JPH0579931A - Torque detecting device - Google Patents

Torque detecting device

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JPH0579931A
JPH0579931A JP3271992A JP27199291A JPH0579931A JP H0579931 A JPH0579931 A JP H0579931A JP 3271992 A JP3271992 A JP 3271992A JP 27199291 A JP27199291 A JP 27199291A JP H0579931 A JPH0579931 A JP H0579931A
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JP
Japan
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torque
signal
rotational position
magnetic
recording medium
Prior art date
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Application number
JP3271992A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoriichi Tsuji
頼一 辻
Masatomo Sumimoto
雅友 隅本
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a torque detecting device capable of detecting the correct torque synchronous with the rotary position of the power shaft of a power generating engine. CONSTITUTION:The torque applied to a crank shaft 2 transmitting the power generated by an engine 1 is detected. The pulse signal of a crank angle detecting sensor 10 detecting the rotary position of the crank shaft 2 is extracted by a rotary position detecting means 20 as the rotary position signal S1. A magnetic recording medium 3 is fixed on the periphery of the crank shaft 2, and a signal recording means 30 records the magnetic pattern synchronous with the rotary position signal S1 on the magnetic recording medium 3 with a magnetic head 40. The magnetic pattern recorded on the magnetic recording medium 3 is regenerated by a signal regenerating means 50 as the regeneration signal S2. A torque arithmetic means 60 detects the torque applied to the crank shaft 2 based on the phase difference between the rotary position signal S1 and the regeneration signal S2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はトルク検出装置、特に、
内燃機関や電動機などの動力軸に作用するトルクを、動
力軸のねじれ量に基づいて検出するトルク検出装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a torque detecting device, and more particularly,
The present invention relates to a torque detection device that detects a torque acting on a power shaft of an internal combustion engine or an electric motor based on the amount of twist of the power shaft.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関や電動機などの動力発生機関に
おいて、動力軸に作用するトルクを検出するトルク検出
装置の需要は、これから益々増大する傾向にある。たと
えば自動車では、エンジンの最適制御を行うため、クラ
ンクシャフトにおけるトルクの検出が非常に重要にな
る。
2. Description of the Related Art In a power generating engine such as an internal combustion engine or an electric motor, demand for a torque detecting device for detecting a torque acting on a power shaft tends to increase more and more. For example, in an automobile, detection of torque at the crankshaft is very important for optimal engine control.

【0003】運転中、アクセルを急に踏み込むと、機関
のトルクが急上昇して駆動系にねじれが生じ、続いて、
このねじれが折り返されるという駆動系の低周波過渡振
動が生じる。このような不快な振動は、しゃくり現象と
呼ばれている。従来から、このしゃくり現象を防止する
ため、駆動系のシャフト径を大きくしたり、タイヤやサ
スペンションの改良を行ったりしているが、このような
方法は、騒音(こもり音)、製造コスト、燃費、などの
面で問題があった。
When the accelerator is suddenly depressed during operation, the torque of the engine suddenly increases and the drive system is twisted.
This twist causes the low frequency transient vibration of the drive system to occur. Such unpleasant vibration is called a hiccup phenomenon. Conventionally, in order to prevent this hiccup phenomenon, the shaft diameter of the drive system has been increased and tires and suspensions have been improved, but such a method reduces noise (crowded noise), manufacturing cost, fuel consumption. There was a problem in terms of.

【0004】このしゃくり現象に対する効果的な解決方
法として、たとえば、特開昭60−26131号公報に
は、動力軸のトルクを検出し、このトルクを相殺するよ
うな逆方向のトルクを発生するようにエンジンを制御す
る方法が開示されている。ここで、トルクの検出には、
動力軸のねじれ角に基づいてトルクを演算するトルク検
出装置が用いられている。
As an effective solution to this hiccup phenomenon, for example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 60-26131 discloses that the torque of a power shaft is detected and a reverse torque is generated to cancel the torque. A method of controlling an engine is disclosed in. Here, to detect the torque,
A torque detection device is used that calculates torque based on the torsion angle of the power shaft.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来提案されているト
ルク検出装置は、上述したように、動力軸のねじれ角を
求め、このねじれ角に基づいてトルクを演算するもので
ある。より具体的には、動力軸に沿って所定間隔をおい
た2か所に、それぞれ円周方向に所定ピッチのパターン
を記録しておき、この2つのパターンを読み出し、両読
み出し信号の位相差により動力軸のねじれ角を求めるも
のである。ところが、このような原理に基づくトルク検
出装置では、時間的に連続したトルク値を得ることはで
きない。なぜなら、2つの信号の位相差は、信号の立上
がり時点または立ち下がり時点を基準にしなければ、求
めることができないからである。したがって、上述のト
ルク検出装置におけるトルク値は、信号の立上がり時あ
るいは立ち下がり時においてのみ検出され、所定時間ご
とに断続的に検出される値となる。
As has been described above, the conventionally proposed torque detecting device obtains the twist angle of the power shaft and calculates the torque based on this twist angle. More specifically, a pattern having a predetermined pitch in the circumferential direction is recorded in each of two places with a predetermined interval along the power axis, and the two patterns are read out, and the phase difference between the two read signals is used. This is to find the twist angle of the power shaft. However, the torque detection device based on such a principle cannot obtain a torque value that is continuous in time. This is because the phase difference between the two signals cannot be obtained without using the rising time or falling time of the signals as a reference. Therefore, the torque value in the above-described torque detection device is a value that is detected only when the signal rises or falls and is intermittently detected at predetermined time intervals.

