JPH0547775B2 - - Google Patents
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- JPH0547775B2 JPH0547775B2 JP8350888A JP8350888A JPH0547775B2 JP H0547775 B2 JPH0547775 B2 JP H0547775B2 JP 8350888 A JP8350888 A JP 8350888A JP 8350888 A JP8350888 A JP 8350888A JP H0547775 B2 JPH0547775 B2 JP H0547775B2
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 26
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011295 pitch Substances 0.000 claims 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
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- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、動力伝達軸のねじれ角を位相差に変
換してトルクを求めるトルク測定装置に関する。
換してトルクを求めるトルク測定装置に関する。
従来の技術
この種のものとしては、特公昭41−65195号
「回転力測定装置」があり、これは軸方向に間隔
をおいて軸上に固着した外歯歯車状の凹凸体と対
向させて磁気ピツクアツプを配置し、軸の回転時
に各磁気ピツクアツプに生じる交流出力を取出す
ようにしたものである。こうすると、伝達トルク
に応じて軸がねじられるとそれに対応して２つの
凹凸体に軸周方向の相対変位が生じ、その結果、
前記二つの交流出力位相差が変化する。したがつ
て、その位相差を例えば位相差に対応したゲート
を形成し、そこにクロツクパルスを内挿させるよ
うにした位相差の演算部により測定することによ
りトルクが求められる。
「回転力測定装置」があり、これは軸方向に間隔
をおいて軸上に固着した外歯歯車状の凹凸体と対
向させて磁気ピツクアツプを配置し、軸の回転時
に各磁気ピツクアツプに生じる交流出力を取出す
ようにしたものである。こうすると、伝達トルク
に応じて軸がねじられるとそれに対応して２つの
凹凸体に軸周方向の相対変位が生じ、その結果、
前記二つの交流出力位相差が変化する。したがつ
て、その位相差を例えば位相差に対応したゲート
を形成し、そこにクロツクパルスを内挿させるよ
うにした位相差の演算部により測定することによ
りトルクが求められる。
しかしながら、これにおいては軸が回転しない
と交流出力の発生がない。したがつて、静止状態
での軸トルクの測定は不能であり、測定装置に校
正、すなわち零点チエツクやトルク−位相差変換
係数の決定に別手段を用いなければならないとい
う問題があつた。
と交流出力の発生がない。したがつて、静止状態
での軸トルクの測定は不能であり、測定装置に校
正、すなわち零点チエツクやトルク−位相差変換
係数の決定に別手段を用いなければならないとい
う問題があつた。
これを解決したのが、特公昭45−17999号「ト
ルク測定装置」である。これは前記磁気ピツクア
ツプの代りに内歯歯車およびその回動用モータ、
永久磁石、コイルを用いたものである。すなわ
ち、軸上に固着された外歯歯車状の凹凸体と同心
に内歯歯車を配置し、その内歯歯車はケース内に
ベアリングで回動自在に支承し、それをモータと
係合させて回動させると共に、永久磁石を配置し
てそれぞれの凹凸体と内歯歯車が磁路の一部とな
る磁気回路を形成し、その磁路を通る磁束変化に
よりコイルに出力が誘起されるようにしたもので
ある。こうすると、軸が静止していても、内歯歯
車の回動により凹凸体と内歯歯車の間の間隙が周
期的に変化し、そこを通る磁束が変化してコイル
には交流電圧が誘起されることになる。
ルク測定装置」である。これは前記磁気ピツクア
ツプの代りに内歯歯車およびその回動用モータ、
永久磁石、コイルを用いたものである。すなわ
ち、軸上に固着された外歯歯車状の凹凸体と同心
に内歯歯車を配置し、その内歯歯車はケース内に
ベアリングで回動自在に支承し、それをモータと
係合させて回動させると共に、永久磁石を配置し
てそれぞれの凹凸体と内歯歯車が磁路の一部とな
る磁気回路を形成し、その磁路を通る磁束変化に
よりコイルに出力が誘起されるようにしたもので
ある。こうすると、軸が静止していても、内歯歯
車の回動により凹凸体と内歯歯車の間の間隙が周
期的に変化し、そこを通る磁束が変化してコイル
には交流電圧が誘起されることになる。
しかしながら、これにおいては全体に大型化す
ることが避けられない。これを改善したのが、実
公昭54−32546号、および実公昭54−32547号の
「トルク測定装置」であり、これらでは、前記の
ケースを省き、内歯歯車上に回動自在に支承し、
かつコイルも軸上に支承することにより小型化が
行なわれている。
ることが避けられない。これを改善したのが、実
公昭54−32546号、および実公昭54−32547号の
「トルク測定装置」であり、これらでは、前記の
ケースを省き、内歯歯車上に回動自在に支承し、
かつコイルも軸上に支承することにより小型化が
行なわれている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、この種の磁気的な交流出力発生
手段においては、内歯歯車の回動が必須の要件で
あり、構造的に小型化には制約がある。また、例
えば、軸端からの要素の挿通が難しい実稼動軸や
特に船舶のプロペラ軸などのような大径軸に対し
ては、各要素を二つ割して軸上にて再度結合させ
ることになるが、精度を維持するには熟練が必要
であり、かつ作業性の低下も避けられないという
