JPH04505508A - 軸においてトルクおよび（または）回転角を測定するための測定装置 - 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】 軸においてトルクおよび（または） 回転角を測定するための測定装置 従来技術 本発明は請求項１の種類による測定装置から出発する。このような、ＥＰ−ＰＳ Ｏ１４４８０３から公知の測定装置ではトーション軸はねじりたわみ性の管とし て構成されている。この管は２つの部分から成り、これらは相対回動可能な滑嵌 めを介して互い結合されている。しかし無接触式の測定システムの調整はトーシ ョン管への取付は時に初めて可能である。したがってトーション軸の組込み時も しくは交換時に測定システムの角度位置かがきわめて厳密に調整されなければな らない。過負荷防止手段は設けられていない。更にここにはスリットを有するト ーション管が挙げられている。しかしこれによっては唯一の測定範囲内でしか測 定することができない。

発明の利点 それとは異なり請求項１の特徴を有する本発明による測定装置は、特に比較的小 さなトルクでは付加的なトーション軸を備えずにトーション管のみでもって測定 することができ、また付加的なトーション軸を使用する場合にはトーション軸の 交換時における測定システムの調整がもはや不要であるという利点を有している 。簡単な構成によってスリットまたは突起を用いてトーション管モしくはトーシ ョン軸のために過負荷防止を配慮することが可能である。更に唯一のトーション 管もしくは付加的なトーション軸でもって多段の測定範囲を検出することができ る。例えば開始範囲ではトーション管を特に軟（構成し、かつ後の、相対的に高 いトルク範囲では比較的高いねじり剛性を有するトーション管を設けることが可 能である。付加的な過負荷防止は両ねじり方向に有効に構成することができる。

中空軸内に付加的にもう１つの中実軸として構成されたトーション軸を組入れる と、軸のトーション直径の選択により所望の測定範囲を広い範囲に調整すること ができる。小さなトルクの範囲は中空軸によって特に厳密に検出することができ 、他方高いトルクの範囲は付加的なトーション軸を用いて検出することができる 。中空軸では測定範囲は自動的に切換えられ、したがって測定の間に付加的な手 段は不要ある。複数の測定範囲および過負荷防止を備えた構成も簡単な形式で実 施可能である。

従属請求項に挙げられた手段によれば請求項１に挙げられた特徴の有利な構成と 改善が可能である。

図面 本発明の実施例が図面に示されており、かつ以下において詳説される。図１はト ルクセンサの縦断面図、図２はトーション管の展開図、図３、図４はそれぞれト ーション管の別の実施例の図、図５は図４によるトーション管の構成においてト ルクＭｄないしは回転角αにわたる測定電圧の経過を示した図である。

実施例 図１にはトーション管が符号１０で示されており、トーション管はトルクを伝達 し、かつこれによりそれ自体の中で相対的に所定の長さ単位に関しても一定の角 度回転をする、すなわちねじられる。回転角の測定およびこれから得られる伝達 トルクの測定のためには無接触式の測定装置１１が用いられ、測定装置はトーシ ョン管１０に固定され、かつトーション管によって支持されている。図２から判 るようにトーション管１０は半径方向に複数の切欠１２を有している。切欠１２ 相互間に存在するウェブ１３，１４は異なる強度もしくは幅を有している。図２ を半径方向にみると、各広幅のウェブ１３は細いウェブ１４の後方に配置されて いる。広幅のウェブ１３内にはそれぞれトーション管１０の軸方向に対して約４ ５°の角度をなしてスリット１５が形成されている。スリット１５はウェブ１３ の全長のほぼ中央に存在している。

２つの軸受１６ａ、１６ｂを用いて定置のケーシング１７がトーション管１０に 支承されている。ケーシング１７は円筒形の管片の形を有し、かつ軸受１６ａ、 １６ｂの外リングと固定的に結合されている。定置のケーシング１７の役割は、 内側のほぼ中央にコイル体１．８を支持することであり、コイル体は測定装置１ １の少なくとも１つの、有利には２つの以上の測定コイル１９ａ、１９ｂを受容 している。

