JPH0416728A - 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］ 本発明は、モータ、エンジン、発電機およびタービン等
の回転機械の動力伝達軸か伝達するトルクを測定するト
ルク測定装置に関する。

「従来の接衝］ 従来、回転機械の動力伝達軸か伝達するトルクを測定す
るトルク測定装置としては、動力伝達軸に制動力を加え
て伝達トルクを求める動力吸収方式のものや、動力伝達
軸にブーりを装着し当該プーリを用いてどのくらいの大
きさのおもりを巻き上げることかできるかを測定して伝
達トルクを求めるもの等が知られている。

し発明が解決しようとする課題］ しかし、上述したトルク測定装置を用いて動力伝達軸の
トルクを測定するには、回転機械の通常運転を中断し、
その状態でブレーキ等を動力伝達軸に接触等させて当該
動力伝達軸を回転させなければならす、回転機械に過大
な負担を掛けるとともに測定に手間がかかり過き”る欠
点を有する。

また、動力伝達軸が、実際に運転中に伝達しているトル
クを測定することができない不都合を有する。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、回転機械の動力伝達
軸が運転中に伝達しているトルクを非接触で容易に測定
することができるトルク測定装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、動力伝達軸の所定箇所に設けられた第１測定
点か所定量だけ回転するのに要する時間を検出する第１
の検出手段と、 前記動力伝達軸の第１測定点および当該第１測定点より
軸線に沿って所定距離だけ離れた第２測定点が所定の測
定地点を通過したことを非接触で検出する第２の検出手
段と、 前記動力伝達軸の第１測定点および第２測定点が前記第
２の検出手段により検出された時間のズレを算出する検
出時間ズレ量算出手段と、前記検出時間ズレ量算出手段
により算出された検出時間のズレ量および前記第１の検
出手段により検出された前記第１測定点が所定量だけ回
転するのに要する時間に基つき前記動力伝達軸の両側定
点間のねしり角を算出するねじり角算出手段と、前記ね
じり角算出手段により算出されたねじり角に基つき前記
動力伝達軸に作用しているトルクを算出するトルク算出
手段と、を備えてなる。

［作　用］ 本発明では、第１の検出手段により、動力伝達軸の第１
測定点か所定量だけ回転するのに要する時間が検出され
る。また、第２の検出手段により、動力伝達軸の第１測
定点および第２測定点か所定の測定地点を通過したこと
が非接触で検出される。

すると、検出時間ズレ量算出手段により前記動力伝達軸
の第１測定点と第２測定点との検出時間のズレ量が算出
される６次に、ねじり角算出手段により、動力伝達軸の
第１測定点と第２測定点との検出時間のズレ量および第
１測定点が所定量だけ回転するのに要した時間に基つき
当該動力伝達軸のねしり角が算出される。そして、前記
算出されたねじり角に基づき、トルク算出手段により動
力伝達軸に作用しているトルクが算出される。

これにより、回転機械の動力伝達軸が運転中に伝達して
いるトルクを非接触で容易に測定することができる。

「実８ｋｍ月 本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

本実施例に係るトルク測定装置は、タービン等の回転機
械の動力伝達軸か運転中に伝達しているトルクを測定す
る装置であり、第１図に示す如く、制御手段１０．第１
の検出手段１１．第２の検出手段１２．検出時間ズレ量
算出手段３１．ねじり角算出手段４１およびトルク算出
手段５１等を含み構成されている。

ここで、制御手段１０は、第１の検出手段１１第２の検
出手段１２．検出時間ズレ藍算出手段３１、ねじり角算
出手段４１およびトルク算出手段５１等を制御する手段
であり、図示しないＣＰＵＲＡＭ、ＲＯＭ等を含み形成
されている。

また、第１の検出手段１１は、動力伝達軸１の所定箇所
に設けられた第１測定点８１か所定量だけ回転するのに
要する時間を検出する手段である。

本実施例においては、第１の検出手段１１は、第２図に
示す如く、対向配設された投光部および受光部を有する
第１の検圧部１４．動力伝達軸１の第１測定点Ｓ１に対
応する部位に装着されたスリット円板１３Ａおよび制御
手段１０の一部機能等を利用して構成されている。この
スリット円板１３Ａは、動力伝達軸１の動力伝達に支障
をきたさないように軽量に形成されており、第３図に示
す如く、その所定部位にはスリット１３ｓか第１の検出
部１４と整合可能なるように形成されている。