【0006】ところで、自動車のエンジン制御を行う場
合、クランクシャフトの回転位置を検出するためのクラ
ンク角検出センサを設け、このクランク角検出センサが
所定の出力を発生するごとに、点火時期制御や空燃比制
御のための演算が行われる。したがって、トルクの検出
値を自動車のエンジン制御に利用するためには、クラン
ク角検出センサの出力に同期したタイミングでトルク値
を得る必要がある。たとえば、クランクシャフトが1°
回転するたびに、クランク角検出センサから1つのパル
ス信号が出力され、各パルス信号出力時に点火時期制御
や空燃比制御のための演算が行われる場合を考える。こ
の場合、演算にトルク値を用いるのであれば、トルク検
出装置はクランクシャフトが1°回転するたびにトルク
値を出力しなければならない。ところが、従来提案され
ているトルク検出装置は、クランクシャフトの回転とは
全く無関係にトルク値の出力を行うので、トルク検出装
置から出力されるトルク値と、クランクシャフトの回転
と、の間で同期をとる必要が生じていた。このため、演
算に用いるトルク検出値に遅延が生じたり、同期をとる
ための付加的な手段が必要になったりという問題が生じ
ていた。
By the way, when controlling the engine of an automobile, a crank angle detection sensor for detecting the rotational position of the crankshaft is provided, and the ignition timing control and the empty timing control are performed each time the crank angle detection sensor generates a predetermined output. Calculation for fuel ratio control is performed. Therefore, in order to use the detected torque value for the engine control of the automobile, it is necessary to obtain the torque value at a timing synchronized with the output of the crank angle detection sensor. For example, if the crankshaft is 1 °
Consider a case in which one pulse signal is output from the crank angle detection sensor each time the engine rotates, and calculations for ignition timing control and air-fuel ratio control are performed when each pulse signal is output. In this case, if the torque value is used for the calculation, the torque detection device must output the torque value every time the crankshaft rotates 1 °. However, the conventionally proposed torque detection device outputs the torque value irrespective of the rotation of the crankshaft, so the torque value output from the torque detection device and the rotation of the crankshaft are synchronized. Had to take. Therefore, there has been a problem in that the detected torque value used for the calculation is delayed or an additional means for synchronizing is required.

【0007】上述の問題は、エンジンなどの内燃機関だ
けに限らず、電動機を含めた一般的な動力発生機関につ
いても同様に提起される問題である。たとえば、切削加
工を行う工作機械などでは、生産性向上や品質向上を図
るため、加工材料や工具を考慮した最適な切削制御を行
う必要がある。そのため、電動機が接続された動力軸に
発生するトルクが最適になるような制御が行われねばな
らない。このような制御は、動力軸の回転位置を検出す
るロータリエンコーダに同期して行われるので、トルク
検出装置から出力されるトルク値をロータリエンコーダ
の出力に同期させる必要が生じる。更に、動力軸にロー
タリエンローダとトルク検出装置とを取り付ける場合、
回転位置に関する取り付け誤差が不可避であるため、両
者間で精度良い同期を確保することは困難である。仮
に、高精度な同期を確保できるような状態に取り付けが
行われたとしても、将来、経時変化による誤差が発生す
ることになる。
The above-mentioned problem is not limited to an internal combustion engine such as an engine, but is similarly posed to a general power generation engine including an electric motor. For example, in a machine tool that performs cutting, it is necessary to perform optimal cutting control in consideration of processing materials and tools in order to improve productivity and quality. Therefore, control must be performed so that the torque generated on the power shaft to which the electric motor is connected is optimized. Since such control is performed in synchronization with the rotary encoder that detects the rotational position of the power shaft, it is necessary to synchronize the torque value output from the torque detection device with the output of the rotary encoder. Furthermore, when attaching the rotary loader and the torque detection device to the power shaft,
Since an installation error related to the rotational position is unavoidable, it is difficult to ensure accurate synchronization between the two. Even if the mounting is performed in a state where highly accurate synchronization can be secured, an error due to a change with time will occur in the future.

