度制御回路とを具備することを特徴とするトル
   ク測定装置。