JPH05231968A - トルク検出装置 - Google Patents

トルク検出装置

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JPH05231968A
JPH05231968A JP7218892A JP7218892A JPH05231968A JP H05231968 A JPH05231968 A JP H05231968A JP 7218892 A JP7218892 A JP 7218892A JP 7218892 A JP7218892 A JP 7218892A JP H05231968 A JPH05231968 A JP H05231968A
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JP
Japan
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ring
output
shaft
outer ring
comparators
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JP7218892A
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English (en)
Inventor
Akira Miyata
陽 宮田
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Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
Ono Sokki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝達軸のトルクを検出する位相差式のトルク
検出装置において、軸の回転数の変化によってトルク
(位相差)のゼロ点が変化してしまうことのないように
する。 【構成】 検出歯車A1 ,A2 が回転することで、電磁
式検出器B1 ,B2 から正弦波信号が得られる。この正
弦波信号はコンパレータC1 ,C2 で、パルス信号に変
換される。コンパレータC1 及びC2 から得られるパル
ス信号はフリップフロップ1でそれらの位相差に対応し
た時間幅をもつ矩形波に変換される。変換された矩形波
信号は、ローパスフィルタ11で位相差に対応した電圧
信号に変換される。一方、コンパレータの出力(ここで
はC2 だがC1 でもよい)はF/V変換器13で回転周
波数に対応した電圧信号に変換される。この信号を受け
リニアライザ14では、予め設定されている回転数に対
する位相差信号の補正カーブにしたがった電圧信号を出
力する。この補正信号は、ローパスフィルタの出力信号
から減算器12で引き算され、回転数による誤差を補償
された信号を作り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転軸の伝達トルクに
比例する軸の捩り角を2つの交流電圧の位相差に変換し
て取出すトルク検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のものは、図6に示すよう
に間隔をおいて軸S上の2点に固定した外歯歯車状の内
円環である検出装置A1 ,A2 に生じる捩り角に対応し
た相対角変位を、それぞれの内円環A1 ,A2 と対向し
て配置した磁気回路により誘起される交流電圧の位相差
に変換するものであり、内円環A1 ,A2 と同心に配置
した内歯歯車状の外環体X1 ,X2 と、これら内円環A
1 ,A2 と外環体X1 ,X2 を磁束が通るように配置さ
れた磁石M1 ,M2 と、その磁路中に挿入された静止コ
イルよりなる電磁式検出器B1 ,B2 とからなる磁気回
路を持つものであり、内円環A1 ,A2 または外環体X
1 ,X2 の一方を回転させることにより、内円環A1
2 と外環体の対向歯面間の間隙を歯形に応じて周期的
に変化させ、それに応じて変化する磁束により静止コイ
ル(電磁式検出器、以下コイルと略す)B1 ,B2 に交
流電圧を誘起させるようになっている。したがって、誘
起された交流電圧は内円環A1 ,A2 と外環体X1 ,X
2 の相対回転数に比例した周波数になるが各交流電圧の
位相は対向する内円環A1 ,A2 と外環体X1 ,X2
歯の対向関係により定まることになる。
【0003】ここで、伝達トルクは両内円環A1 ,A2
の相対角変位、すなわち軸の捩り角に比例するから、2
つの外環体X1 ,X2 を連結体により一体化し、コイル
1,B2 の交流電圧の位相が内円環A1 ,A2 の角変
位のみによって変わるようにしてあり、したがって、両
交流電圧の位相差は、そのまま両内円環A1 ,A2 の相
対角変位、すなわちトルクに比例する。
【0004】図7は従来の位相差式のトルク検出装置の
