JPH0429016B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0429016B2 JPH0429016B2 JP17318184A JP17318184A JPH0429016B2 JP H0429016 B2 JPH0429016 B2 JP H0429016B2 JP 17318184 A JP17318184 A JP 17318184A JP 17318184 A JP17318184 A JP 17318184A JP H0429016 B2 JPH0429016 B2 JP H0429016B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotating shaft
- rotating body
- rotating
- torque
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、回転軸と該回転軸に連結された回転
体との間に伝達されるトルクを検出するトルクセ
ンサに関する。
体との間に伝達されるトルクを検出するトルクセ
ンサに関する。
回転軸を備えた機械において、回転軸と該回転
軸に連結された回転体との間に伝達されるトルク
を検出することは、当該機械の望ましい制御を実
現させる上で重要である。
軸に連結された回転体との間に伝達されるトルク
を検出することは、当該機械の望ましい制御を実
現させる上で重要である。
従来、このようなトルクの検出に際して用いら
れるトルクセンサとしては、回転体との連結部分
における回転軸の外周面に、回転軸のねじれ変形
量を信号に変換する信号変換手段としてひずみゲ
ージを貼付け、回転体に付与されるトルクをこの
ひずみゲージにより検出するものが知られてい
る。
れるトルクセンサとしては、回転体との連結部分
における回転軸の外周面に、回転軸のねじれ変形
量を信号に変換する信号変換手段としてひずみゲ
ージを貼付け、回転体に付与されるトルクをこの
ひずみゲージにより検出するものが知られてい
る。
しかし、かかるひずみゲージを用いたトルクセ
ンサにあつては、ひずみゲージが回転軸と一体に
回転するため、ひずみゲージからの信号をスリツ
プリングやFM発振器などを介して外部に取出す
必要がある。そのため、例えばスリツプリングを
用いて信号を取出す場合は、スリツプリングによ
りノイズが発生し、信頼性に欠けるという不具合
があり、また、FM発振器を用いて信号を取出す
場合は、高価なトルクセンサになるという不具合
がある。
ンサにあつては、ひずみゲージが回転軸と一体に
回転するため、ひずみゲージからの信号をスリツ
プリングやFM発振器などを介して外部に取出す
必要がある。そのため、例えばスリツプリングを
用いて信号を取出す場合は、スリツプリングによ
りノイズが発生し、信頼性に欠けるという不具合
があり、また、FM発振器を用いて信号を取出す
場合は、高価なトルクセンサになるという不具合
がある。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を除
き、安価で故障の少ない非接触形のトルクセンサ
を提供するにある。
き、安価で故障の少ない非接触形のトルクセンサ
を提供するにある。
この目的を達成するために、本発明は、本体に
回転自在に支承された回転軸と、該回転軸に連結
された回転体との間に伝達されるトルクを検出す
るトルクセンサにおいて、前記回転体が、内部に
その回転中心から等距離に形成される内周面を持
つ空間部を有し、この回転体の回転中心と前記回
転軸の軸心とがほぼ一致するようにこれらの回転
体と回転軸とを配置し、一端が前記回転軸の外周
に接続され、他端が前記回転体の前記内周面に接
続される複数の斜平板を設け、この斜平板は、前
記回転軸に対して放射状に配置され、しかも該回
転体の軸心に対して所定角度傾斜させた互いに同
一形状からなり、前記本体に前記回転体のスラス
ト方向の変位を検出可能な非接触形の変位計を配
設し、前記トルクを前記回転体のスラスト方向変
位として該変位計により検出する構成にしてあ
る。
回転自在に支承された回転軸と、該回転軸に連結
された回転体との間に伝達されるトルクを検出す
るトルクセンサにおいて、前記回転体が、内部に
その回転中心から等距離に形成される内周面を持
つ空間部を有し、この回転体の回転中心と前記回
転軸の軸心とがほぼ一致するようにこれらの回転
体と回転軸とを配置し、一端が前記回転軸の外周
に接続され、他端が前記回転体の前記内周面に接
続される複数の斜平板を設け、この斜平板は、前
