JPH0495739A - 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、電気的なトルク測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の技術による電気的なトルク測定装置には、例えば
実公昭５４−３２５４７号公報に示されているようなも
のがある。

それは、被測定軸上に間隔をおいて固定し九二円環の面
外側により被測定軸にベアリングを介して環状ヨーク体
が支承され、環状ヨーク体には内円環側に突出させてコ
イルが固定され、ヨーク体上にベアリングを介して前記
外筒が支承され、外環体の面外側に位置して筒状永久磁
石が固定されている。コイルは、内円筒又は外円筒のい
ずれが回転しても静止状態にある。

そして、被測定軸、即ち内円環を静止状態にして、外筒
、即ち外円環を回転し、その結果左円環と右の円環対と
の間に位相差がある限り、両コイルに誘起される交流電
圧には位相差が生じる。

被測定軸に既知の負荷回転を加えた場合にも、未知の負
荷回転を加えた場合にも両コイルに誘起される交流電圧
にはそれにに応じた位相差が生じる。それらの負荷時の
夫々の位相差と被測定軸静止状態での位相差との各差か
ら既知のトルクを基準として未知のトルクを算出するの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来の技術によるトルク測定装置は、次のような
欠点がある。

（１）、外環体を機械的に回転駆動させるために、装置
自体の構造が大形化する。

（２）外環体を機械的に回転駆動させるために、外環体
を高速回転することが困難であり、その結果、被測定軸
の回転も高速にすることができず、高速回転範囲のトル
クを測定することができない。

（３）外環体と内環体との相対回転における磁束の変化
の位相差により被測定軸の捩じれを検出するのであるが
、内環体が外環体と反対方向に回転するときは磁束の変
化の検出−波数が高くなり測定が可能であるが、−同方
向に回転するときは検出周波数が減少し、特に相対速度
が低いと益々減少して、トルクを測定することができな
い。

（４）内環体が外環体と反対方向に回転するときは磁束
の変化の検出周波数が高くはなるが、その変化率が大き
くなり、位相差を検出する処理系回路の特性上の狂いが
生じ、広範囲に変化する回転数のトルクの正確なｍ途が
不可能である。

（５〕外環体が機械的に常時回転するので、その伝動機
構や軸受等の機械系の寿命が摩損により限定される。

（６）磁束の変化を検出するべく永久磁石を磁気回路に
組込んで発電きせる自己発電型においてエネルギを取出
すので、ブレーキ効果が生じる。

それは、高感度のトルク測定装置においては誤差どなっ
てしまう。

この発明は、上記の従来の技術のトルク測定装置の欠点
を除去したトルク測定装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によるトルク測定装置は１回転自在に支承され
た所定の回転数で回転駆動されるトーションバーと、ト
ーションバーの旋動側の端部に設けられ、回転方向に所
定ピッチで磁性体が非磁性体に対し形成された第１交番
磁性体部と、トーションバーの負荷側の端部に設けられ
た第１交番磁性体部と同様の第２交番磁性体部と、夫々
が第１交番磁性体部に対向して設けられ、トーションバ
ーの回転方向に所定ピッチで磁性体が非磁性体に対し形
成された固定側交番磁性体部を備え、対となった第１ヨ
ーク及び第２のヨークと、夫々が第２交番磁性体部に対
向して設けられ、トーションバーの回転方向に所定ピッ
チで磁性体が非磁性体に対し形成された固定側交番磁性
体部を備え、対となった第３ヨーク及び第４ヨークと、
各ヨークの夫々に密結合されて巻回された第１コイル及
び第２コイルとから構成され、対となった第１ヨークの
固定側交番磁性体部と第２ヨークの固定側交番磁性体と
は１／４ピッチずれ、同様に第３ヨークめ固定側交番磁
性体部と第４ヨークの固定側交番磁性体部も１／４ピッ
チず九ており、第１ヨークの第１コイルと第３ヨークの
第１コイルとが並列的に第１正弦波電圧電源に接続され
、第２ヨークの第１コイルと第４ヨークの第１コイルと
が並列的に第１正弦波電圧電源とは９０度位相がずれた
第・２正弦波電圧電源に接続され、第１ヨーク及び第２
ヨークの第２コイル同士並びに第３ヨー　り及び第４ヨ
ークの第２コイル同士は夫々直列的に処理回路に接続さ
れ、位相差信号を出力するようになっている。