回路ブロック図である。また、図8は図6に示す装置の
作動説明図である。
【0005】図7において、内円環である検出歯車A
1 ,A2 が回転すると、コイルよりなる電磁式検出器B
1 ,B2 から正弦波信号が得られる。この正弦波信号は
コンパレータC1 ,C2 において、図8に示すように誘
起電圧が0電位を通るごとにパルスP1 ,P2 を発生さ
せる。
【0006】したがって、P1 ,P2 の位相は、図8に
1 ,M2 で示すように無負荷時は実線の如く、負荷が
加われば破線のように移動する。そのパルスでアンドゲ
ート2を制御して、そこに水晶発振器5からの一定周波
数のクロックパルスを送り、周波数信号に変換する。こ
の周波数信号は、トルクの大きさを連続的に表したアナ
ログ信号であり、このアナログ信号は水晶発振器5より
得られるクロックパルスを基準として作られた周波数を
電圧に変換している。次に、この周波数をゲート3で、
ゲートコントローラ6を介して時間tの間計数すること
により、時間tの間の平均トルクがデジタル値として求
まる。
【0007】なお、7はゼロ設定器である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のト
ルク検出装置は、内円環からなる検出歯車とコイルから
なる電磁式検出器を用いた場合、無負荷時の位相差が軸
の回転数によって変化してしまう欠点がある。これは電
磁式検出器が交流発電機と等価であり、コイルと抵抗器
で構成されていることに起因する。軸の回転数が変化す
ると、それに伴い発電周波数が変化する。その周波数特
性は個々に微妙に異なる。この特性の差によって、コン
パレータでパルス変換されるタイミングが変わると位相
差の値に影響を与えることになる。この特性を例えば検
出歯車のピッチを変えるなど機械的に補正することは困
難であるという問題がある。
【0009】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたもので、軸の回転数の変化によって位相差すなわ
ち、トルクのゼロ点が変化してしまうことのないトルク
検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のトルク検出装置は基本的にはコンパレー
タのうちいずれか一方の出力を軸の回転数に対する電圧
信号に変換する変換器とリニアライザとを備えて軸の回
転数に対する補正電圧信号を作成する手段を設けて、加
算器を介して、この補正電圧信号を前記ローパスフィル
タの出力を補正する手段を設けたものであり、また、こ
の信号のデジタル処理系においてはコンパレータのうち
いずれか一方の出力を周期演算器と、メモリとを備え
て、前記カウンタの出力を補正する手段を設けた、もし
くは補正周波数発生器を設けて、前記周期演算器と減算
器とを補正する手段とを設けた構成を有するものであ
る。
【0011】
【作用】上記の構成を有することにより、軸の回転数の
変化によって電気信号の位相差のゼロの点すなわち、ト
ルクゼロの点が変化してしまうことがない。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例であるトルク検出装
置の電気信号変換系における主要構成を示すブロック図
であり、図5と同一符号は同一または相当の機能を有す
るものであるので説明は省略する。
【0013】図1において、1はフリップフロップ、1
1はローパスフィルタ、12は加算器、13は周波数−
電圧(F/V)変換器、14はリニアライザである。図
中、内円環である検出歯車A1 ,A2 が回転することに
より、静止コイルである電磁式検出器B1 ,B2 から正
弦波信号が得られる。この正弦波信号はコンパレータC
1 ,C2 でパルス信号に変換される。コンパレータC
1 ,C2 から得られるパルス信号はフリップフロップ1
でそれらの位相差に対応した時間幅をもつ矩形波に変換
される。変換された矩形波信号は、ローパスフィルタで
位相差に対応した電圧信号に変換される。
【0014】また一方、コンパレータC2 もしくはC1
のいずれか一方の出力は図1(b)に示すようにF/V
変換器13で回転周波数に対応した電圧信号に変換され
る。この電圧信号を受けリニアライザ14では、図1
(c)に示すように予め設定されている回転数に対する
位相差信号の補正カーブにしたがった電圧信号を出力す
る。この補正信号は、図1(d)に示すローパスフィル
タ11の出力信号に対して加算器12で加算され、図1
(e)に示す回転数による誤差を補償された信号を作り
出す。
【0015】また、図2は図1の実施例のF/V変換器
13をパルス周期から周波数を出力する周期演算器13
´に置き換えたものである。図2の動作に関しては図1
と同じであるので詳しい説明は省略する。
【0016】次に、図3は本発明の他の実施例であるト
ルク検出装置のデジタル処理系の主要構成を示すブロッ
