JPH063207A

JPH063207A - 回転モーメントセンサ

Info

Publication number: JPH063207A
Application number: JP4224289A
Authority: JP
Inventors: Werner Nold; ウエルネル・ノルト
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-01-11
Also published as: EP0575634A1; DE59207342D1; EP0575634B1

Abstract

(57)【要約】【目的】異なった接続フランジに連結することによっ
て特性値に差が生じない回転モーメンセンサを提供す
る。【構成】このセンサは連結部材３〜６介して互いに連
結する二つのフランジ１，２によって構成されている。
第一検出器群Ｄ１〜Ｄ４は第一フランジ１に対向し、こ
のフランジに隣接する第一連結部分の中に、また第二検
出器群Ｄ５〜Ｄ８は第二フランジ２に対向し、このフラ
ンジに隣接する第二連結部分の中に配設されている。第
一検出器群の測定値検出器は４つのブリッジ分岐部から
なる測定ブリッジの対角線上で対向する二つのブリッジ
分岐部にあり、第二検出器群の測定値検出器は対角線上
で同じように対向する他の二つのブリッジ分岐部に配線
接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、少なくとも２つの測
定値検出器を有する第一検出器群が所定の回転モーメン
トの方向で正の延びとなり、第二検出器群を形成する残
りの測定値検出器器が負の延びとなり、これ等の測定値
検出器が一つの測定ブリッジを形成していて、複数の連
結部材を介して互いに連結し、少なくとも２つの連結部
材（３〜６）のところに配設された延びを検出する少な
くとも４個の測定値検出器を有する２個のフランジ
（１，２）とを備えた回転モーメントセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の公知回転モーメントセンサで
は、それぞれ２つの歪ゲージが対向する連結部材のとこ
ろの一方のフランジの近くに貼り付けてある。従って、
１つの連結部材の二つの歪ゲージでは、互いに逆符号の
延びに比例する偶数個の信号が発生する。これ等の信号
をブリッジ回路で測定できる。

【０００３】このような測定装置にモーメントを導入す
ることは接続フランジを介して行われ、この接続フラン
ジは回転モーメントセンサのフランジに連結する。この
公知の回転モーメントセンサでは、異なった接続フラン
ジにボルト止めする場合、無視できない特性値の差が生
じる。正確に同じでない初期トルクで接続フランジをボ
ルト止めしても、測定値を悪化させる。それ故、これ等
の問題を排除するため、しばしば回転モーメントセンサ
のフランジを極度に過剰設計している。更に、正確なボ
ルト止めや、接続穴を正確に作製すること、特に連結部
材に対する接続穴の位置に関して非常に注意が必要であ
る。

【０００４】しかし、特に厚さの厚いフランジを形成す
ることは、回転力学的な理由から非常に望ましくない。
何故なら、曲げ限界回転数を有する問題を予めプログラ
ムしおき、回転モーメントセンサの固有周波数が大きな
確率で公称回転数の範囲内にあるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、異
なった接続フランジに連結しても、特性値の差が生じな
いことで優れている冒頭に述べた種類の回転モーメント
センサを提供することにある。その場合、回転モーメン
トセンサはできる限り小さい外径を有し、同時に高い測
定精度で少ない慣性モーメントを有するべきである。更
に、回転モーメントセンサが互いにずれている初期トル
クの状態でボルト止めされていることに鈍感であるべき
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、第一検出器群が、第一フランジに対向し、この
フランジに隣接する第一連結領域内に配設され、第一検
出器群が、第二フランジに対向し、このフランジに隣接
する第二連結領域内に配設され、第一検出器群の測定値
検出器が４つのブリッジ分岐部から成る測定ブリッジの
互いに対角線上で対向する二つのブリッジ分岐部に装備
され、他方第二検出器群の測定値検出器が同様に互いに
対角線上で対向する他の二つのブリッジ分岐部に装備さ
れていることによって解決されている。

【０００７】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。

【０００８】

【作用】この発明による解決策により、回転モーメント
センサをより大きな測定信頼性で形成できる。その固有
周波数が確実に測定対象物の公称回転数範囲の外にあ
り、薄いフランジにもかかわらず、ボルト止めによる初
期トルクの差が測定結果ないしは特性値に影響を及ぼさ
ない。