記回転軸に対して放射状に配置され、しかも該回
転体の軸心に対して所定角度傾斜させた互いに同
一形状からなり、前記本体に前記回転体のスラス
ト方向の変位を検出可能な非接触形の変位計を配
設し、前記トルクを前記回転体のスラスト方向変
位として該変位計により検出する構成にしてあ
る。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１図は本発明によるトルクセンサの概略構成
を示す断面図であつて、１は本体、２は回転軸、
３はプーリ、４は斜平板、５は変位計、６は軸受
である。
を示す断面図であつて、１は本体、２は回転軸、
３はプーリ、４は斜平板、５は変位計、６は軸受
である。
本体１には軸受６，６を介して回転軸２が回転
自在に支承されており、該回転軸２の一端（第１
図では右端）には図示しないがモータなどの回転
機の動力軸が連結されるようになつている。
自在に支承されており、該回転軸２の一端（第１
図では右端）には図示しないがモータなどの回転
機の動力軸が連結されるようになつている。
３は回転軸２によつて回転駆動される回転体、
例えばプーリであり、該プーリ３はその回転中心
が回転軸２の軸心とほぼ一致するように配置さ
れ、複数枚（実施例では３枚）の斜平板４を介し
て回転軸２の他端に結合され、プーリ３の外周面
に形成された凹溝３ａには図示しないがベルトな
どが掛合されるようになつている。なお、上述の
プーリ３は、その回転中心から等距離に形成され
る内周面を持つ空間部を有している。
例えばプーリであり、該プーリ３はその回転中心
が回転軸２の軸心とほぼ一致するように配置さ
れ、複数枚（実施例では３枚）の斜平板４を介し
て回転軸２の他端に結合され、プーリ３の外周面
に形成された凹溝３ａには図示しないがベルトな
どが掛合されるようになつている。なお、上述の
プーリ３は、その回転中心から等距離に形成され
る内周面を持つ空間部を有している。
前記斜平板４はいずれも回転軸２の軸心に対し
て所定角度θをもつて傾斜しており、それぞれの
両端は溶接やボルトなどの手段により回転軸２の
外周面とプーリ３の内周面とに強固に固着されて
いる。
て所定角度θをもつて傾斜しており、それぞれの
両端は溶接やボルトなどの手段により回転軸２の
外周面とプーリ３の内周面とに強固に固着されて
いる。
変位計５は磁気式あるいは光学式などの非接触
形変位計であり、該変位計５は検出部５ａがプー
リ３の端面と対向するように本体１に取付けら
れ、プーリ３のスラスト方向変位は変位計５によ
つて検出されるようになつている。
形変位計であり、該変位計５は検出部５ａがプー
リ３の端面と対向するように本体１に取付けら
れ、プーリ３のスラスト方向変位は変位計５によ
つて検出されるようになつている。
このように構成された一実施例において、今、
回転軸２が図示しない回転機によつて回転駆動さ
れ、回転軸２とプーリ３との間でトルクM0が伝
達されると、回転軸２に斜平板４を介して結合さ
れたプーリ３は、トルクM0の大きさに相応して
スラスト方向にδだけ微少量変位する。従つて、
該プーリ３のスラスト方向変位δを変位計５によ
つて測定することにより、回転軸２やプーリ３と
非接触の状態でトルクM0を検出することができ
る。
回転軸２が図示しない回転機によつて回転駆動さ
れ、回転軸２とプーリ３との間でトルクM0が伝
達されると、回転軸２に斜平板４を介して結合さ
れたプーリ３は、トルクM0の大きさに相応して
スラスト方向にδだけ微少量変位する。従つて、
該プーリ３のスラスト方向変位δを変位計５によ
つて測定することにより、回転軸２やプーリ３と
非接触の状態でトルクM0を検出することができ
る。
次に、かかる回転体（プーリ）３のスラスト方
向変位δとトルクM0との関係について、第２図
ないし第５図に示す原理図により説明する。
向変位δとトルクM0との関係について、第２図
ないし第５図に示す原理図により説明する。
第２図、第３図において、回転軸２と回転体３
とは、回転軸２の軸心に対して角度θ傾いたｎ枚
の斜平板４を介して結合されている。ここで、回
転軸２の半径をｒ、斜平板４の長さを、斜平板
４の幅をｂ、斜平板４の厚さをｔとし、回転軸２
と回転体３との間でトルクM0が伝達されると、
１枚の斜平板４には第４図に示すように、回転軸
２の軸心と直交する方向にM0／nrの力が作用し、こ の力M0／nrによつて斜平板４は板の薄肉方向に撓 む。
とは、回転軸２の軸心に対して角度θ傾いたｎ枚
の斜平板４を介して結合されている。ここで、回
転軸２の半径をｒ、斜平板４の長さを、斜平板
４の幅をｂ、斜平板４の厚さをｔとし、回転軸２