問題があつた。本発明は、軸が静止した状態でも
交流出力が得られ、かつ構造が小型、単純なトル
ク測定装置を提供することを目的とする。
手段においては、内歯歯車の回動が必須の要件で
あり、構造的に小型化には制約がある。また、例
えば、軸端からの要素の挿通が難しい実稼動軸や
特に船舶のプロペラ軸などのような大径軸に対し
ては、各要素を二つ割して軸上にて再度結合させ
ることになるが、精度を維持するには熟練が必要
であり、かつ作業性の低下も避けられないという
問題があつた。本発明は、軸が静止した状態でも
交流出力が得られ、かつ構造が小型、単純なトル
ク測定装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
上記目的を達成するめに、本発明は交流出力の
発生手段を、それぞれ凹凸体と対向させた４つの
コイル体からなる検出ヘツドとその信号変換部に
より構成し、それから取出される交流出力を用い
てトルクを求めるものである。
発生手段を、それぞれ凹凸体と対向させた４つの
コイル体からなる検出ヘツドとその信号変換部に
より構成し、それから取出される交流出力を用い
てトルクを求めるものである。
すなわち、本発明は、軸方向に間隔をおいて軸
上に固着した歯状の凹凸体と、その各凹凸体と対
向して配置され、その凹凸ピツチの（1/4＋ｎ）
ピツチだけ［但し、ｎは０，１，……，整数］相
互にずらして配置された第１〜４のコイル体を有
する検出ヘツドと、その各検出ヘツドに対してそ
の第１〜４のコイル体に相互に90度位相差の正弦
波状の励磁信号を供給すると共に第１〜４のコイ
ル体のインピーダンス変化に対応した出力の和を
取出す信号変換部と、その各検出ヘツドに対する
信号変換部からの２つの出力の位相差の演算部と
からなるものである。
上に固着した歯状の凹凸体と、その各凹凸体と対
向して配置され、その凹凸ピツチの（1/4＋ｎ）
ピツチだけ［但し、ｎは０，１，……，整数］相
互にずらして配置された第１〜４のコイル体を有
する検出ヘツドと、その各検出ヘツドに対してそ
の第１〜４のコイル体に相互に90度位相差の正弦
波状の励磁信号を供給すると共に第１〜４のコイ
ル体のインピーダンス変化に対応した出力の和を
取出す信号変換部と、その各検出ヘツドに対する
信号変換部からの２つの出力の位相差の演算部と
からなるものである。
これにおいて、信号変換部から取出される交流
出力の周波数は、後述するように励磁信号の周波
数と同じとなり、したがつて、それら二つの交流
出力に基づいて算出されるトルクに対応した位相
差もその周期ごとに得られる。しかして、励磁信
号の最適な周波数（歪のない交流出力が得られ
る）は、凹凸体および検出ヘツドのコイル体の形
状寸法、材質に基づき、ある範囲に定まるもので
あり、このため、トルクの測定周期もこれにより
定まる。これに対し、励磁周波数とは独立に任意
の周波数の光流出力を取出すには、上記の信号変
換部の代わりに各検出ヘツドに対してその第１と
第２、第３と第４のコイル体群に相互に180度位
相差の正弦波状の励磁信号を供給すると共に第１
と第３、第２と第４のコイル体のインピーダンス
変化に対応した出力のそれぞれの和の出力を取出
す第１の信号変換部と、その第１の信号変換部の
各出力を前記励磁信号と同期させて検波回路で検
波すると共に、その各検波出力に相互に90度位相
差の搬送波を乗算器で乗算し、その両乗算出力を
加算する第２の信号変換部とにより構成すればよ
い。
出力の周波数は、後述するように励磁信号の周波
数と同じとなり、したがつて、それら二つの交流
出力に基づいて算出されるトルクに対応した位相
差もその周期ごとに得られる。しかして、励磁信
号の最適な周波数（歪のない交流出力が得られ
る）は、凹凸体および検出ヘツドのコイル体の形
状寸法、材質に基づき、ある範囲に定まるもので
あり、このため、トルクの測定周期もこれにより
定まる。これに対し、励磁周波数とは独立に任意
の周波数の光流出力を取出すには、上記の信号変
換部の代わりに各検出ヘツドに対してその第１と
第２、第３と第４のコイル体群に相互に180度位
相差の正弦波状の励磁信号を供給すると共に第１
と第３、第２と第４のコイル体のインピーダンス
変化に対応した出力のそれぞれの和の出力を取出
す第１の信号変換部と、その第１の信号変換部の
各出力を前記励磁信号と同期させて検波回路で検
波すると共に、その各検波出力に相互に90度位相
差の搬送波を乗算器で乗算し、その両乗算出力を
加算する第２の信号変換部とにより構成すればよ
い。
これらの発明において、凹凸体としては周面に
凹凸を形成した平歯車状のもの、あるいは周辺に
凹凸を形成したフエース歯車等が好適であり、そ
の凹凸と検出ヘツドとが対向させられる。
凹凸を形成した平歯車状のもの、あるいは周辺に
凹凸を形成したフエース歯車等が好適であり、そ
の凹凸と検出ヘツドとが対向させられる。
その検出ヘツドは、軸とは独立に静止体上に配
置して凹凸体と対向させればよいが、軸がラジア
ル方向に変動する場合には、検出ヘツドを軸上に
ベアリングを介して支承させるか、あるいは検出
ヘツドを軸周面と回転ローラを介して弾接し、検
出ヘツドと凹凸体間に相対変位が生じるのを防止
させてもよい。また、軸がスラスト方向に変動す
る場合には、検出ヘツドを移動制御手段と係合さ
せ、凹凸体と検出ヘツド間に軸方向相対変位の生
じるの防止させてもよい。また、上記の検出ヘツ
ドは両脚部の間隔が凹凸ピツチと等しいΠ状のコ
アにコイルを巻装してなるもの、あるいは凹凸体
ピツチと同一ピツチの矩形状コイルを用いるとよ
く、前者は比較低周波数で励磁させる場合に、ま
た後者は比較的高周波数で励磁させる場合に適し
ている。また、検出ヘツドは、各凹凸体の周囲に
複数個配列し、それぞれの凹凸体に対する同位相
位置に配列のコイル体の出力を合成するか、信号
変換部出力の合成出力を形成することにより、凹
凸体のピツチ誤差を補償させると効果的であり、
特に検出ヘツドを矩形状コイル体により構成した