【０００９】この発明による配線回路と組み合わせて測
定値検出器を両方のフランジに付けることによって、フ
ランジにモーメントを導入することによる影響が常時補
償される。慣性モーメントが少ないため、この回転モー
メントセンサは特に回転軸の動的測定に対して適してい
る。

【００１０】この発明の有利な構成では、測定値検出器
が連結部材の曲げによる延びを検出し、これにより測定
本体の感度を高めたまま小さい回転モーメントを測定で
きる。更に、曲げによる延びを測定すると、測定値検出
器の貼り付けを非常に良好に行えるように、連結部材を
厚く設計できると言う利点が生じる。

【００１１】センサの軸と当該連結部材の長手軸に共通
の平面にほぼ平行である連結部材の側面に測定値発生器
を貼り付けた場合、連結部材の曲げによる延びが特に良
好に測定できる。垂直力や垂直モーメントを補償するた
め、どの連結部材にも少なくとも２個の測定値発生器を
装着すると、特に好ましい。

【００１２】モーメントを導入するときに擾乱量を最大
に補償することは、全ての連結部材の両面にそれぞれ２
個の測定値発生器を装着して、これ等の測定値検出器を
この発明による方式で配線接続すると、達成することが
できる。

【００１３】直線性を高め、ヒステリシス特性を改善す
るため、第一連結部分および第二連結部分がそれぞれ抵
抗モーメントの少ないリンク結合式の部分として形成さ
れ、両方の部分の間で周回方向により厚く設計された中
心部分があると、有利である。

【００１４】回転モーメントを高精度測定するため、特
にこの発明の構成が適している。この構成では、二つの
フランジを同軸に、しかも互いに平行に配置されてい
る。その場合、両フランジは軸方向に間隔を設けてい
る。何故なら、こうしてモーメントを導入するために
は、正確に同じフランジ直径を実現できるからである。

【００１５】特に構造の高さを低くすると、第二同心状
フランジによって半径方向に取り囲まれた内部ボスであ
るフランジを設ける利点がある。この場合、接続フラン
ジを内部ボスのところで連結するため大きな直径にし、
連結部材の間の中間スペース中に半径方向に突き出る突
起が設けてある。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づき好適実施例に関してこの
発明の回路装置をより詳しく説明する。

【００１７】図１は互いに間隔を設けた同じ直径の同軸
フランジ１と２を有する回転モーメントセンサを示す。
第一フランジ１と第二フランジ２は連結部材３〜６を介
して互いに連結されている。どのフランジ１と２にも、
周囲に同じように配分にされた穴がある。これ等の穴
は、モーメント導入用の図示していない適当な接続フラ
ンジにボルト止めするために使用されている。連結部材
３〜６の配分も同じようにフランジの周囲に規則正しく
されている。

【００１８】連結部材３〜６はフランジ１と２の半径平
面に垂直に延びている。連結部材３〜６の中心部分７は
周回方向に厚くなるように形成されているので、連結部
材がフランジに移行する部分がそれぞれ「柔軟な」リン
ク結合を形成する。こうして、センサが長手軸の周りに
捩じれた場合に生じる連結部材の変形はこれ等のリンク
結合部に集中し、強くて一様な変形の領域が決まる。

【００１９】図１には、第二フランジ上の矢印で右回り
の捩じれモーメントが示してある。連結部材３〜６の各
リンク結合部に、前記矢印とは反対方向の周回方向に垂
直に立っている連結面の上に歪ゲージが貼り付けてあ
る。第一フランジに属するそれぞれのリンク結合部に
は、矢印方向に向けて回る歪ゲージＤ１，Ｄ２，Ｄ３と
Ｄ４が付けてある。他方、第二フランジ２に付属する連
結部材１〜６のリンク結合部には歪ゲージＤ５〜Ｄ８が
固定されている。この場合、歪ゲージＤ１〜Ｄ８の測定
格子は連結部材の長手軸に平行に延びている。

【００２０】右回りの捩じれモーメントがフランジ１と
２に加わると、第一フランジに属する歪ゲージＤ１〜Ｄ
４が延びを受ける。他方、第二フランジ２に属する歪ゲ
ージＤ５〜Ｄ８は圧縮を受ける。