ク図で、図1,図2及び図6と同一符号は同一または同
一の機能を有するものであるので説明は省略する。
【0017】図3において、コンパレータC1 ,C2
らのパルス信号(周期ti ,ti+1,・・・)はフリッ
プフロップ1でそれらの位相差に対応した時間幅tmi
mi+1,・・・をもつ矩形波信号に変換され、変換され
た矩形波信号はアンドゲート2を制御して、そこに水晶
発振器5からの一定周波数のクロックパルスを送り、周
波数信号に変換する。この周波数信号をゲート3で、ゲ
ートコントローラ6を介して所定時間t1 (ゲートコン
トローラ6からのパルス幅時間)計数することにより、
平均トルクがデジタル値として求まる。
【0018】補正については、フリップフロップ1の出
力から変換した周期演算器15の出力に対応した補正値
を補正周波数発生器16から引出し、カウンタ4で補正
演算を行う。なお、補正周波数発生器16内の補正値は
図1に示したアナログ系と同様に予め記憶させ、セット
しておく必要がある。
【0019】また、図4は変動トルク測定を目的とした
周波数方式の処理系を示した本発明の他の実施例であ
る。図4において、図1〜図3と同一符号は同一または
同一の機能を有するものであり、また、この動作に関し
ても図1〜図3に示したものと同様であるので詳しい説
明は省略するが、処理される信号が周波数信号となって
いる。図中、アンドゲート2の出力はtmi×fc(但
し、tmiは時間、その時のfcは周波数)として得られ
る。そして、加算器17では水晶発振器5,周期演算器
18,メモリ19からの信号を取込み、その出力は時間
幅t1 間の平均周波数Fmiと置換えられる。したがっ
て、補正周波数発生器21では回転周波数が1/ti
時の補正周波数fZ を与えればよく、加算器20ではF
mi−fZ としてトルクを補正することができる。
【0020】図5は変動トルク測定を目的とした変動ト
ルク演算方式の処理系である本発明のさらに他の実施例
を示す図である。この場合も、基本的な考え方は図1〜
図4の場合と同様であり、同一符号は同一または同一の
機能を有するものである。
【0021】図5において、アンドゲート2の出力は、
フリップフロップ1の出力t0i+tmiに対応したパルス
数であり、N0i+N miとなる。
【0022】また、レイトマルチプライア22はアンド
ゲート2の出力と周期演算器18の出力とから、(N0i
+Nmi)/t1を出力する。これをカウンタ4で計数す
ることにより、検出歯車の歯数分の1の周期でトルクを
知ることができる。その結果をD/Aコンパレータ24
を通してアナログ信号として出力を得る。
【0023】補正回路は、ROM22で回転周波数が瞬
時回転数1/t 1の時の補正値を出力し、その値をカウ
ンタ4へ与えるようにすれば良い。
【0024】なお、図1〜図5中、破線で囲んだ部分
は、本発明の特徴である軸の回転数の変化に対応して電
圧値を補正する補正回路部分を示したものである。
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば回
転数の変化によって位相差(トルク)のゼロ点が変化し
てしまうことがない。これは検出器の処理系に付加した
補正回路によるものであって、本来は、検出器の持つ周
波数特性を補正することが目的であるが、この補正機能
を積極的に用いると、トルク検出器を挿入した回転機械
が持つ摩擦トルクなどをキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるトルク検出装置の電気
信号変換系における主要構成を示すブロック図である。
【図2】図1の実施例のF/V変換器13をパルス周期
から周波数を出力する周期演算器13´に置き換えたも
のである。
【図3】本発明の他の実施例であるトルク検出装置のデ
ジタル処理系の主要構成を示すブロック図である。
【図4】変動トルク測定を目的とした周波数方式の処理
系を示した本発明の他の実施例である。
【図5】変動トルク測定を目的とした変動トルク演算方
式の処理系である本発明のさらに他の実施例を示す図で
ある。
【図6】従来のトルク検出装置の主要部の概略構成を示
す断面図である。
【図7】従来の位相差式のトルク検出装置の回路ブロッ
ク図である。
【図8】図6に示す装置の作動説明図である。
【符号の説明】
1 フリップフロップ 11 ローパスフィルタ 12 加算器 13 F/V変換器 14 リニアライザ A1 ,A2 検出歯車 B1 ,B2 電磁式検出器 C1 ,C2 コンパレータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 間隔をおいて軸上の2点に固定された外
    歯歯車状の内円環と、軸上またはケーシング内にベアリ
    ングを介して支承された連結体に固定され、前記各内円
    環と同心に配設された外環体あるいは機枠に固定自在に