【0008】そこで本発明は、動力発生機関の動力軸の
回転位置に同期した正確なトルク検出を行うことのでき
るトルク検出装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a torque detecting device capable of performing accurate torque detection in synchronization with the rotational position of a power shaft of a power generating engine.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、動力発生機関
の動力軸に作用するトルクを検出するトルク検出装置に
おいて、動力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段
と、動力軸上に固着された磁気記録媒体と、この磁気記
録媒体に所定の信号を記録再生するための磁気ヘッド
と、回転位置検出手段の検出信号に基づく所定の磁気情
報を、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体に記録する信号
記録手段と、磁気記録媒体に記録された磁気情報を、磁
気ヘッドを用いて再生する信号再生手段と、回転位置検
出手段の検出信号と、信号再生手段の再生信号と、の位
相差を検出し、この位相差に基づき動力軸に作用するト
ルクを演算するトルク演算手段と、を設けたものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a torque detecting device for detecting a torque acting on a power shaft of a power generating engine, and a rotational position detecting means for detecting a rotational position of the power shaft, and a torque detecting device fixed on the power shaft. The magnetic recording medium, the magnetic head for recording and reproducing a predetermined signal on the magnetic recording medium, and the predetermined magnetic information based on the detection signal of the rotational position detecting means are recorded on the magnetic recording medium using the magnetic head. Signal reproducing means for reproducing magnetic information recorded on a magnetic recording medium using a magnetic head, a phase difference between the detection signal of the rotational position detecting means and the reproduction signal of the signal reproducing means. And a torque calculation means for calculating a torque acting on the power shaft based on the detected phase difference.

【0010】[0010]

【作 用】本発明によるトルク検出装置では、動力発生
機関の動力軸の回転位置を示す情報が2とおり得られ
る。第1の情報は、回転位置検出手段から得られる情報
である。この回転位置検出手段は、動力発生機関に既存
の設備をそのまま利用することができる。たとえば、自
動車のエンジンであれば、クランクシャフトの回転位置
を検出するために設けられているクランク角検出センサ
をそのまま利用すればよいし、電動機を用いた工作機械
などでは、動力軸の回転位置を検出するために設けられ
たロータリエンコーダをそのまま利用すればよい。第2
の情報は、磁気記録媒体から得られる情報である。本発
明の特徴は、この磁気記録媒体に、回転位置検出手段か
ら得られる第1の情報に基づいた回転位置情報を予め記
録しておく点にある。別言すれば、磁気記録媒体に記録
された回転位置情報は、回転位置検出手段から得られる
第1の情報に同期した情報となる。検出すべきトルク値
は、この磁気記録媒体から読み出した第2の情報と、回
転位置検出手段から得られる第1の情報と、の位相差を
求めることによって得られる。すなわち、動力軸に作用
したトルクを、動力軸のねじれ角に基づいて検出するこ
とになる。前述のように、第2の情報は第1の情報に同
期したものとなるため、トルク検出値も、第1の情報
(すなわち、動力軸の回転位置)に同期して得られるこ
とになる。また、第2の情報は、磁気記録媒体に記録さ
れているため、随時、書き替えを行うことができ、取り
付け時の誤差や経時変化による誤差は、随時、第2の情
報を書き替えることにより相殺することができる。
[Operation] With the torque detection device according to the present invention, two types of information indicating the rotational position of the power shaft of the power generation engine are obtained. The first information is information obtained from the rotational position detecting means. This rotational position detecting means can use the existing equipment for the power generation engine as it is. For example, in the case of an automobile engine, the crank angle detection sensor provided to detect the rotational position of the crankshaft may be used as it is. In the case of a machine tool using an electric motor, the rotational position of the power shaft may be changed. The rotary encoder provided for detection may be used as it is. Second
The information of is information obtained from the magnetic recording medium. A feature of the present invention is that rotational position information based on the first information obtained from the rotational position detecting means is recorded in advance on this magnetic recording medium. In other words, the rotational position information recorded on the magnetic recording medium is information synchronized with the first information obtained from the rotational position detecting means. The torque value to be detected is obtained by obtaining the phase difference between the second information read from this magnetic recording medium and the first information obtained from the rotational position detecting means. That is, the torque acting on the power shaft is detected based on the twist angle of the power shaft. As described above, since the second information is synchronized with the first information, the torque detection value is also obtained in synchronization with the first information (that is, the rotational position of the power shaft). Further, since the second information is recorded on the magnetic recording medium, it can be rewritten at any time, and errors due to mounting and errors due to aging can be rewritten at any time by rewriting the second information. Can be offset.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係るトルク検出装置を、内燃機
関(この例では自動車のエンジン)に適用した実施例を
示すブロック図である。エンジン1で発生した動力は、
動力軸としてのクランクシャフト2からトランスミッシ
ョンおよびドライブシャフトを経て車輪(図右方に接続
される)に伝達される。このクランクシャフト2の回転
位置を検出するために、クランク角検出センサ10が設
けられている。このクランク角検出センサ10は、エン
ジン1の点火時期などの制御に必要な回転位置情報を得
るための既存の装置であり、本発明に係るトルク検出装
置のために特別に設けられた装置ではない。クランク角
検出センサ10が検出した信号は、回転位置検出手段2
0に与えられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on illustrated embodiments. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which the torque detection device according to the present invention is applied to an internal combustion engine (an automobile engine in this example). The power generated by the engine 1 is
It is transmitted from a crankshaft 2 as a power shaft to a wheel (connected to the right side in the drawing) via a transmission and a drive shaft. A crank angle detection sensor 10 is provided to detect the rotational position of the crankshaft 2. The crank angle detection sensor 10 is an existing device for obtaining rotational position information necessary for controlling the ignition timing of the engine 1 and the like, and is not a device specially provided for the torque detection device according to the present invention. .. The signal detected by the crank angle detection sensor 10 is the rotational position detection means 2
Given to 0.