また、第２の検出手段１２は、動力伝達軸１の第１測定
点Ｓ１および当該第１測定点ｓ１より軸線に沿って所定
路Ｍしだけ離れた第２測定点ｓ２か所定の測定地点を通
過したことを非接触で検出する手段である。本実施例に
おいては、第２の検出手段１２は、前記した第１の検出
部１４．スリット円板１３Ａおよび当該第１の検出部１
４．スリット円板１３Ａと同様な構成で動力伝達軸１の
第２測定点Ｓ２に対応して設けられた第２の検出部１５
およびスリット円板１３Ｂ等から形成されている。

また、検出時間ズレ量算出手段３１は、動力伝達軸１の
第１測定点Ｓ１および第２測定点ｓ２が第２の検出手段
１２により検出された時間のズレを算出する手段である
。

さらに、ねじり角算出手段４１は、動力伝達軸１の第１
測定点Ｓ１と第２測定点ｓ２との検出時間のズレ量およ
び前記第１の検出手段１１により検出された第１測定点
８１が所定量だけ回転するのに要した時間に基づき動力
伝達軸１の両側定点ＳＬ、３２間のねじり角を算出する
手段である。

さらにまた、トルク算出手段５１は、ねじり角算出手段
４１により算出されたねじり角に基づき動力伝達軸１に
作用しているトルクＴを算出する手段である。

次に作用について説明する。

タービン運転中、動力伝達軸１は、ねじられながら回転
されてトルクＴを伝達している。

この動力伝達軸１のトルクＴを測定する場合には、第１
の検出手段１１により、動力伝達軸１の第１測定部位８
１が所定量だけ回転するのに要する時間か検出される。

具体的には、動力伝達軸１か回転してスリット円板１３
Ａのスリット１３ｓか第１の検出部１４と整合するごと
に、第８図に示す如く、当該第１の検出部１４から検出
信号か制御手段１０に出力される。これを受けて、制御
手段１０は、その一部機能を利用して動力伝達軸１の第
１測定点Ｓ１か１回転するのに要する時間ｔ１を求める
。

また、第２の検出手段１２により、動力伝達軸■の第１
測定点Ｓ１および第２測定点Ｓ２か所定の測定地点を通
過したことが非接触で検出される。

具体的には、スリット円板１３Ａと第１の検出部１４と
の協働により動力伝達軸１の第１測定点Ｓ１か所定の測
定地点を通過したことが検出され、スリット円板１３Ｂ
と第２の検出部１５との協働により第２測定点Ｓ２が測
定地点を通過したことが検出される。

ここで、動力伝達軸１は、ねじられながら回転してトル
クＴを伝達しているので、第１測定点Ｓ１および第２測
定点Ｓ２は第２の検出手段１２により時間的にスして検
出されることになる。そこで、制御手段１０は、検出時
間ズレ量算出手段を駆動して、第９図に示す如く、動力
伝達軸１の第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２か第２の検
出手段１２により検出された時間のズレ量Δｔ　（＝ｔ
２１０）を算出する。ここで、ｔ２は測定結果に基づく
第２測定点Ｓ２の第１測定点Ｓ１に対する検出時間のズ
レ量である。４ｔな、ｔｏは、トルク測定装置の機械的
誤差を考慮した補正項で、動力伝達軸１がトルクＴを伝
達しない場合の第１の測定点Ｓ１と笛２の測定点Ｓ２と
の検出時間のズレ量である。

次に、制御手段１０は、ねじり角算出手段４１を駆動し
て、前記第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との検出時間
のズレ蓋Δｔおよび第１測定点８１が所定量（本実施例
では１回転）だけ回転するのに要した時間ｔ１に基づき
動力伝達軸１の両側定点Ｓ１．３２間のねじり角φ（−
Δｔ／ｌ　１　）を算出する。

こうして、動力伝達軸１の第１゜第２測定点Ｓ１．８２
間のねじり角φか算出されたところで、制御手段１０は
トルク算出手段５１を駆動して、動力伝達軸１に作用す
るトルクＴを次式に基づき算出する。

すなわち、 Ｔ＝φ・　（Ｇ−Ｉｐ）／Ｌ＝（Δｔ／ｌ　１　＞（Ｇ
ｌｐ）／Ｌ ここで、（Ｇ−１ｐ）は動力伝達軸１のねじりこわさで
あり、当該軸１の材料および形状により決定される定数
で、計算または実測により求められる。また、Ｌは動力
伝達軸１の第１．第２測定点Ｓｌ、３２間の距離である
。