〔作　　用〕

トーションバーの一端に回転動力源を結合し、他端に負
荷を結合して、トーションバーを所望の計測回転速度で
回転駆動する。

そして第１ヨークと第３ヨークの第１コイルに第１正弦
波電圧電源からＥａ＝Ｅｓｉｎωｔの励磁電流を、第２
ヨークと第４ヨークの第１コイルに第２正弦波電圧電源
から９０度位相がずれたＥｂ＝Ｅｃｏｓωｔの励磁電流
を夫々供給する。

すると、第１ヨークの第２コイルには正弦波電圧Ｅ（ｓ
ｉｎωｔＸｓｉｎＮθ、）が誘起され、第２ヨーク′の
第２コイルには正弦波電圧Ｅ　（ｃｏｓωｔ　Ｘ　ｃｏ
ｓＮθ、）が誘起され、両者に誘起された正弦波電圧が
加算されて、　Ｅ１＝Ｅｃｏｓ（ωを十Ｎθ１）の正弦
波電圧信号が得られる。

同様に、第３ヨークの第２コイルには正弦波電圧Ｅ（ｓ
ｉｎωｔＸｓｉｒｉＮθ２）が誘起され、第４ヨークの
第２コイルには正弦波電圧Ｅ　（ｃｏｓωｔ　Ｘ　ｃｏ
ｓＮθ２）が誘起され、両者に誘起された正弦波電圧が
加算されて、　Ｅ２＝Ｅｃｏｓ（ωを十Ｎθよ）の正弦
波電圧信号が得られる。

従って、位相差正弦波電圧信号Ｅｌ、Ｅ２から信号が処
理回路に入力され、トーションバーの捩じれ角φは、　
φ＝Ｎ（θ１＋θ２）として算出され。

更に捩じれ角φに基づいてトルクＴが算出されるのであ
る。

そこで、トーションバーの他端に既知数の負荷を結合し
て捩じれ角φ。を算出し、次に未知の負荷を結合して同
一回転速度のもとて同じく捩じれ角φを算出し、既知数
の負荷及び捩じれ角φ。を基準にして捩じれ角φから被
測定トルク量を算出する。

〔実　施　例〕

この発明の実施例を図面に従って説明する。

トルク測定装置において、トーションバーとして、適宜
回転自在に支承された回転軸ｌ（缶入はばね性の良好さ
から銅合金の丸棒が好ましい）の両端部には、同重数Ｎ
の磁気的外歯歯車２，３が嵌合固着乃至一体成形されて
おり１回転軸１の中間部は、縮径されて捩じり部４を形
成している。

磁気的外歯歯車、２，３は、磁性体から成る通常の歯車
状のものでもよいが１次のようにして構成されたものが
一層好ましい。

回転軸１、又は歯車基体が非磁性体の場合、回転軸１の
両端部の外周面に軸線方向の所定ピッチの溝を列設して
から、その両端部外周面にメツキ、又は溶射等により磁
性体の厚い被覆層を形成し。