【0012】図2に、このクランク角検出センサ10の
一例を示す。ここに示す例は、クランクシャフト2の回
転位置を光学的に検出するものであり、発光ダイオード
11と、受光ダイオード12と、これらの間に設置され
たシグナルディスクプレート13と、によって構成され
ている。シグナルディスクプレート13は、中心部がク
ランクシャフト2に固着されており、クランクシャフト
2の回転とともに回転する。このシグナルディスクプレ
ート13の円周部には、この例では、クランク角1°ご
とにスリットが形成されている。図に破線で示す発光ダ
イオード11からのビームが、このスリットを通過する
と、受光ダイオード12はこのビームを受光する。受光
ダイオード12はビームを受光するたびにパルス信号を
発生する。したがって、回転位置検出手段20には、ク
ランクシャフト2が1°回転するごとにパルスが入力さ
れる。なお、この図2に示したクランク角検出センサ1
0は、一例として示したものであり、この他にも、磁気
誘導式などのセンサが用いられている。要するに、クラ
ンク角検出センサ10としては、クランクシャフト2の
回転位置(回転数と同等の物理量である。たとえば、7
60°の回転位置は、2回の回転数に相当する。)を検
出することのできる手段であれば、どのような装置を用
いてもよく、前述したように、各エンジン制御システム
に既存のものをそのまま利用すればよい。
FIG. 2 shows an example of the crank angle detecting sensor 10. The example shown here is for optically detecting the rotational position of the crankshaft 2, and is composed of a light emitting diode 11, a light receiving diode 12, and a signal disk plate 13 installed between them. .. The center portion of the signal disc plate 13 is fixed to the crankshaft 2 and rotates with the rotation of the crankshaft 2. In this example, slits are formed on the circumference of the signal disc plate 13 at every crank angle of 1 °. When the beam from the light emitting diode 11 shown by the broken line in the figure passes through this slit, the light receiving diode 12 receives this beam. The light receiving diode 12 generates a pulse signal each time the beam is received. Therefore, a pulse is input to the rotational position detecting means 20 every time the crankshaft 2 rotates by 1 °. The crank angle detection sensor 1 shown in FIG.
0 is shown as an example, and in addition to this, a sensor of magnetic induction type or the like is used. In short, the crank angle detection sensor 10 has a rotational position of the crankshaft 2 (a physical quantity equivalent to the rotational speed. For example, 7
The rotation position of 60 ° corresponds to two rotations. ), Any device may be used as long as it can detect the above), and as described above, the existing device for each engine control system may be used as it is.