と回転体３との間でトルクM0が伝達されると、
１枚の斜平板４には第４図に示すように、回転軸
２の軸心と直交する方向にM0／nrの力が作用し、こ の力M0／nrによつて斜平板４は板の薄肉方向に撓 む。
第５図はこの時の斜平板４の撓み量を説明する
ためのもので、第４図に示す斜平板４を矢印Ａ方
向から見た図である。
ためのもので、第４図に示す斜平板４を矢印Ａ方
向から見た図である。
この第５図において、今、一端が完全固定さ
れ、他端が垂直な壁に規制されて滑動する一端完
全固定〜一端垂直滑動支点のはりを想定し、この
はりの滑動部に下向きにＷなる力が作用した場合
を考えると、滑動部からｘの距離にある点でのモ
ーメントＭは、 Ｍ＝−Wx＋M1 ……(1) となる（M1はｘ＝０での未知のモーメント）。
れ、他端が垂直な壁に規制されて滑動する一端完
全固定〜一端垂直滑動支点のはりを想定し、この
はりの滑動部に下向きにＷなる力が作用した場合
を考えると、滑動部からｘの距離にある点でのモ
ーメントＭは、 Ｍ＝−Wx＋M1 ……(1) となる（M1はｘ＝０での未知のモーメント）。
たわみをｖ、はり（すなわち斜平板４）の弾性
係数をＥ、はりの断面二次モーメントをとする
と、 d2v／dx2＝−Ｍ／EI＝１／EI（Wx−M1） ……(2) であるから、(2)式を積分してたわみ角dv／dxを求め ると、 dv／dx＝１／EI（Ｗ／２x2−M1x＋C1） ……(3) となる（ただしC1は定数）。たわみ角はｘ＝０の
点、およびはりの固定端（すなわちｘ＝）でと
もに０であるから、(3)式にｘ＝０を代入してC1
＝０が求められ、同じく(3)にｘ＝を代入してM1
＝Ｗ／２が求められる。
係数をＥ、はりの断面二次モーメントをとする
と、 d2v／dx2＝−Ｍ／EI＝１／EI（Wx−M1） ……(2) であるから、(2)式を積分してたわみ角dv／dxを求め ると、 dv／dx＝１／EI（Ｗ／２x2−M1x＋C1） ……(3) となる（ただしC1は定数）。たわみ角はｘ＝０の
点、およびはりの固定端（すなわちｘ＝）でと
もに０であるから、(3)式にｘ＝０を代入してC1
＝０が求められ、同じく(3)にｘ＝を代入してM1
＝Ｗ／２が求められる。
これらを(3)式に代入すると、
dv／dx＝１／EI（Ｗ／２x2−Ｗ／２ｘ）
＝Ｗ／2EI（x2−ｘ） ……(4)
となり、この(4)式を積分してたわみを求めると、
ｖ＝Ｗ／2EI（x2／３−／２x2＋C2） ……(5)
となる（ただしC2は定数）。
はりは右端で完全固定であるから、(5)において
ｘ＝でのｖはであり、 C2＝−3／３＋3／２＝3／６ ……(6) が求められる。従つて、これを(5)式に代入して、 ｖ＝Ｗ／2EI（x3／３−／２x2＋3／６）……(7
) 求められる。
ｘ＝でのｖはであり、 C2＝−3／３＋3／２＝3／６ ……(6) が求められる。従つて、これを(5)式に代入して、 ｖ＝Ｗ／2EI（x3／３−／２x2＋3／６）……(7
) 求められる。
この(7)式にｘ＝０を代入して、はりの滑動端部
のたわみ量v1求めると、 v1＝Ｗ3／12EI ……(8) となる。ここで、Ｗは斜平板４に作用する力M0／nr の斜平板４に垂直な方向の成分であるから、Ｗ＝
M0／nrcosθ8であり、また、斜平板４の断面形状は 長方形であるから、Ｉ＝bt3／12であり、これらを(8) 式に代入すると、 v1＝M0cosθ・3・12／nr・12E・bt3 ＝M0 3cosθ／Enrbt3 ……(9) となる。
のたわみ量v1求めると、 v1＝Ｗ3／12EI ……(8) となる。ここで、Ｗは斜平板４に作用する力M0／nr の斜平板４に垂直な方向の成分であるから、Ｗ＝
M0／nrcosθ8であり、また、斜平板４の断面形状は 長方形であるから、Ｉ＝bt3／12であり、これらを(8) 式に代入すると、 v1＝M0cosθ・3・12／nr・12E・bt3 ＝M0 3cosθ／Enrbt3 ……(9) となる。
回転体３は、はり（＝斜平板４）の滑動端部に
固着されているものと考えられるため、回転体３
のスラスト方向の変位量をδとすると、(9)式よ
り、 δ＝v1・sinθ＝M0 3cosθ／Enrbt3sinθ ＝M0 3sin2θ／2Enrbt3 ……(10) となる。この(10)式において、ｂ、ｔ、、ｒ、
Ｅ、ｎはいずれも既知であるから、回転体３のス
ラスト方向の変位量δを測定することにより、回
転軸２と回転体３との間に伝達されるトルクM0
を測定することができる。
固着されているものと考えられるため、回転体３
のスラスト方向の変位量をδとすると、(9)式よ