    支承され、前記各内円環の外周の一部と外周が対向する
    外歯歯車状の外環体と、前記各内円環と外環体間にそれ
    ぞれ磁路を形成する磁石と、これら磁路中にそれぞれ挿
    入された静止コイルを有し、前記両静止コイルの各出力
    を、それぞれ基準電圧と比較するコンパレータと、これ
    らコンパレータの信号を矩形波に変換するフリップフロ
    ップと、このフリップフロップの出力を前記各静止コイ
    ルの位相差に対応した電圧信号に変換するローパスフィ
    ルタとからなるトルク検出装置において、前記コンパレ
    ータのうちいずれか一方の出力を軸の回転数に対する電
    圧信号に変換する変換器とリニアライザとを備えて軸の
    回転数に対する補正電圧信号を作成する手段を設け、さ
    らに、加算器を介して、この補正電圧信号を前記ローパ
    スフィルタの出力を補正する手段を設けたことを特徴と
    するトルク検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のコンパレータのうちのい
    ずれか一方の出力を軸の回転数に対する電圧信号に変換
    する変換器は、周波数−電圧変換器もしくは周期演算器
    であることを特徴とするトルク検出装置。
  3. 【請求項3】 間隔をおいて軸上の2点に固定された外
    歯歯車状の内円環と、軸上またはケーシング内にベアリ
    ングを介して支承された連結体に固定され、前記各内円
    環と同心に配設された外環体あるいは機枠に固定自在に
    支承され、前記各内円環の外周の一部と外周が対向する
    外歯歯車状の外環体と、前記各内円環と外環体間にそれ
    ぞれ磁路を形成する磁石と、これら磁路中にそれぞれ挿
    入された静止コイルを有し、前記両静止コイルの各出力
    を、それぞれ基準電圧と比較するコンパレータと、これ
    らコンパレータの信号を矩形波に変換するフリップフロ
    ップと、このフリップフロップの出力を周波数信号、さ
    らに電圧信号に変換する2つのアンドゲート回路と、基
    準信号発生器と、ゲートコントローラと、カウンタとを
    備えたトルク検出装置において、前記コンパレータのう
    ちいずれか一方の出力を周期演算器と、メモリとを備え
    て、前記カウンタの出力を補正する手段を設けたことを
    特徴とするトルク検出装置。
  4. 【請求項4】 間隔をおいて軸上の2点に固定された外
    歯歯車状の内円環と、軸上またはケーシング内にベアリ
    ングを介して支承された連結体に固定され、前記各内円
    環と同心に配設された外環体あるいは機枠に固定自在に
    支承され、前記各内円環の外周の一部と外周が対向する
    外歯歯車状の外環体と、前記各内円環と外環体間にそれ
    ぞれ磁路を形成する磁石と、これら磁路中にそれぞれ挿
    入された静止コイルを有し、前記両静止コイルの各出力
    を、それぞれ基準電圧と比較するコンパレータと、これ
    らコンパレータの信号を矩形波に変換するフリップフロ
    ップと、このフリップフロップの出力を周波数信号、さ
    らに電圧信号に変換するアンドゲート回路と、乗算器と
    減算器と周波数−電圧変換器と基準信号発生器と周期演
    算器とを備えたトルク検出装置において、補正周波数発
    生器を設けて、前記周期演算器と減算器とを補正する手
    段とを設けたことを特徴とするトルク検出装置。
  5. 【請求項5】 間隔をおいて軸上の2点に固定された外
    歯歯車状の内円環と、軸上またはケーシング内にベアリ
    ングを介して支承された連結体に固定され、前記格内円
    環と同心に配設された外環体あるいは機枠に固定自在に
    支承され、前記各内円環の外周の一部と外周が対向する
    外歯歯車状の外環体と、前記各内円環と外環体間にそれ
    ぞれ磁路を形成する磁石と、これら磁路中にそれぞれ挿
    入されるコンパレータと、これらコンパレータの信号を
    矩形波に変換するフリップフロップと、このフリップフ
    ロップの出力を周波数信号、さらに電圧信号に変換する
    アンドゲート回路と、レイトマルチプライアとカウンタ
    とデジタルアナログ変換器と基準信号発生器と周期演算
    器とを備えたトルク検出装置において、読取専用メモリ
    を設けて、前記カウンタの値を補正する手段とを設けた
    ことを特徴とするトルク検出装置。
JP7218892A 1992-02-24 1992-02-24 トルク検出装置 Pending JPH05231968A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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