【0013】再び、図1に基づいて説明を続ける。回転
位置検出手段20は、クランク角検出センサ10からの
信号を整形、増幅するための回路である。この実施例で
は、クランク角検出センサ10からパルスが与えられる
たびに、立ち上がりおよび立ち下がりを交互に繰り返す
ような矩形波信号が、回転位置信号S1として生成され
る。本発明の特徴は、この回転位置信号S1に同期した
磁気情報を、磁気記録媒体3に記録する点にある。磁気
記録媒体3は、クランクシャフト2上に円周方向に沿っ
て固着された層であり、ここには磁気的に情報の記録が
可能である。信号記録手段30は、回転位置信号S1に
基づいた記録信号を磁気ヘッド40に与える。この実施
例では、回転位置信号S1は、クランクシャフト2が1
°回転するごとに立上がりあるいは立ち下がる矩形波信
号であるから、磁気記録媒体3には、この矩形波信号に
同期した磁気パターンが記録されることになる。こうし
て記録された磁気パターンは、磁気ヘッド40を介して
信号再生手段50によって再生され、信号再生手段50
は再生信号S2を出力する。図3は、磁気記録媒体3に
記録される磁気パターンの概念図である。図に横線で示
す磁気パターンは、クランクシャフト2の回転位置を示
すクランク角検出センサ10の出力信号に同期したもの
となる。したがって、クランクシャフト2を回転させな
がら磁気パターンの記録を行えば、磁気記録媒体3上に
は等間隔の磁気パターンが得られることになる。本発明
において重要な点は、この磁気パターンが、クランク角
検出センサ10のパルス出力タイミングに同期している
点である。なお、磁気記録媒体3は、この実施例では、
クランクシャフト2の表面に固着された層になっている
が、このような構造に限定されるものではない。たとえ
ば、クランクシャフト2にフライホイールなどを固着
し、このフライホイール上に磁気記録媒体3を形成して
もかまわない。要するに、何らかの形でクランクシャフ
ト2に固着され、クランクシャフト2の回転に伴って回
転するような磁気記録媒体3が形成されればよい。
The description will be continued again with reference to FIG. The rotational position detection means 20 is a circuit for shaping and amplifying the signal from the crank angle detection sensor 10. In this embodiment, a rectangular wave signal that alternately repeats rising and falling is generated as the rotational position signal S1 every time a pulse is applied from the crank angle detection sensor 10. The feature of the present invention resides in that the magnetic information synchronized with the rotational position signal S1 is recorded on the magnetic recording medium 3. The magnetic recording medium 3 is a layer fixed on the crankshaft 2 along the circumferential direction, and information can be magnetically recorded here. The signal recording means 30 gives a recording signal based on the rotational position signal S1 to the magnetic head 40. In this embodiment, the rotational position signal S1 indicates that the crankshaft 2 is 1
Since it is a rectangular wave signal that rises or falls every time it rotates, a magnetic pattern synchronized with this rectangular wave signal is recorded on the magnetic recording medium 3. The magnetic pattern thus recorded is reproduced by the signal reproducing means 50 via the magnetic head 40, and the signal reproducing means 50 is reproduced.
Outputs a reproduction signal S2. FIG. 3 is a conceptual diagram of a magnetic pattern recorded on the magnetic recording medium 3. The magnetic pattern indicated by the horizontal line in the figure is synchronized with the output signal of the crank angle detection sensor 10 indicating the rotational position of the crankshaft 2. Therefore, if the magnetic pattern is recorded while rotating the crankshaft 2, magnetic patterns at equal intervals can be obtained on the magnetic recording medium 3. An important point in the present invention is that this magnetic pattern is synchronized with the pulse output timing of the crank angle detection sensor 10. The magnetic recording medium 3 is, in this embodiment,
Although it is a layer fixed to the surface of the crankshaft 2, it is not limited to such a structure. For example, a flywheel or the like may be fixed to the crankshaft 2 and the magnetic recording medium 3 may be formed on the flywheel. In short, it suffices to form the magnetic recording medium 3 that is fixed to the crankshaft 2 in some form and that rotates as the crankshaft 2 rotates.

【0014】回転位置検出手段20から出力される回転
位置信号S1と、信号再生手段50から出力される再生
信号S2とは、トルク演算手段60に与えられる。トル
ク演算手段60は、この2つの信号に基づいて、クラン
クシャフト2に発生したトルクを演算する。その原理
は、次のとおりである。いま、クランクシャフト2が無
負荷で回転している状態において、信号記録手段30に
よって磁気記録媒体3に磁気パターンを記録したものと
する。この実施例では、回転角1°ごとに磁気パターン
が記録されることになる。このような記録を行った後、
この磁気パターンを信号再生手段50によって再生する
場合を考える。いま、クランクシャフト2が無負荷の状
態(すなわち、トルクが0の状態)だとすると、回転位
置検出手段20が出力する回転位置信号S1と、信号再
生手段50が出力する再生信号S2とは、完全に同期し
たものとなる。ところが、クランクシャフト2に負荷が
作用しトルクがかかると、クランクシャフト2にねじれ
が生じることになり、このねじれのために、回転位置信
号S1と再生信号S2との間には位相差が生じることに
なる。別言すれば、この位相差からねじれ角を求めるこ
とができる。クランクシャフト2に加わるトルク値とね
じれ角との関係は、クランクシャフト2の材質、太さ、
などの物理的な性質により一義的に定まるので、結局、
位相差を検出すれば、作用したトルク値を演算によって
求めることができる。
The rotational position signal S1 output from the rotational position detecting means 20 and the reproduction signal S2 output from the signal reproducing means 50 are given to the torque calculating means 60. The torque calculation means 60 calculates the torque generated in the crankshaft 2 based on these two signals. The principle is as follows. Now, it is assumed that a magnetic pattern is recorded on the magnetic recording medium 3 by the signal recording means 30 while the crankshaft 2 is rotating with no load. In this embodiment, a magnetic pattern is recorded at every rotation angle of 1 °. After making such a recording,
Consider a case where the signal reproducing means 50 reproduces this magnetic pattern. Now, assuming that the crankshaft 2 is in an unloaded state (that is, the state where the torque is 0), the rotational position signal S1 output by the rotational position detection means 20 and the reproduction signal S2 output by the signal reproduction means 50 are completely It will be synchronized. However, when a load is applied to the crankshaft 2 and a torque is applied, the crankshaft 2 is twisted, which causes a phase difference between the rotational position signal S1 and the reproduction signal S2. become. In other words, the twist angle can be obtained from this phase difference. The relationship between the torque value applied to the crankshaft 2 and the twist angle is as follows:
Since it is uniquely determined by the physical properties such as,
If the phase difference is detected, the applied torque value can be calculated.