ものにおいては、それを全周にわたつて配置する
と誤差補償に効果的である。
置して凹凸体と対向させればよいが、軸がラジア
ル方向に変動する場合には、検出ヘツドを軸上に
ベアリングを介して支承させるか、あるいは検出
ヘツドを軸周面と回転ローラを介して弾接し、検
出ヘツドと凹凸体間に相対変位が生じるのを防止
させてもよい。また、軸がスラスト方向に変動す
る場合には、検出ヘツドを移動制御手段と係合さ
せ、凹凸体と検出ヘツド間に軸方向相対変位の生
じるの防止させてもよい。また、上記の検出ヘツ
ドは両脚部の間隔が凹凸ピツチと等しいΠ状のコ
アにコイルを巻装してなるもの、あるいは凹凸体
ピツチと同一ピツチの矩形状コイルを用いるとよ
く、前者は比較低周波数で励磁させる場合に、ま
た後者は比較的高周波数で励磁させる場合に適し
ている。また、検出ヘツドは、各凹凸体の周囲に
複数個配列し、それぞれの凹凸体に対する同位相
位置に配列のコイル体の出力を合成するか、信号
変換部出力の合成出力を形成することにより、凹
凸体のピツチ誤差を補償させると効果的であり、
特に検出ヘツドを矩形状コイル体により構成した
ものにおいては、それを全周にわたつて配置する
と誤差補償に効果的である。
作 用
以上のものにおいて、いま、検出ヘツドの第１
のコイル体が凹凸体の凸部と対向している状態
（コイル体がコアを有するものにあつては、その
各脚部が凸部と対向し、矩形状コイルにあつては
その往復の線材が各対応する凸部と対向）を基準
位置にとり説明する。いま、凹凸体に対する第１
のコイル体の初期位置が基準位置から角度ｘ（こ
れを電気角λとして表わすと、凹凸ピツチ角をｐ
とおいて、2πx／ｐがλとなる）だけずれた位置
にあり、この位置から軸が角速度ｎ（rad／ｓ）
（これを角周波数fnとして表わすと、2πn／ｐがfn
となる）で回動すると、第１〜４のコイル体のイ
ンピーダンスz1〜z4は、係数をＢ，Ｃとおいて次
のように変化する。
のコイル体が凹凸体の凸部と対向している状態
（コイル体がコアを有するものにあつては、その
各脚部が凸部と対向し、矩形状コイルにあつては
その往復の線材が各対応する凸部と対向）を基準
位置にとり説明する。いま、凹凸体に対する第１
のコイル体の初期位置が基準位置から角度ｘ（こ
れを電気角λとして表わすと、凹凸ピツチ角をｐ
とおいて、2πx／ｐがλとなる）だけずれた位置
にあり、この位置から軸が角速度ｎ（rad／ｓ）
（これを角周波数fnとして表わすと、2πn／ｐがfn
となる）で回動すると、第１〜４のコイル体のイ
ンピーダンスz1〜z4は、係数をＢ，Ｃとおいて次
のように変化する。
z1＝Ｂ｛Ｃ＋cos（fnt＋λ）｝sinωt
z2＝Ｂ｛Ｃ＋sin（fnt＋λ）｝cosωt
z3＝Ｂ｛Ｃ−cos（fnt＋λ）｝（−sinωt）
z4＝Ｂ｛Ｃ−sin（fnt＋λ）｝（−cosωt） (1)
したがつて、各コイル体からの交流出力は、上
記(1)式に比例（その変換係数をＤとおく）したも
のとなり、それらの和の出力eRは次のようにな
る。
記(1)式に比例（その変換係数をＤとおく）したも
のとなり、それらの和の出力eRは次のようにな
る。
eR＝2BDsin（ωt＋fnt＋λ）
＝ARsin｛（ω＋fn）ｔ＋λ｝ (2)
ここにAR＝2BD
同様に、他方の凹凸体と検出ヘツドにおいても
各コイル体からはそれぞれのインピーダンスに対
応した交流出力が取出され、次のようなその和の
出力eLが形成される。
各コイル体からはそれぞれのインピーダンスに対
応した交流出力が取出され、次のようなその和の
出力eLが形成される。
eL＝ALsin｛（ω＋fn）ｔ＋λ｝ (3)
そして、軸が伝達トルクによりねじられ、二つ
の凹凸体間に相対的なねじれ角αが生じると、そ
れに応じて凹凸体の凹凸と検出ヘツドのコイル体
との位置関係がずれ、前記の和の出力eR，eL，の
間にαに対応した位相差φ（＝2πα／Ｐ）が生じ
る。すなわちeRを基準にすると、ねじれ角αが生
じた場合のeLは次のようになる。
の凹凸体間に相対的なねじれ角αが生じると、そ
れに応じて凹凸体の凹凸と検出ヘツドのコイル体
との位置関係がずれ、前記の和の出力eR，eL，の
間にαに対応した位相差φ（＝2πα／Ｐ）が生じ
る。すなわちeRを基準にすると、ねじれ角αが生
じた場合のeLは次のようになる。
eL＝ALsin｛（ω＋fn）ｔ＋λ＋φ｝ (3)′
したがつて、この両出力eR，eL間の位相差を位
相差演算部により演算することにより、位相に比
例するトルクが求められる。
相差演算部により演算することにより、位相に比
例するトルクが求められる。
以上は、軸が回転中のトルクを求める場合であ
るが、例えば校正試験時のように軸を静止させ、
その静止軸に既知のトルクを加える場合は、上記
(2)、(3)(3)′式におけるfnが零となる出力eR，eLが
取出せることになり、その位相差とトルクの関係
を求めることにより校正が行なわれる。
るが、例えば校正試験時のように軸を静止させ、
その静止軸に既知のトルクを加える場合は、上記
(2)、(3)(3)′式におけるfnが零となる出力eR，eLが
取出せることになり、その位相差とトルクの関係
を求めることにより校正が行なわれる。
次に、励磁信号の周波数とは独立に任意の周波
数の交流出力を取出すものにおいては、第１の信
号変換部から検出ヘツドの第１と第２、第３と第
４のコイル体群に対し、相互に180度位相差の励
磁信号sinωt，−sinωtが供給され、その結果、第
１〜４のコイル体のインピーダンスz1′〜z4′が次
のように変化する。尚、各係数は前記式(1)と同様
である。
数の交流出力を取出すものにおいては、第１の信
号変換部から検出ヘツドの第１と第２、第３と第
４のコイル体群に対し、相互に180度位相差の励
磁信号sinωt，−sinωtが供給され、その結果、第
１〜４のコイル体のインピーダンスz1′〜z4′が次
のように変化する。尚、各係数は前記式(1)と同様
である。
z1′＝Ｂ｛Ｃ＋cos（fnt＋λ）｝sinωt