しかして、本実施例によれば、動力伝達軸１の第１測定
点８１が所定量（１回転）だけ回転するのに要する時間
ｔ１を検出する第１の検出手段１１と、動力伝達軸１の
第１測定点Ｓ１および第２測定点Ｓ２か所定の測定地点
を通過したことを非接触で検出する第２の検出手段１２
と、第１測定点Ｓ１および第２測定点Ｓ２か第２の検出
手段１２により検出された時間のズレ量Δｔを算出する
検出時間ズレ量算出手段３１と、検出時間ズレ量算出手
段３１により算出された検出時間のズレ量Δｔおよび第
１の検出手段１１により検出された第１測定点８１が所
定蓋だけ回転するのに要する時間ｔ１に基づき動力伝達
軸１の両側定点５ＩＳ２間のねじり角φを算出するねじ
り角算出手段４１と、ねじり角算出手段４１により算出
されたねじり角φに基づき動力伝達軸１に作用している
トルクＴを算出するトルク算出手段５１と、を備えた構
成であるので、回転機械の動力伝達軸１が運転中に伝達
しているトルクＴを非接触で容易に測定することかでき
る。

なお、上記実施例においては、第１．第２の検出手段１
１．１２を、スリット円板１３Ａ、１３Ｂ、第１．２の
検出部１４．１５等から！！４成したか、第４〜７図等
に示す如く、第１の検出手段１１を第１測定面２゜レー
ザ発光器１６．第１受光部１７および第２受光部１８等
から構成し、かつ第２の検出手段１２を第１測定面２．
第２測定面３、レーザ発光器１６．第１受光部１７．第
３受光部１９等から構成してもよい。

具体的には、第１測定面２は、第５図に示す如く、レー
ザ発光器１６からのレーザ光を第１、第２受光部１７．
１８に向けて反射可能なるように動力伝達軸１の第１測
定点Ｓ１に対応した部位に形成されている。また、第２
測定面３は、レーザ発光器１６からのレーザ光を第３受
光部１９に向けて反射可能なるように動力伝達軸１の第
２測定点Ｓ２に対応した部位に形成されている。

ここで、第１．第２受光部１７．１８は、レーザ発光器
１６から発せられたレーザ光をハーフミラ−２２１反射
ミラー２４および第１測定面２を介して入射可能なるよ
うに形成されている。さらに、第２受光部１８は、第６
図に示す如く、動力伝達軸１の軸心から距Ｍｒだけ離れ
かつ第１受光部１７から距１１１ｔ２・ｄだけ離れた位
置に設けられている。

一方、第３受光部１９は、レーザ発光器１６からのレー
ザ光をハーフミラ−２２１反射ミラー２５および第２測
定面３を介して入射可能なるように形成されている。な
お、第３受光部１９は、動力伝達軸１の軸心から距１ｌ
ｌｒだけ離れた位置に設けられている。

また、第１．２．３受光部１７．１８．１９は、レーザ
光か入射した場合には検出信号を制御手段１０に出力す
るように形成されている。

上記構成の第１．第２の検出手段１１．１２を有するト
ルク測定装置においては、動力伝達軸１が適宜回転され
ると、レーザ発光器１６から発せられたレーザ光は笛７
図に示す如く第１の測定面２から反射角θ２をもって反
射され第１受光部１７に入射され当該受光部１７から制
御手段１０に検出信号が出力される。続けて、動力伝達
軸ｌがθまだけ回転すると、レーザ発光器１６からのレ
ーザ光は第１測定面２から反射角θ３をもって反射され
第２受光部１８に入射され、当該受光部１８から検出信
号が制御手段１０に出力される。すると、制御手段１０
は、動力伝達軸１の第１測定点８１が所定角度（θ１）
回転するのに要する時間ｔ３を求める。

また、第２の検出手段１２により、動力伝達軸１の第１
測定点Ｓ１および第２測定点Ｓ２が所定の測定地点を通
過したことか非接触で検出される。

具体的には、第１測定面２．レーザ発光器１６および第
１受光部１７の協働により、動力伝達軸１の第１測定点
Ｓ１が所定の測定地点を通過したことが検出される。ま
た、第２測定面３．レーザ発光器１６および第３受光部
１９の協働により、第２測定点Ｓ２か測定地点を通過し
たことか非接触で検出される。

ここで、動力伝達軸１は、ねじられながら回転してトル
クＴを伝達しているので、第１測定点Ｓ１と第２測定点
Ｓ２とは第２の検出手段１２により時間的にズして検出
されることになる。そこで、制御手段１０は、検出時間
ズレ量算出手段３１を駆動して動力伝達軸１の第１．第
２の測定点Ｓｌ。