【0015】図4は、トルク演算手段60の具体的な構
成例を示すブロック図である。基準値算出カウンタ61
には回転位置信号S1が与えられ、位相差算出カウンタ
62には回転位置信号S1および再生信号S2が与えら
れる。また、これらカウンタ61,62には、基準クロ
ック63から、所定のクロック信号が与えられる。な
お、このクロック信号の周波数は、信号S1,S2の周
波数に比べて十分に高いものとする。基準値算出カウン
タ61は、このクロック信号を用いて、回転位置信号S
1の周期に対応する量(この実施例では、図5に示すよ
うに、矩形波の半周期t)を基準値として計数する。一
方、位相差算出カウンタ62は、このクロック信号を用
いて、回転位置信号S1と再生信号S2との位相差を示
す量(この実施例では、図5に示すように、両矩形波の
立上がり時点および立ち下がり時点のずれ量Δt)を計
数する。こうして計数した基準値tは、回転数算出器6
4およびトルク算出器65に与えられ、位相差Δtはト
ルク算出器65に与えられる。回転数算出器64は、基
準値tに所定の係数K1を乗じることにより、回転数R
θを算出する。トルク算出器65は、両信号の位相差を
(Δt/t)として求め、この位相差に所定の係数K2
(クランクシャフト2の材質、太さ、などの物理的な性
質により一義的に定まる値)を乗じることにより、トル
クTθを算出する。
FIG. 4 is a block diagram showing a concrete example of the configuration of the torque calculation means 60. Reference value calculation counter 61
Is supplied with a rotational position signal S1, and the phase difference calculation counter 62 is supplied with a rotational position signal S1 and a reproduction signal S2. Further, a predetermined clock signal is given to the counters 61 and 62 from the reference clock 63. The frequency of this clock signal is sufficiently higher than the frequencies of the signals S1 and S2. The reference value calculation counter 61 uses this clock signal to rotate the rotation position signal S.
An amount corresponding to a cycle of 1 (in this embodiment, a half cycle t of a rectangular wave as shown in FIG. 5) is counted as a reference value. On the other hand, the phase difference calculation counter 62 uses this clock signal to determine the amount of the phase difference between the rotational position signal S1 and the reproduction signal S2 (in this embodiment, as shown in FIG. And the amount of deviation Δt) at the time of falling is counted. The reference value t thus counted is used as the rotation speed calculator 6
4 and the torque calculator 65, and the phase difference Δt is given to the torque calculator 65. The rotation speed calculator 64 calculates the rotation speed R by multiplying the reference value t by a predetermined coefficient K1.
Calculate θ. The torque calculator 65 obtains the phase difference between both signals as (Δt / t), and a predetermined coefficient K2 is added to this phase difference.
The torque Tθ is calculated by multiplying by (a value that is uniquely determined by the physical properties such as the material and thickness of the crankshaft 2).

【0016】こうして、トルク演算手段60において、
トルクTθとともに回転数Rθが求められるが、ここで
重要な点は、これらの値が得られる時点は、常に信号S
1に同期しているという点である。すなわち、クランク
角検出センサ10がパルスを発生するタイミングに同期
して、トルクTθおよび回転数Rθが得られることにな
る。したがって、クランク角検出センサ10がパルスを
発生するたびに、点火時期制御や空燃比制御のための演
算を行う場合、何ら特別な同期処理を行うことなしに、
得られたトルク値を演算に利用することができる。ま
た、磁気記録媒体3への磁気パターンの記録は、随時行
うことができるので、クランク角検出センサ10の取り
付け誤差や、経時変化による誤差などを、新たな磁気パ
ターンの記録により除去することができ、常に正確なト
ルク値を得ることができる。図6は、上述のトルク検出
装置を、4気筒火花エンジンに適用したときのトルク値
Tθおよび回転数Rθの変化を示す結果である。各気筒
ごとの発生トルク変動および回転変動が、クランク角に
完全に同期していることがわかる。このように、クラン
ク角に同期したトルク変動や回転変動のパラメータを抽
出すれば、点火時期制御や空燃比制御のためのより最適
な演算を行うことができる。
Thus, in the torque calculation means 60,
The rotation speed Rθ is obtained together with the torque Tθ, but the important point here is that the signal S is always obtained when these values are obtained.
It is synchronized with 1. That is, the torque Tθ and the rotation speed Rθ are obtained in synchronization with the timing at which the crank angle detection sensor 10 generates a pulse. Therefore, when performing calculations for ignition timing control and air-fuel ratio control each time the crank angle detection sensor 10 generates a pulse, without performing any special synchronization processing,
The obtained torque value can be used for calculation. Further, since the recording of the magnetic pattern on the magnetic recording medium 3 can be performed at any time, an error in mounting the crank angle detection sensor 10, an error due to a change with time, and the like can be removed by recording a new magnetic pattern. , You can always get accurate torque value. FIG. 6 is a result showing changes in the torque value Tθ and the rotational speed Rθ when the above-described torque detection device is applied to a 4-cylinder spark engine. It can be seen that the generated torque fluctuation and rotation fluctuation for each cylinder are completely synchronized with the crank angle. In this way, by extracting the parameters of torque fluctuation and rotation fluctuation that are synchronized with the crank angle, it is possible to perform more optimal calculations for ignition timing control and air-fuel ratio control.