z2′＝Ｂ｛Ｃ＋sin（fnt＋λ）｝sinωt
z3′＝Ｂ｛Ｃ−cos（fnt＋λ）｝（−sinωt）
z4′＝Ｂ｛Ｃ−sin（fnt＋λ）｝（−sinωt） (4)
そして、それぞれの第１と第３、第２と第４の
コイル体の出力の和ER1，ER2が取出される。尚、
Ｄは前記式(2)と同様の変換係数である。
コイル体の出力の和ER1，ER2が取出される。尚、
Ｄは前記式(2)と同様の変換係数である。
ER1＝2BDcos（fnt＋λ）sinωt
＝ARcos（fnt＋λ）sinωt
ER2＝2BDsin（fnt＋λ）sinωt
＝ARsin（fnt＋λ）sinωt (5)
次に、このER1，ER2は第２の信号変換部に送ら
れ、励磁信号sinωtと周期検波されて検波出力
ER1′，ER2′、すなわち ER1′＝ARcos（fnt＋λ） ER2′＝ARsin（fnt＋λ） (6) が取出され、続いて第２の信号変換部内の乗算器
によりそれに適宜の角周波数θを有し、相互に90
度位相差の搬送波が乗算された後、その両乗算出
力の加算が行なわれる。すなわち、その加算出力
をERとおくと、次のようになる。
れ、励磁信号sinωtと周期検波されて検波出力
ER1′，ER2′、すなわち ER1′＝ARcos（fnt＋λ） ER2′＝ARsin（fnt＋λ） (6) が取出され、続いて第２の信号変換部内の乗算器
によりそれに適宜の角周波数θを有し、相互に90
度位相差の搬送波が乗算された後、その両乗算出
力の加算が行なわれる。すなわち、その加算出力
をERとおくと、次のようになる。
ER＝ER1′sinθt＋ER2′cosθt
＝ARsin｛（θ＋fn）ｔ＋λ｝ (7)
同様に、他方の凹凸体と検出ヘツドにおいても
各コイル体からはそれぞれのインピーダンスに対
応した交流出力が取出され、前記と同様にして加
算出力ELが得られる。
各コイル体からはそれぞれのインピーダンスに対
応した交流出力が取出され、前記と同様にして加
算出力ELが得られる。
EL＝ALsin｛（θ＋fn）ｔ＋λ｝ (8)
この式(7)、(8)に示す出力ER，ELと前記式(2)、
(3)に示すeR，eLとを比較すれば明らかなように
ER，ELはeR，eLの角周波数を励磁信号のωから適
宜に選択可念なθとしたものであり、結局、これ
においては励磁信号とは独立に位相差を求める周
期の選択が行なえることになる。
(3)に示すeR，eLとを比較すれば明らかなように
ER，ELはeR，eLの角周波数を励磁信号のωから適
宜に選択可念なθとしたものであり、結局、これ
においては励磁信号とは独立に位相差を求める周
期の選択が行なえることになる。
実施例
本発明の機械的な構造部分の実施例を示す第１
図において、トルクを伝達する軸３上に間隔を隔
てて平歯車１，２が固着され、その歯車１，２の
両外側で軸受４，５により軸３上に筒形の筺体が
支承され、前記歯車１，２の外周面と対向する筺
体６の内周面にはそれぞれ検出ヘツド１０，２０
が一体的に固定されている。
図において、トルクを伝達する軸３上に間隔を隔
てて平歯車１，２が固着され、その歯車１，２の
両外側で軸受４，５により軸３上に筒形の筺体が
支承され、前記歯車１，２の外周面と対向する筺
体６の内周面にはそれぞれ検出ヘツド１０，２０
が一体的に固定されている。
その一方の検出ヘツド１０の詳細を示す第２図
において、イは歯車１の周面（但し、歯は図示さ
れていない）と検出ヘツド１０の第１〜第４のコ
イル体L1〜L4との対向関係を、ロはそれと直交
する歯車の周辺方向からみた対向関係を示してい
る。第１〜第４のコイル体L1〜L4はフレキシブ
ルプリント基板上に形成された矩形状のコイルか
らなり、そのつづら折りピツチは歯車１の歯ピツ
チと同一で、相互はその歯ピツチの1/4ずつずら
して配置されている。また、他方の検出ヘツド２
０もその第１〜第４のコイル体L5〜L8（図示され
ていない）が同様に配置され、歯車２と対向させ
られている。
において、イは歯車１の周面（但し、歯は図示さ
れていない）と検出ヘツド１０の第１〜第４のコ
イル体L1〜L4との対向関係を、ロはそれと直交
する歯車の周辺方向からみた対向関係を示してい
る。第１〜第４のコイル体L1〜L4はフレキシブ
ルプリント基板上に形成された矩形状のコイルか
らなり、そのつづら折りピツチは歯車１の歯ピツ
チと同一で、相互はその歯ピツチの1/4ずつずら
して配置されている。また、他方の検出ヘツド２
０もその第１〜第４のコイル体L5〜L8（図示され
ていない）が同様に配置され、歯車２と対向させ
られている。
第３図は、上記の各検出ヘツド１０，２０のコ
イル体L1〜L4、L5〜L8に相互に90度位相差の正
弦波状の励磁信号を供給すると共に、そのインピ
ーダンス変化に対応した出力の和をそれぞれの検
出ヘツド１０，２０ごとに取出す信号変換部１０
０およびその二つの和の出力位相差を演算する位
相差演算部のブロツク線図である。
イル体L1〜L4、L5〜L8に相互に90度位相差の正
弦波状の励磁信号を供給すると共に、そのインピ
ーダンス変化に対応した出力の和をそれぞれの検
出ヘツド１０，２０ごとに取出す信号変換部１０
０およびその二つの和の出力位相差を演算する位
相差演算部のブロツク線図である。
図において、前記第２図と同番号を付したコイ
ル体L1〜L4、L5〜L8は第２図と同様のものであ
り、それぞれには、発振器１０１（位相演算部と
共用）のクロツクパルスに基づいて、サイン波、
コサイン波発生器１０２で形成された励磁信号
sinωt，coωt、それにインバータ１０３〜１０６
を介して反転した励磁信号−sinωt，−cosωtが順
次供給されている。そして、そのコイル体L1〜
L4、L5〜L8は、180度ずれた配置位置どうしのも
の、すなわちL1とL3、L2とL4、L5とL7、L6とL8
とを対として加算結線され、それぞれ各対応する
差動振幅器１１１，１１２，１２１，１２２を介
して各対のインピーダンスに対応した出力の和が
取付され、さらにその差動増幅器１１１と１１