以下においていわゆるうず電流原理の利用下でのトルクの測定に関して説明され る。しかしトーション管１０の本発明による構成は多数の他の、このような測定 の実施に好適な測定システムでも使用することができる。本例では例えば２つの 互いに相対回動可能なボディの距離変化を適切な手段によって検出し得ることが 必要である。例えば誘導原理の使用が問題なく可能であり、それというのも２つ のスリーブ体の重なり状態の変化が直接誘導式に、または磁界の連結を介して検 出することができるからである。他の測定システムは例えば容量形、光学式、磁 歪式システムであってよく、またはトーション管の相対回動はひずみゲージ等を 用いても検出することができる。図１に示された実施例では測定に、有利にはう ず電流原理が使用され、ここでは互いに相対回動可能な両ボディが内側のスリッ トスリーブ２０と外側のスリットスリーブ２１として構成されている。両スリッ トスリーブ２０．２１は互いに離反せしめられ、できる限り軸受１６ａ、１６ｂ に近い所に配置された肉厚のフランジでもって固定的に、かつ移動不可能にトー ション管１０と結合されている。したがって２つの同心的に内外で係合したボデ ィが得られ、これらは周面にわたって、かつ長さにわたって分配されたスリット 、窓または切欠を有している。測定原理はＵＳ−ＰＳ−４３５６７３２に詳説さ れている。両測定コイル１９ａ、１９ｂに対して回転角に応じて異なるうず電流 の影響が得られ、その量はスリットスリーブ２０．２１のスリットの支配的な重 なり状態に依存する。うず電流は測定コイルのインピーダンスに作用するので、 相対的な回転角度に応じて測定コイル１９ａ、１９ｂで降下する電圧も変動する 。

トーション管１０を用いてトルクが伝達されると、狭い方のウェブ１４が低いト ルクではトーション管１０のねじり強さを規定する。ウェブ１３のスリット１５ は、このウェブ１３が小さなトルクではトーション管１０のねじり剛性に寄与し ないように構成されており、このことはウェブ１３の画部分１３ａ、１３ｂが接 触しないことを意味する。伝達されたトルク、したがってねじり角が所定値を上 回ると、ウェブ１３の部分１３ａと１３ｂが接触し、したがってトルクは今や付 加的にウェブ１３によって伝達される。ウェブ１３はこのウェブ１３のスリット １５の構成およびトーション管１０のジオメトリ形状に依存して過負荷防止機構 として、または第２の測定範囲として使用することができる。図３には連続する ウェブ１３内のスリット１５が互いに逆方向に形成されているので、トーション 管１０の両ねじり方向で過負荷防止または第２の測定範囲が可能である。

図２においてはウェブ１３の部分１３ａ、１３ｂが接触すると直ちに自動的に他 の、第２の測定範囲に切換えられる。ウェブ１３の相対的に大きな幅に基いてこ のウェブ１３により相対的に高いトルクを伝達することができる。図５にはウェ ブ１４によって伝達されたトルクに関して測定装置１１から発生せしめられた測 定信号Ｕが曲線区分３０として示されている。トルクがウェブ１３によって伝達 されると直ちに曲線区分３１の測定信号Ｕが得られる。したがって図２による構 成は２つの測定範囲でもって働く。すべてのウェブ１３のスリット１５が同一に 形成されている場合には、このトーション管は過負荷防止を持たない働きをする 。しかしウェブの１つとそのスリットを過負荷防止の１種として用いることがで きる。しかし種々の測定範囲に付加的に更に過負荷防止をトーション管１０に関 して設けたい場合には、図４による実施例にしたがって行うことができる。図２ の構成に付加的に突起３６がトーション管１０に形成された切欠３５内へ突入し ている。突起３６がトーション管１０のねじり方向に依存して切欠３５の壁に接 触すると、伝達可能な、最大のトルクが達成される。トーション管は実際にはも はや変形せず、かつ図５に示された、すなわち理想的、理論的な場合に不変の測 定信号Ｕでもって経過する水平の曲線区分３２が得られる。

トーション管１０のウェブの構成の仕方およびウェブ内のスリットの形状に応じ て種々の、所望の測定範囲が得られる。トーション管１０内へ中実軸として構成 されたトーション軸を付加的に組入れることによってこのトルクセンサの所望の 測定範囲を更に広い範囲内で調整することができる。図１に示された、うず電流 方法を用いての測定信号検出が特に有利である。この測定方法は最小の回転角、 したがってトルクの高い測定精度および高い解像での検出を可能にし、かつ大き な変更を要さずに高いトルクにおいて使用可能である。