【0017】最後に、本発明に係るトルク検出装置を、
電動機を用いたロボット・マニピュレータに適用した実
施例を図7に示す。モータ4(ギア等は図示省略)によ
って回転駆動されるマニピュレータシャフト5の先端に
は、アーム6が取り付けられており、このマニピュレー
タシャフト5の回転位置を検出するために、ロータリエ
ンコーダ70が設けられている。このロータリエンコー
ダ70は、本発明に係るトルク検出装置のために特別に
取り付けられたものではなく、このロボット・マニピュ
レータを制御するための既存の装置である。このような
ロボット・マニピュレータに、本発明に係るトルク検出
装置を組み込むためは、マニピュレータシャフト5上に
磁気記録媒体3を固着形成すればよい。ロータリエンコ
ーダ70が出力するパルス信号を回転位置検出手段20
で検出し、検出した回転位置信号S1を信号記録手段3
0に与えて、これに同期した磁気パターンを磁気ヘッド
40によって磁気記録媒体3に記録する。この磁気パタ
ーンを、磁気ヘッド40を用いて信号再生手段50で再
生し、再生信号S2を得る。こうして得られて回転位置
信号S1と再生信号S2とに基づいて、トルク演算手段
60においてトルクが演算される点は、前述の実施例と
全く同様である。このトルク検出装置では、ロータリエ
ンコーダ70の出力に同期したトルク値が検出されるた
め、モータ4の制御タイミングに同期したトルク値をそ
のまま制御に利用し、発生した負荷に見合った最適な電
動機制御が可能になる。また、このトルク検出装置で
は、特別の機械要素を介する必要がないため、トルクと
負荷の関係がほぼ線形関係となり、制御系の簡略化を図
ることができる。
Finally, the torque detection device according to the present invention is
An embodiment applied to a robot manipulator using an electric motor is shown in FIG. An arm 6 is attached to the tip of a manipulator shaft 5 which is rotationally driven by a motor 4 (gear or the like is not shown), and a rotary encoder 70 is provided to detect the rotational position of the manipulator shaft 5. There is. The rotary encoder 70 is not specially installed for the torque detecting device according to the present invention, but is an existing device for controlling the robot manipulator. In order to incorporate the torque detecting device according to the present invention into such a robot manipulator, the magnetic recording medium 3 may be fixedly formed on the manipulator shaft 5. The rotary position detecting means 20 outputs the pulse signal output from the rotary encoder 70.
The rotational position signal S1 detected by the signal recording means 3 is detected.
0, and a magnetic pattern synchronized with this is recorded on the magnetic recording medium 3 by the magnetic head 40. This magnetic pattern is reproduced by the signal reproducing means 50 using the magnetic head 40 to obtain a reproduced signal S2. The torque calculation means 60 calculates the torque on the basis of the rotational position signal S1 and the reproduction signal S2 obtained in this way, which is exactly the same as the above-described embodiment. In this torque detection device, since the torque value synchronized with the output of the rotary encoder 70 is detected, the torque value synchronized with the control timing of the motor 4 is used for the control as it is, and the optimum motor control suitable for the generated load can be performed. It will be possible. Further, in this torque detection device, since it is not necessary to intervene a special mechanical element, the relationship between the torque and the load has a substantially linear relationship, and the control system can be simplified.

【0018】以上、本発明を図示する実施例に基づいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。た
とえば、上述の実施例では、ロボット・マニピュレータ
に、本発明に係るトルク検出装置を適用したが、この他
にも、切削加工を行うような工作機械などにも本発明は
適用可能である。
Although the present invention has been described above based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various modes other than this. For example, in the above-described embodiment, the torque detecting device according to the present invention is applied to the robot manipulator, but the present invention is also applicable to a machine tool that performs cutting in addition to this.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のとおり、本発明に係るトルク検出
装置によれば、動力発生機関の動力軸の回転位置に同期
した正確なトルク検出を行うことができるようになる。
As described above, according to the torque detecting device of the present invention, accurate torque detection can be performed in synchronization with the rotational position of the power shaft of the power generating engine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るトルク検出装置を、自動車のエン
ジンに適用した実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which a torque detection device according to the present invention is applied to an automobile engine.

【図2】図1に示すトルク検出装置におけるクランク角
検出センサの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a crank angle detection sensor in the torque detection device shown in FIG.