２、１２１と１２２の出力は、各対応するそれぞ
れの加算器１１０，１２０により加算されて取出
される。
ル体L1〜L4、L5〜L8は第２図と同様のものであ
り、それぞれには、発振器１０１（位相演算部と
共用）のクロツクパルスに基づいて、サイン波、
コサイン波発生器１０２で形成された励磁信号
sinωt，coωt、それにインバータ１０３〜１０６
を介して反転した励磁信号−sinωt，−cosωtが順
次供給されている。そして、そのコイル体L1〜
L4、L5〜L8は、180度ずれた配置位置どうしのも
の、すなわちL1とL3、L2とL4、L5とL7、L6とL8
とを対として加算結線され、それぞれ各対応する
差動振幅器１１１，１１２，１２１，１２２を介
して各対のインピーダンスに対応した出力の和が
取付され、さらにその差動増幅器１１１と１１
２、１２１と１２２の出力は、各対応するそれぞ
れの加算器１１０，１２０により加算されて取出
される。
この結果、前記と同様に、基準位置に対してそ
れぞれ第１の検出ヘツド１０の第１のコイル体
L1、第２の検出ヘツド２０の第１のコイル体L5
が電気角にてλだけずれた初期位置から軸３が角
速度ｎ（rad／ｓ）で回転すると、差動増幅器１
１１（１２１）、１１２（１２２）からは、それ
ぞれ2BDcos（fnt＋λ）sinωt、2BDsin（fnt＋λ）
cosωt［各記号は前記と同様］が取出され、それ
がさらに加算器１１０，１２０により加算され、
それぞれ前記式(2)、(3)に示す出力eR，eLが形成さ
れる。そして、軸３がトルクによりねじられる
と、前記出力eLは、eRに対して式(3)′に示すよう
にねじれに比例した位相変化φを生じる。
れぞれ第１の検出ヘツド１０の第１のコイル体
L1、第２の検出ヘツド２０の第１のコイル体L5
が電気角にてλだけずれた初期位置から軸３が角
速度ｎ（rad／ｓ）で回転すると、差動増幅器１
１１（１２１）、１１２（１２２）からは、それ
ぞれ2BDcos（fnt＋λ）sinωt、2BDsin（fnt＋λ）
cosωt［各記号は前記と同様］が取出され、それ
がさらに加算器１１０，１２０により加算され、
それぞれ前記式(2)、(3)に示す出力eR，eLが形成さ
れる。そして、軸３がトルクによりねじられる
と、前記出力eLは、eRに対して式(3)′に示すよう
にねじれに比例した位相変化φを生じる。
以上は、軸３が回転中に取出される出力である
が、軸３が静止した状態においては、前記式(2)、
(3)［(3)′］のfnが零になるだけで、同様に励磁信
号の角周波数に対応した出力が取出される。
が、軸３が静止した状態においては、前記式(2)、
(3)［(3)′］のfnが零になるだけで、同様に励磁信
号の角周波数に対応した出力が取出される。
これら信号変換部１００により形成された出力
eR，eLは位相差演算部２００に送られる。ここ
で、出力eR，eLは各対応する波形整形回路２０
１，２０２に導入され、その周期ごとにパルス状
出力に整形された後、フリツプフロツプ回路２０
３にオンオフ制御信号として送られる。それによ
り、両出力eR，eLの位相差φに対応した時間だけ
開成するゲート信号が形成され、このゲート信号
はアンド回路２０４に送出される。アンド回路２
０４の他の入力端には、前記発振器１０１から発
振されたクロツクパルスが前記ゲート信号の内挿
パルスとして導入されると共に、それを分周器２
０５により分周して形成した例えば１秒間の測定
時間幅信号がゲート信号として導入され、アンド
回路２０４を通過したクロツクパルスがカウンタ
２０６に送られて計数されるようになつている。
したがつて、この位相差演算部２００においては
両入力信号eR，eLの位相差φ、すなわちトルクの
クロツクパルス数への変換が行なわれる。
eR，eLは位相差演算部２００に送られる。ここ
で、出力eR，eLは各対応する波形整形回路２０
１，２０２に導入され、その周期ごとにパルス状
出力に整形された後、フリツプフロツプ回路２０
３にオンオフ制御信号として送られる。それによ
り、両出力eR，eLの位相差φに対応した時間だけ
開成するゲート信号が形成され、このゲート信号
はアンド回路２０４に送出される。アンド回路２
０４の他の入力端には、前記発振器１０１から発
振されたクロツクパルスが前記ゲート信号の内挿
パルスとして導入されると共に、それを分周器２
０５により分周して形成した例えば１秒間の測定
時間幅信号がゲート信号として導入され、アンド
回路２０４を通過したクロツクパルスがカウンタ
２０６に送られて計数されるようになつている。
したがつて、この位相差演算部２００においては
両入力信号eR，eLの位相差φ、すなわちトルクの
クロツクパルス数への変換が行なわれる。
尚、この位相差演算部２００は、測定時間幅信
号により定める時間中の平均的な位相差を求める
ものであるが、前記フリツプフロツプ回路２０３
で形成されるゲート信号をその周期で除算して
eR，eLの周期ごとの位相差、すなわち瞬時々々の
トルク値を求めてもよく、またフリツプフロツプ
回路２０３で形成されたゲート信号を平滑化回路
を介してアナログ出力として取出すようにしても
よく、eR，eLの位相差の測定手段には適宜のもの
を用いてもよい。
号により定める時間中の平均的な位相差を求める
ものであるが、前記フリツプフロツプ回路２０３
で形成されるゲート信号をその周期で除算して
eR，eLの周期ごとの位相差、すなわち瞬時々々の
トルク値を求めてもよく、またフリツプフロツプ
回路２０３で形成されたゲート信号を平滑化回路
を介してアナログ出力として取出すようにしても
よく、eR，eLの位相差の測定手段には適宜のもの
を用いてもよい。
以上は、信号変換部１００において、励磁信号
の角周波数ωと軸回転数により定まる角周波数fn
の和に対応した角周波数の出力を取出すようにし
たものであるが、励磁信号の角周波数とは独立に
適宜の角周波数を有する出力を形成してもよい。
の角周波数ωと軸回転数により定まる角周波数fn