それから、両端部外周面の山部が現われるまで被覆層を
研削して除去しすることにより、溝にのみ磁性体が充填
されたものが得られる。

又、回転軸１、又は歯車基体が磁性体の場合、上記のも
のとは磁性体・非磁性体の関係を逆にしただけで同様な
ものを得ることができる。

このようにして作製された磁気的歯車は、通常の歯車状
体より細ピッチが容易となり、しかも凹凸がないので、
高速回転においても空気抵抗が低く適切である。

磁気的外歯歯車２の外周を囲繞するように環状の第１ス
テータ５が設けられ、磁気的外歯歯車３の外周にも同様
に同一構造の第２ステータ６が設けられている。

トーションバーとしての回転軸１、特に捩じり部４は、
寸法及び物理的諸元が適宜定められて作製されである。

第１ステータ５（第２ステータ、６）について述べると
、第１ステータ５（第２ステータ６）は、ｌＫ接した一
対のヨーク７ａ、７ｂ（ヨーク５　ａ、　８　ｂ）にコ
イルが図示され後に述べるように巻かれて構成されてお
り、ヨーク７ａ、７ｂ（ヨーク８　ａ、　８　ｂ）の内
周面には、歯数Ｎの磁気的内歯歯車９．ａ、９ｂ（磁気
的内歯歯車１０ａ、１０ｂ）が形成されている。そして
、磁気的内歯歯車９ａ、９ｂの歯先円と磁気的外歯歯車
２の歯先円（磁気的内歯歯車１０ａ、１０ｂの歯先円と
磁気的外歯歯車３の歯先円）との間には微小間隔が維持
されている。・磁気的内歯歯車９ａと磁気的内歯歯車９
ｂとは、（磁気的内歯歯車１０ａと磁気的内歯歯車１０
ｂとは、）ｌ／４ピッチだけ位相がずらされている。

各ヨーク７ａ、７ｂ；８ａ、８ｂには、外周側コイルと
内周側コイルとが密接して巻回されている。ヨーク７ａ
の外周側コイルｌｌａとヨーク８ａの外周側コイル１２
ａとは並列的に同一の交流電源１３に接続され、ヨーク
７ｂの外周側コイルｌｌｂとヨーク８ｂの外周側コイル
１２ｂとは並列的に交流型ＩＪｆ１３とは位相が９０度
すれた同一交流電源１４に接続されている。

なお、上記の歯車上の１７４ピッチのずれは。

電気的には９０度の位相のずれに相当する。

ヨーク７ａの内周側コイル１５ａとヨーク７ｂの内周側
コイル１５ｂとは直列的に処理回路に接続され、ヨーク
８ａの内周側コイル１６ａとヨーク８ｂの内周側コイル
１６ｂとは直列的に処理回路に接続さ九ている。

上記の実施例の磁気的歯車は、回転軸１のガ周面に関連
しているが５例えば回転軸１の端面側における交番磁性
体とそ九に対向するヨークでもよし嘱。

上記のトルク測定装置の操作・作用について説明する。

回転軸１の一端に回転動力源を結合し、他端に負荷を結
合して、回転軸１を所望の計測回転速度で回転駆動する
。

そして外周側コイルｌｌａ、１２ａに交流電源１５ａか
ら正弦波電圧（Ｅａ＝Ｅｓｉｎωｔ）の励磁電流を、外
周側コイルｌｌｂ、１２ｂに交流電源１５ｂから９０度
位相がずれた正弦波電圧（Ｅｂ＝Ｅｃｏｓωｔ）の励磁
電流を夫々供給する。

すると、内周側コイル１５ａには正弦波電圧Ｅ（ｓｉｎ
ωｔ　Ｘ　ｓｉｎ　Ｎθ工）が誘起され、内周側コイル
１５ｂには正弦波電圧Ｅ　（ｃｏｓωｔ　Ｘ　ｃｏｓ　
Ｎθ□）が誘起され１両者に誘起された正弦波電圧が加
算されて、Ｅ１＝Ｅｃｏｓ（ωを十ＮＬ）の正弦波電圧
信号が得られる。