り、 δ＝v1・sinθ＝M0 3cosθ／Enrbt3sinθ ＝M0 3sin2θ／2Enrbt3 ……(10) となる。この(10)式において、ｂ、ｔ、、ｒ、
Ｅ、ｎはいずれも既知であるから、回転体３のス
ラスト方向の変位量δを測定することにより、回
転軸２と回転体３との間に伝達されるトルクM0
を測定することができる。
なお、上記実施例では斜平板４を３枚用いたも
のについて説明したが、斜平板４の枚数はこれに
限定されず、２枚以上あれば良い。
のについて説明したが、斜平板４の枚数はこれに
限定されず、２枚以上あれば良い。
また、上記実施例では回転体の一例としてプー
リ３を挙げたが、これの代りにチエーンのギヤや
歯車などをを回転体として用いることも可能であ
る。
リ３を挙げたが、これの代りにチエーンのギヤや
歯車などをを回転体として用いることも可能であ
る。
以上説明したように、本発明によれば、回転軸
と回転体との間に伝達されるトルクを、回転体の
スラスト方向の変位として非接触形の変位計で測
定することができるため、安価で故障が少なく信
頼性の高いトルクセンサを提供できる。
と回転体との間に伝達されるトルクを、回転体の
スラスト方向の変位として非接触形の変位計で測
定することができるため、安価で故障が少なく信
頼性の高いトルクセンサを提供できる。
第１図は本発明によるトルクセンサの概略構成
を示す断面図、第２図ないし第５図は本発明によ
るトルクセンサの基本原理を説明する原理図であ
り、第２図は検出部の断面図、第３図は検出部の
側面図、第４図は斜平板に作用する力と変位との
関係を示す説明図、第５図は斜平板のたわみ状態
を示す概念図である。 １……本体、２……回転軸、３……プーリ（回
転体）、４……斜平板、５……変位計、５ａ……
検出部、６……軸受。
を示す断面図、第２図ないし第５図は本発明によ
るトルクセンサの基本原理を説明する原理図であ
り、第２図は検出部の断面図、第３図は検出部の
側面図、第４図は斜平板に作用する力と変位との
関係を示す説明図、第５図は斜平板のたわみ状態
を示す概念図である。 １……本体、２……回転軸、３……プーリ（回
転体）、４……斜平板、５……変位計、５ａ……
検出部、６……軸受。
Claims (1)
- １ 本体に回転自在に支承された回転軸と、該回
転軸に連結された回転体との間に伝達されるトル
クを検出するトルクセンサにおいて、前記回転体
が、内部にその回転中心から等距離に形成される
内周面を持つ空間部を有し、この回転体の回転中
心と前記回転軸の軸心とがほぼ一致するようにこ
れらの回転体と回転軸とを配置し、一端が前記回
転軸の外周に接続され、他端が前記回転体の前記
内周面に接続される複数の斜平板を設け、この斜
平板は、前記回転軸に対して放射状に配置され、
しかも該回転体の軸心に対して所定角度傾斜させ
た互いに同一形状からなり、前記本体に前記回転
体のスラスト方向の変位を検出可能な非接触形の
変位計を配設し、前記トルクを前記回転体のスラ
スト方向変位として該変位計により検出すること
を特徴とするトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17318184A JPS6151534A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17318184A JPS6151534A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6151534A JPS6151534A (ja) | 1986-03-14 |
| JPH0429016B2 true JPH0429016B2 (ja) | 1992-05-15 |
Family
ID=15955589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17318184A Granted JPS6151534A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6151534A (ja) |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP17318184A patent/JPS6151534A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6151534A (ja) | 1986-03-14 |
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