の和に対応した角周波数の出力を取出すようにし
たものであるが、励磁信号の角周波数とは独立に
適宜の角周波数を有する出力を形成してもよい。
第４図は、そのような出力を形成する信号変換
部の実施例である。図の第１の信号変換部３００
において、前記第３図と同番号を付した検出ヘツ
ド１０の第１〜４のコイル体L1〜L4、検出ヘツ
ド２０の第１〜４のコイル体L5〜L8、差動増幅
器１１１，１１２，１２１，１２２インバータ１
０３〜１０６は第３図と同様のものであり、同様
に結線されている。但し、各コイルL1〜L4およ
びL5〜L8の第１と第２のコイル体L1，L2および
L5，L6には、発振器１０７から送出される励磁
信号sinωtが供給され、第３と第４のコイル体
L3，L4およびL7，L8にはその励磁信号sinωtを前
記インバータ１０３〜１０６で反転した−sinωt
が供給されている。
部の実施例である。図の第１の信号変換部３００
において、前記第３図と同番号を付した検出ヘツ
ド１０の第１〜４のコイル体L1〜L4、検出ヘツ
ド２０の第１〜４のコイル体L5〜L8、差動増幅
器１１１，１１２，１２１，１２２インバータ１
０３〜１０６は第３図と同様のものであり、同様
に結線されている。但し、各コイルL1〜L4およ
びL5〜L8の第１と第２のコイル体L1，L2および
L5，L6には、発振器１０７から送出される励磁
信号sinωtが供給され、第３と第４のコイル体
L3，L4およびL7，L8にはその励磁信号sinωtを前
記インバータ１０３〜１０６で反転した−sinωt
が供給されている。
したがつて、前記第３図のものと同様の条件下
において差動増幅器１１１，１１２（１２１，１
２２）に生じる出力ER1，ER2（EL1，EL2）は、前
記(5)式に示すように、ARcos（fnt＋λ）sinωt、
ARsin（fnt＋λ）sinωtとなる。そして、この出力
は第２の信号変換部４００の各対応する同期検波
回路４１１，４１２，４２１，４２２に送られ、
そこに導入されている前記励磁信号sinωtにより
同期検波され、前記(6)式に示すER1′，ER2′および
EL1′，EL2′が形成される。続いてこの出力ER1′，
ER2′およびEL1′，EL2′は、各対応する乗算器４１
３，４１４および４２３，４２４に送られ、サイ
ン波、コサイン波発生器４０１から送出される
sinθt，cosθtと乗算され、それぞれER1′sinθt，
ER2′cosθtおよびEL1′sinθt，EL2′cosθtの乗算出
力
が形成される。次いでこの乗算器４１３，４１４
からの乗算出力および乗算器４２３，４２４から
の乗算出力は、それぞれ各対応する加算器１１０
および１２０に送られて加算され、前記式(7)，(8)
に示す加算出力ERおよびELが形成される。そし
て、この出力ER，ELが前記第３図と同様の位相
差演算部２００に送出され、そこで位相差が求め
られる。しかして、この位相差を求める出力ER，
ELの角周波数は、前記サイン波、コサイン波発
生器４０１から発生させる出力の角周波数θおよ
び転回転数に比例する角周波数fnにより定まるも
のであり、励磁信号の角周波数ωとは独立に選
択、設定可能である。したがつて、励磁信号は検
出ヘツドの特性に応じた最適値を、また位相差、
すなわちトルクの測定は測定目的に応じた適宜の
時間間隔を、それぞれ独立に選べることとなる。
また、上記第３，４図のものにおいて、出力eR，
eLあるいはER，ELはローパスフイルタを介した
後、位相差演算部に送出させるようにしてもよ
い。
において差動増幅器１１１，１１２（１２１，１
２２）に生じる出力ER1，ER2（EL1，EL2）は、前
記(5)式に示すように、ARcos（fnt＋λ）sinωt、
ARsin（fnt＋λ）sinωtとなる。そして、この出力
は第２の信号変換部４００の各対応する同期検波
回路４１１，４１２，４２１，４２２に送られ、
そこに導入されている前記励磁信号sinωtにより
同期検波され、前記(6)式に示すER1′，ER2′および
EL1′，EL2′が形成される。続いてこの出力ER1′，
ER2′およびEL1′，EL2′は、各対応する乗算器４１
３，４１４および４２３，４２４に送られ、サイ
ン波、コサイン波発生器４０１から送出される
sinθt，cosθtと乗算され、それぞれER1′sinθt，
ER2′cosθtおよびEL1′sinθt，EL2′cosθtの乗算出
力
が形成される。次いでこの乗算器４１３，４１４
からの乗算出力および乗算器４２３，４２４から
の乗算出力は、それぞれ各対応する加算器１１０
および１２０に送られて加算され、前記式(7)，(8)
に示す加算出力ERおよびELが形成される。そし
て、この出力ER，ELが前記第３図と同様の位相
差演算部２００に送出され、そこで位相差が求め
られる。しかして、この位相差を求める出力ER，
ELの角周波数は、前記サイン波、コサイン波発
生器４０１から発生させる出力の角周波数θおよ
び転回転数に比例する角周波数fnにより定まるも
のであり、励磁信号の角周波数ωとは独立に選
択、設定可能である。したがつて、励磁信号は検
出ヘツドの特性に応じた最適値を、また位相差、
すなわちトルクの測定は測定目的に応じた適宜の
時間間隔を、それぞれ独立に選べることとなる。
また、上記第３，４図のものにおいて、出力eR，
eLあるいはER，ELはローパスフイルタを介した
後、位相差演算部に送出させるようにしてもよ
い。
以上は、検出ヘツド１０，２０を各対応する歯
車１，２の周面の一部と対向させて配置した場合
であるが、歯車を挟んで対向する位置に配置した
り、あるいは第５図に展開して示すように、歯車
１の全周にわたつて各コイル体L1〜L4を順次配
置することにより歯車１のピツチエラー、偏芯の
影響を軽減させてもよい。また、上記は検出ヘツ
ド１０，２０を適宜のつづら折数の矩形状コイル
により形成した場合を例示したが、第６図に示す
ように脚部間距離が歯ピツチと同一のΠ状のコア
に巻線を施したコイル体L1′〜L4′を用いてもよ