Ｓ２か検出された時間のズレ蓋Δｔ　（＝ｔ５−ｔ４）
を算出する。

ここで、ｔ５は測定結果に基づく第２測定点Ｓ２の第１
測定点Ｓ１に対する検出時間のズレ量である。また、ｔ
４は、トルク測定装置の機械的誤差を考慮した補正項で
、動力伝達軸１かトルクＴを伝達しない場合の第１の測
定点Ｓ１と第２の測定点Ｓ２との検出時間のズレ量であ
る。

次に、制御手段１０は、ねじり角算出手段４１を駆動し
て、前記第１ｍ定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との検出時間
のズレ量Δｔおよび第１′ａＪ定点８１が所定量θ１だ
け回転するのに要した時間ｔ３に基づき動力伝達軸１の
両側定点Ｓｌ、３２間のねじり角φを次式より算出する
。

すなわち、 φ／θ１＝Δｔ／ｌ　３より φ＝θ１・（Δｔ／ｌ　３　） 一方、第６，７図に示す動力伝達軸１および第１．２受
光部１７．１８の位置関係より、ｓｉｎ　（θ１／２）
＝ｄ／ｒ であるから、 θ１＝２−　ａｒｃ　ｓ　ｉ　ｎ　（ｄ／ｒ）したかっ
て、ねじり角φは、 φ＝０５＝２・ａｒｃｓｉｎ　（ｄ／ｒ）−（Δｔ／ｌ
　３　） となる。

こうして、動力伝達軸１の第１．第２測定点ＳＩ　　Ｓ
２間のねじり角φが算出されたところで、制御手段１０
はトルク算出手段５１を駆動して、動力伝達軸１に作用
するトルクＴを次式に基づき算出する。

すなわち、 Ｔ−φ・　（Ｇ−１ｐ）／Ｌ＝２・ａｒｃｓｉｎ（ｄ／
ｒ）　　・　（Δｔ／ｌ　　３　）「発明の効果］ 本発明によれば、動力伝達軸の第１測定点か所定まだけ
回転するのに要する時間を検出する第１の検出手段と、
動力伝達軸１の第１測定点および第２測定点か所定の測
定地点を通過したことを非接触で検出する第２の検出手
段と、第１測定点および第２測定点が第２の検出手段に
より検出された時間のズレを算出する検出時間ズレ量算
出手段と、検出時間ズレ量算出手段により算出された検
出時間のズレ量および第１の検出手段により検出された
第１測定点が所定量だけ回転するのに要する時間に基づ
き動力伝達軸の両測定点間のねじり角を算出するねじり
角算出手段と、ねじり角算出手段により算出されたねじ
り角に基づき動力伝達軸に作用しているトルクを算出す
るトルク算出手段と、を備えた構成であるので、回転機
械の動力伝達軸が運転中に伝達しているトルクを非接触
で容易に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す図で、第１図はプロ゛ンク
図、第２図は動力伝達軸と第１．第２の検出手段との位
置関係を示す斜視図、第３１１１はスリント円板を示す
図、第４図〜嬉７図は第１．第２の検出手段の変形例を
説明するための図、第８図〜第１０図はタイムチャート
である。 １・・・動力伝達軸、 １１・・・第１の検出手段、 １２・・・第２の検出手段、 ３１・・・検土時間ズレＩ！出手段− ４１・・・ムじつ角算出手段、 ５１・・・トルク算出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）動力伝達軸の所定箇所に設けられた第１測定点が
   所定量だけ回転するのに要する時間を検出する第１の検
   出手段と、 前記動力伝達軸の第１測定点および当該第１測定点より
   軸線に沿って所定距離だけ離れた第２測定点が所定の測
   定地点を通過したことを非接触で検出する第２の検出手
   段と、 前記動力伝達軸の第１測定点および第２測定点が前記第
   ２の検出手段により検出された時間のズレを算出する検
   出時間ズレ量算出手段と、 前記検出時間ズレ量算出手段により算出された検出時間
   のズレ量および前記第１の検出手段により検出された前
   記第１測定点が所定量だけ回転するのに要する時間に基
   づき前記動力伝達軸の両測定点間のねじり角を算出する
   ねじり角算出手段と、前記ねじり角算出手段により算出
   されたねじり角に基づき前記動力伝達軸に作用している
   トルクを算出するトルク算出手段と、を備えてなるトル
   ク測定装置。