【図3】図1に示すトルク検出装置における磁気記録媒
体周辺の詳細図である。
FIG. 3 is a detailed view of the periphery of the magnetic recording medium in the torque detection device shown in FIG.

【図4】図1に示すトルク検出装置におけるトルク演算
手段の構成例を示すブロック図である。
4 is a block diagram showing a configuration example of a torque calculation means in the torque detection device shown in FIG.

【図5】図4に示すトルク演算手段の動作を説明するた
めの波形図である。
5 is a waveform diagram for explaining the operation of the torque calculation means shown in FIG.

【図6】図1に示すトルク検出装置を、4気筒火花エン
ジンに適用したときのトルク値Tθおよび回転数Rθの
検出結果を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the detection results of the torque value Tθ and the rotation speed Rθ when the torque detection device shown in FIG. 1 is applied to a 4-cylinder spark engine.

【図7】本発明に係るトルク検出装置を、ロボット・マ
ニピュレータに適用した実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment in which the torque detection device according to the present invention is applied to a robot manipulator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…エンジン 2…クランクシャフト 3…磁気記録媒体 4…モータ 5…マニピュレータシャフト 6…アーム 10…クランク角検出センサ 11…発光ダイオード 12…受光ダイオード 13…シグナルディスクプレート 20…回転位置検出手段 30…信号記録手段 40…磁気ヘッド 50…信号再生手段 60…トルク演算手段 61…基準値算出カウンタ 62…位相差算出カウンタ 63…基準クロック 64…回転数算出器 65…トルク算出器 70…ロータリエンコーダ S1…回転位置信号 S2…再生信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ... Crank shaft 3 ... Magnetic recording medium 4 ... Motor 5 ... Manipulator shaft 6 ... Arm 10 ... Crank angle detection sensor 11 ... Light emitting diode 12 ... Light receiving diode 13 ... Signal disk plate 20 ... Rotation position detection means 30 ... Signal Recording means 40 ... Magnetic head 50 ... Signal reproducing means 60 ... Torque calculating means 61 ... Reference value calculating counter 62 ... Phase difference calculating counter 63 ... Reference clock 64 ... Rotation speed calculator 65 ... Torque calculator 70 ... Rotary encoder S1 ... Rotation Position signal S2 ... Playback signal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 動力発生機関の動力軸に作用するトルク
を検出するトルク検出装置であって、 前記動力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、 前記動力軸上に固着された磁気記録媒体と、 前記磁気記録媒体について所定の信号を記録再生するた
めの磁気ヘッドと、 前記回転位置検出手段の検出信号に基づく所定の磁気情
報を、前記磁気ヘッドを用いて前記磁気記録媒体に記録
する信号記録手段と、 前記磁気記録媒体に記録された磁気情報を、前記磁気ヘ
ッドを用いて再生する信号再生手段と、 前記回転位置検出手段の検出信号と、前記信号再生手段
の再生信号と、の位相差を検出し、この位相差に基づき
前記動力軸に作用するトルクを演算するトルク演算手段
と、 を備えることを特徴とするトルク検出装置。
1. A torque detection device for detecting a torque acting on a power shaft of a power generating engine, comprising: rotational position detection means for detecting a rotational position of the power shaft; and magnetic recording fixed on the power shaft. A medium, a magnetic head for recording and reproducing a predetermined signal with respect to the magnetic recording medium, and predetermined magnetic information based on a detection signal of the rotational position detecting means is recorded on the magnetic recording medium using the magnetic head. A signal recording unit, a signal reproducing unit for reproducing magnetic information recorded on the magnetic recording medium by using the magnetic head, a detection signal of the rotational position detecting unit, and a reproduction signal of the signal reproducing unit. And a torque calculation unit that calculates a torque acting on the power shaft based on the phase difference.
【請求項2】 請求項1に記載のトルク検出装置におい
て、 動力発生機関が内燃機関であり、この内燃機関に設けら
れているクランク角検出センサを回転位置検出手段とし
て用いることを特徴とするトルク検出装置。
2. The torque detecting device according to claim 1, wherein the power generating engine is an internal combustion engine, and a crank angle detecting sensor provided in the internal combustion engine is used as a rotational position detecting means. Detection device.
【請求項3】 請求項1に記載のトルク検出装置におい
て、 動力発生機関が電動機であり、この電動機の回転軸に設
けられているロータリエンコーダを回転位置検出手段と
して用いることを特徴とするトルク検出装置。
3. The torque detecting device according to claim 1, wherein the power generating engine is an electric motor, and a rotary encoder provided on a rotary shaft of the electric motor is used as a rotational position detecting means. apparatus.
JP3271992A 1991-09-24 1991-09-24 Torque detecting device Pending JPH0579931A (en)

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JP (1) JPH0579931A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6105228A (en) * 1996-05-13 2000-08-22 Nittoku Engineering Co., Ltd. Tip coil winder
CN109944640A (en) * 2019-04-30 2019-06-28 天津大学 A kind of intake and exhaust electromagnetic control system of piston expansion engine

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