い。
車１，２の周面の一部と対向させて配置した場合
であるが、歯車を挟んで対向する位置に配置した
り、あるいは第５図に展開して示すように、歯車
１の全周にわたつて各コイル体L1〜L4を順次配
置することにより歯車１のピツチエラー、偏芯の
影響を軽減させてもよい。また、上記は検出ヘツ
ド１０，２０を適宜のつづら折数の矩形状コイル
により形成した場合を例示したが、第６図に示す
ように脚部間距離が歯ピツチと同一のΠ状のコア
に巻線を施したコイル体L1′〜L4′を用いてもよ
い。
また、上記は凹凸体として平歯車１，２を用い
た場合を例示したが、第７図に示すようにフエー
ス歯車１′，２′を用い、その周辺の歯面と検出ヘ
ツド１０′，２０′を対向させるようにしてもよ
い。
た場合を例示したが、第７図に示すようにフエー
ス歯車１′，２′を用い、その周辺の歯面と検出ヘ
ツド１０′，２０′を対向させるようにしてもよ
い。
また、上記は検出ヘツド１０，２０を軸３上に
軸受４，５を介して支承した筐体６上に固定した
場合を例示したが、ラジアル方向の変位が無視で
きる場合は、静止体上に固定してもよい。また、
軸３が大径の場合等では、第８図に示すように検
出ヘツド１０の内側に回動自在のローラ８を設
け、全体をバネ７により軸周面方向に押出し、弾
接させるようにしてもよい。
軸受４，５を介して支承した筐体６上に固定した
場合を例示したが、ラジアル方向の変位が無視で
きる場合は、静止体上に固定してもよい。また、
軸３が大径の場合等では、第８図に示すように検
出ヘツド１０の内側に回動自在のローラ８を設
け、全体をバネ７により軸周面方向に押出し、弾
接させるようにしてもよい。
また、軸３がスラスト方向に変位する場合に
は、検出ヘツドをスラスト方向移動制御手段と係
合させて補償させるようにしてもよい。例えば第
９図はフエース歯車１′，２′を用いたものにおけ
る一例であり、検出ヘツド１０，２０をモータ３
０の回転軸と結合したボールスクリユ軸３１と螺
合させ、制御部３２によりモータ３０の回転量を
制御、すなわち両検出ヘツド１０，２０の出力の
振幅が等しくなるように（歯車１′と検出ヘツド
１０間の間隙、歯車２′と検出ヘツド２０間の間
隙が等しくなるように）制御するものである。
尚、移動制御手段としては、これに限られるもの
でなく、リニアモータ等適宜公知の手段を用いて
も同様である。
は、検出ヘツドをスラスト方向移動制御手段と係
合させて補償させるようにしてもよい。例えば第
９図はフエース歯車１′，２′を用いたものにおけ
る一例であり、検出ヘツド１０，２０をモータ３
０の回転軸と結合したボールスクリユ軸３１と螺
合させ、制御部３２によりモータ３０の回転量を
制御、すなわち両検出ヘツド１０，２０の出力の
振幅が等しくなるように（歯車１′と検出ヘツド
１０間の間隙、歯車２′と検出ヘツド２０間の間
隙が等しくなるように）制御するものである。
尚、移動制御手段としては、これに限られるもの
でなく、リニアモータ等適宜公知の手段を用いて
も同様である。
発明の効果
以上のとおりであり、本発明は、軸上に間隔を
おいて固着した凹凸体と対向させてコイル体から
なる検出ヘツドを配置し、それを励磁することに
より凹凸体と検出ヘツドの位置情報を有する出力
を取出し、その両出力の位相差を求めることによ
り前記両位置情報の相対差、すなわちトルクに対
応した軸のねじれを測定するようにしたものであ
り、軸の静止中にもトルクを測定できるものであ
りながら、小型かつ単純な構成となる。
おいて固着した凹凸体と対向させてコイル体から
なる検出ヘツドを配置し、それを励磁することに
より凹凸体と検出ヘツドの位置情報を有する出力
を取出し、その両出力の位相差を求めることによ
り前記両位置情報の相対差、すなわちトルクに対
応した軸のねじれを測定するようにしたものであ
り、軸の静止中にもトルクを測定できるものであ
りながら、小型かつ単純な構成となる。
第１図は本発明の構成部分の実施例を示す正面
断面図、第２図は検出ヘツドと歯車の対向関係を
示す展開図、第３図は本発明の電気回路部分の実
施例を示すブロツク線図、第４図は別の信号変換
部の実施例を示すブロツク線図、第５図は検出ヘ
ツドと歯車の別の対向関係を示す展開図、第６図
は別の検出ヘツドの実施例を示す側面図、第７図
は別の凹凸体を用いた実施例を示す正面断面図、
第８図は検出ヘツドと軸との支承の別の実施例を
示す側面図、第９図は検出ヘツドの移動制御手段
の実施例を示す正面断面図である。 １，２，１′，２′：歯車、１０，２０，１０′，
２０′：検出ヘツド、L1〜L8：コイル体、１０
０：信号変換部、２００：位相差演算部、３０
０：第１の信号変換部、４００：第２の信号変換
部。
断面図、第２図は検出ヘツドと歯車の対向関係を
示す展開図、第３図は本発明の電気回路部分の実
施例を示すブロツク線図、第４図は別の信号変換
部の実施例を示すブロツク線図、第５図は検出ヘ
ツドと歯車の別の対向関係を示す展開図、第６図
は別の検出ヘツドの実施例を示す側面図、第７図
は別の凹凸体を用いた実施例を示す正面断面図、
第８図は検出ヘツドと軸との支承の別の実施例を
示す側面図、第９図は検出ヘツドの移動制御手段
の実施例を示す正面断面図である。 １，２，１′，２′：歯車、１０，２０，１０′，
２０′：検出ヘツド、L1〜L8：コイル体、１０
０：信号変換部、２００：位相差演算部、３０
０：第１の信号変換部、４００：第２の信号変換
部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軸方向に間隔をおいて軸上に固着した歯車状
の凹凸体と、その各凹凸体と対向して配置され、
その凹凸ピツチの（1/4＋ｎ）ピツチだけ［但し、
ｎは０，１，……，整数］相互にずらして配置さ
れた第１〜４のコイル体を有する検出ヘツドと、
その各検出ヘツドに対してその第１〜４のコイル
体に相互に90度位相差の正弦波状の励磁信号を供
給すると共に第１〜４のコイル体のインピーダン
ス変化に対応した出力の和を取出す信号変換部