同様に、内周側コイル１６ａには正弦波電圧Ｅ（ｓｉｎ
　ωｔ　Ｘ　ｓｉｎ　ＮＯ３）が誘起され、内周側コイ
ル１６ｂには正弦波電圧１：　（ｅｏｓωｔ　Ｘ　ｃｏ
ｓ　ＮＯ３）が誘起され、両者に誘起された正弦波電圧
が加算されて、Ｅ２＝　Ｅｃｏｓ（ωｔ＋　Ｎ　ｆｌ、
）の正弦波電圧信号が得られ・る。

従って、位相差正弦波電圧信号Ｅｌ、Ｅ２から信号が処
理回路に入力され、捩じり部４の捩じれ角φは、　φ＝
Ｎ（θ１、＋θ、）として算出され、更に捩じれ角φに
基づいてトルクＴが算出されるのである。

そこで、回転軸１の他端に既知数の負荷を結合して捩じ
れ角φ、を算出し、次に未知の負荷を結合して同一回転
速度のもとで同じく捩じれ角φを算出し、既知数の負荷
及び捩じれ角φ。を基準にして捩じれ角φから被測定ト
ルク量が算出される。

（発明の効果） この発明によるトルク測定装置においては１機械的可動
部分が少ないので、装置の耐用期間が長い。

ステータが固定であるから機械構造を高精度にすること
ができるので、内磁魚釣外歯歯車状体の歯先間隔を狭く
することが可能であることから。

延いては、＊のピッチが細かくてもよいことになる。従
って、捩じれに関する電気約８力信号が大きくなるので
測定装置が高感度になると共に、／ｌｓ径の軸でも歯数
を多数設けることが可能となるので軸の慣性の低減を図
れ、装置の測定精度が高い。

又、水晶発振器等による電気的なリファレンス周波数を
用いることができるので、機械的な回転によるリファレ
ンス周波数の場合より遥かに測定精度が高い。更に電気
的に回転磁界を構成し、高周波数で信号を扱うのでトー
ン１ンバーの高速回転の場合や正逆回転の場合のトルク
測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施例におけるトルク測定装置の構
成図である。 に回転軸２，３：磁気的外歯歯車４：捩じり部５：第１
ステータ　　　　６：第２ステータ７ａ、７ｂ：８ａ、
８ｂ：ヨーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転自在に支承された所定の回転数で回転駆動されるト
   ーションバーと、トーションバーの駆動側の端部に設け
   られ、回転方向に所定ピッチで磁性体が非磁性体に対し
   形成された第１交番磁性体部と、トーションバーの負荷
   側の端部に設けられた第１交番磁性体部と同様の第２交
   番磁性体部と、夫々が第１交番磁性体部に対向して設け
   られ、トーションバーの回転方向に所定ピッチで磁性体
   が非磁性体に対し形成された固定側交番磁性体部を備え
   、対となった第１ヨーク及び第２のヨークと、夫々が第
   ２交番磁性体部に対向して説けられ、トーションバーの
   回転方向に所定ピッチで磁性体が非磁性体に対し形成さ
   れた固定側交番磁性体部を備え、対となった第３ヨーク
   及び第４ヨークと、各ヨークの夫々に密結合されて巻回
   された第１コイル及び第２コイルとから構成され、対と
   なった第１ヨークの固定側交番磁性体部と第２ヨークの
   固定側交番磁性体とは１／４ピッチずれ、同様に第３ヨ
   ークの固定側交番磁性体部と第４ヨークの固定側交番磁
   性体部も１／４ピッチずれており、第１ヨークの第１コ
   イルと第３ヨークの第１コイルとが並列的に第１正弦波
   電圧電源に接続され、第２ヨークの第１コイルと第４ヨ
   ークの第１コイルとが並列的に第１正弦波電圧電源とは
   ９０度位相がずれた第２正弦波電圧電源に接続され、第
   １ヨーク及び第２ヨークの第２コイル同士並びに第３ヨ
   ーク及び第４ヨークの第２コイル同士は夫々直列的に処
   理回路に接続され、位相差信号を出力するようになって
   いるトルク測定装置