図示の実施例は特に有利な、簡単な構成である。比較的複雑なジオノトリーもフ ライス、レーザ切断または腐食によってトーション管にコスト上有利に実現でき るので、これにより大きな面倒なく上記の図のものを任意に組合せることが可能 である。使用のジオメトリは所望の測定範囲もしくは過負荷防止に応じて製作可 能である。更により高い、またはより小さなねじり強さを持つ付加的な構成部材 または固定ストッパをトーション管領域に取付けることも考えられる。

ＦＩＧ、ム 要　約　書 トルクを測定するための測定装置がトーション管（１０）を有していて、このト ーション管に軸方向に切欠（１２）が形成されている。切欠（１２）間に存在す るウェブ（１３，１４）が異なる幅を有している。

広幅のウェブ（１３）にはスリット（１５）が形成されている。このために低い トルクではトルクは狭幅のウェブ（１４）のみによって伝達される。トルクが狭 幅のウェブ（１４）の剛性を上回ると、スリット（１５）が閉じられる、すなわ ち広幅のウェブ（１３）の両部材（１，３ａ、１３ｂ）は互いに接触する。これ により第２の測定範囲においてより高いトルクがウェブ（１３）によって伝達す ることができるか、またはウェブ（１３）の剛性が十分に高い場合にはウェブは 過負荷防止として使用することができる。更に切欠（３５）と突起（３６）を用 いて付加的な過負荷防止を配慮することも可能である。トルクセンサは特に簡単 に構成されており、かつ複数の測定範囲筒おいて、かつ過負荷防止を用いてトル クを検出することができる。

国際調査報告 国際ｙ４査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．測定システム（１１）を用いて定置の、または回転する軸でトルクおよび（ または）回転角を測定するための測定装置であって、ねじりわたみ性の管（１０ ）を備えており、この管が軸方向に延びた複数の切欠（１２）を有している形式 のものにおいて、管（１０）が異なる剛性を有するウエブ（１３，１４）を有し ており、かつ剛性の高い方のウエブ（１３）内にスリット（１５）が形成されて いてそのためにウエブ（１３）が２つの部分（１３ａ，１３ｂ）を有しているこ とを特徴とする、測定装置。
2. ２．相対的に高い剛性を有するウエブ（１３）が相対的に広幅のウエブとして形 成されており、かつ相対的に細いウエブ（１４）による所定のねじれ角が越えら れたとき広幅のウエブ（１３）の部分（１３ａ１３ｂ）が互いに接触して、その 結果広幅のウエブ（１３）の剛性に基いて管（１０）の過負荷防止が得られるよ になっている、請求項１記載の測定装置。
3. ３．相対的に細いウエブ（１４）による所定のねじれ角が越えられらときに広幅 のウエブ（１３）の部分（１３ａ，１３ｂ）が互いに接触し、その結果広幅のウ エブ（１３）の剛性に基いて管（１０）の付加的な測定範囲が得られるようにな っている、請求項１記載の測定装置。
4. ４．スリット（１５）が管（１０）の軸方向に対して角度およそ４５°を成して いる、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定装置。
5. ５．スリット（１５）が連続する広幅のウエブ（１３）において互いに逆方向を 向いている、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。
6. ６．管（１０）に切欠（３５）が存在しており、突起（３６）が切欠内へ突入し ている、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定装置。
7. ７．管（１０）内に中実軸として構成された、付加的なトーション軸が配置され ており、トーション軸が付加的な、機械的なねじり強さを管（１０）に加えてい る、請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置。
8. ８．２つの互いに相対回動可能なボデイ（２０，２１）が端部領域でもって管（ １０）に相対回動不能に固定されており、回転角またはトルクの測定のためにこ れら両ボデイ（２０，２１）の相対的な重なり面積がねじれ角とともに変化し、 かつ両ボデイ（２０，２１）の変化する相対的な重なり面積が少なくとも１つの 測定コイル（１９ａ，１９ｂ）において測定信号となる、請求項１から７までの いずれか１項記載の測定装置。
9. ９．ボディが互いに相対的に回動可能な、同心的に内外に支承された内側と外側 のスリットスリーブ（２０，２１）であり、スリットスリーブが互いに反対側の は端部でもって管（１０）に固定されている、請求項８記載の測定装置。