と、その各検出ヘツドに対する信号変換部からの
２つの出力の位相差の演算部とからなるところの
トルク測定装置。 ２ 軸方向に間隔をおいて軸上に固着した歯車状
の凹凸体と、その凹凸体と対向して配置され、そ
の凹凸ピツチの（1/4＋ｎ）ピツチだけ［但し、
ｎは０，１，……，整数］相互にずらして配置さ
れた第１〜４のコイル体を有する検出ヘツドと、
その各検出ヘツドに対してその第１と第２、第３
と第４のコイル体群に相互に180度位相差の正弦
波状の励磁信号を供給すると共に第１と第３、第
２と第４のコイル体のインピーダンス変化に対応
した出力のそれぞれの和の出力を取出す第１の信
号変換部と、その第１の信号変換部の各出力を前
記励磁信号と同期させて検波回路で検波すると共
に、その各検波出力に相互に90度位相差の搬送波
を乗算器で乗算し、その両乗算出力を加算する第
２の信号変換部と、その各検出ヘツドに対する第
２の信号変換部からの２つの出力の位相差演算部
とからなるところのトルク測定装置。 ３ 凹凸体は、平歯車であるところの特許請求の
範囲第１、２項のいずれかに記載のトルク測定装
置。 ４ 凹凸体は、フエース歯車であるところの特許
請求の範囲第１、２項のいずれかに記載のトルク
測定装置。 ５ 検出ヘツドは、軸上にベアリングを介して支
承させて凹凸体と対向させたところの特許請求の
範囲第１〜第４項のいずれかに記載のトルク測定
装置。 ６ 検出ヘツドは、軸周面に回転ローラを介して
弾接させたところの特許請求の範囲第１〜４項の
いずれかに記載のトルク測定装置。 ７ 検出ヘツドは、軸方向への移動制御手段と係
合させたところの特許請求の範囲第１〜４項のい
ずれかに記載のトルク測定装置。 ８ 検出ヘツドの第１〜４のコイル体は、脚部間
隔が凹凸体の凹凸ピツチと同一のП状コアにコイ
ルを巻装したものであるところの特許請求の範囲
第１〜８項のいずれかに記載のトルク測定装置。 ９ 検出ヘツドの第１〜４のコイル体は、凹凸体
の凹凸ピツチと同一ピツチを有する矩形状コイル
であるところの特許請求の範囲第１〜７項のいず
れかに記載のトルク測定装置。 １０ 検出ヘツドは、各凹凸体の周囲に複数個を
配列したところの特許請求の範囲第１〜９項のい
ずれかに記載のトルク測定装置。 １１ 検出ヘツドの第１〜４のコイル体は、凹凸
体の凹凸ピツチと同一ピツチの矩形状コイルを、
凹凸体の全周にわたつて配置したものであるとこ
ろの特許請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載
のトルク測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8350888A JPH01254826A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | トルク測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8350888A JPH01254826A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | トルク測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01254826A JPH01254826A (ja) | 1989-10-11 |
| JPH0547775B2 true JPH0547775B2 (ja) | 1993-07-19 |
Family
ID=13804426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8350888A Granted JPH01254826A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | トルク測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01254826A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017166946A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本精工株式会社 | トルク測定装置付回転伝達装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160195183A1 (en) | 2013-06-25 | 2016-07-07 | Nsk Ltd. | Rotation transmission device |
| US9625332B2 (en) | 2013-09-04 | 2017-04-18 | Nsk Ltd. | Torque measurement device-equipped rotation transmission apparatus |
| EP3043162B1 (en) | 2013-09-04 | 2018-11-07 | NSK Ltd. | Torque measurement device-equipped rotation transmission apparatus |
-
1988
- 1988-04-05 JP JP8350888A patent/JPH01254826A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017166946A (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 日本精工株式会社 | トルク測定装置付回転伝達装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01254826A (ja) | 1989-10-11 |
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