【００２１】図４には、前記歪ゲージＤ１〜Ｄ８を配線
接続した測定ブリッジが示してある。この測定ブリッジ
では、接続点８と９にブリッジ供給電圧が印加し、接続
点１０と１１の間から出力信号を取り出す。接続点８と
１１の間のブリッジ分岐部には歪ゲージＤ１とＤ３が担
持されている。他方、第一フランジに付属する他の二つ
の歪ゲージＤ２とＤ４は接続点９と１０の間の対角線上
に対向するブリッジ分岐部に設けてある。第二フランジ
２に属する歪ゲージＤ５とＤ７あるいはＤ６とＤ８は接
続点９と１１あるいは８と１０の間の互いに対向するブ
リッジ分岐部にある。

【００２２】例えば、第二フランジ２に連結する接続フ
ランジが第一フランジに連結する接続フランジより柔軟
であれば、捩じれによる変形の一部がフランジ２あるい
はこのフランジに連結する接続フランジに生じる。その
結果、歪ゲージＤ５〜Ｄ８によって検知される曲げによ
る延びは持ち分に応じて低減する。このため、連結部材
の変形は連結中心点に対して非対称になる。各連結部材
による負荷低下は、換言すれば、二つのフランジの強度
が互いにどのようにずれているかに応じて、両面に張り
付けた曲げ用桁の負荷低下と片面に張り付けた曲げ用桁
の負荷低下との間にある。

【００２３】しかし、この低減した延びは互いに符号が
等しいので、しかも一つの連結部材の対向する端部の変
形がこれ等の部分で大きくなるので、柔らかいフランジ
の変形によって生じる誤差は自動的に補償される。つま
り各連結部材のこの部材の長手方向で対向する歪ゲージ
が隣のブリッジ分岐部に装備されている。従って、二つ
の半分割ブリッジは同じ向きで等しい値に調節される。
しかし、ブリッジ全体はこの場合バランスを保ってい
る。

【００２４】この自動補償により、上記のようなフラン
ジの変形が許され、センサが比較的小さい寸法のフラン
ジで形成できる。この発明による回転モーメントセンサ
は、特に高い回転数での早い動的測定に適している。そ
の場合、出力信号の伝送は、例えば伝送コイルによる電
磁誘導結合によって行われる。

【００２５】図４によるブリッジ回路は、その場合、フ
ランジの一つ（この実施例の場合、それは第一フランジ
である）に組み込まれている。このため、第一フランジ
１に半径方向に内側にある面を回る溝１２が設けてあ
る。この溝には、配線回路が、例えば一枚のフォイル上
に形成されている配線回路が組み込んである。こうし
て、この回路は遠心力による剥離に対しても保護されて
いる。

【００２６】図２には、この発明の他の実施例が示して
ある。この図の説明では、互いに対応する部品に対して
図１と同じ記号が使用されている。この実施例では、第
一フランジ１は内部ボスとして構成されている。このボ
スはボスを半径方向に同心状に取り囲む第二フランジ２
によって保持されている。両方のフランジ１，２は周囲
に均等に配分されて半径方向に延びる４つの連結部材３
〜６によって互いに連結している。この実施例の場合で
も、フランジには相手の接続フランジをボルト止めする
ため貫通穴あるいはネジ付穴がある。

【００２７】連結部材３〜６は、図２の実施例の場合、
長手軸に沿って一定の断面を有するが、このような構成
でも、連結中心部分には、図１のように周回方向に延び
る厚みがある。周回矢印とは反対側の連結面には、図１
の構成と同じように、歪ゲージが貼り付けてある。この
場合、歪ゲージＤ１〜Ｄ４が第一フランジ１の隣接する
連結部分の中に配設されているが、歪ゲージＤ５〜Ｄ８
は各連結部材の反対側の端部に固定されている。

【００２８】歪ゲージＤ１〜Ｄ８は図４のように配線接
続されているので、この構成の機能は上記の機能に一致
する。接続フランジによる連結部材の変形の影響を防止
するため、内部ボス１は一方の方向に、即ち図の場合前
に向けて軸方向に長くしてあり、第二フランジ２は他の
方向、即ち図で後ろの方向に長くされている。従って、
それぞれ１個の巡回突起が対応するフランジと連結部材
の間に生じる。

【００２９】図３には、この発明による他の実施例が示
してある。この実施例は図２の実施例と同じ基本構造を
有する。しかし、これとの相違は、連結部材３〜６の間
の部分に半径方向に延びる４つの突起１３が形成されて
いる点にある。これ等の突起１３には、接続フランジを
固定するために使用する連結穴がある。これによって、
フランジ１をボルト止めするためより大きい分割円が生
じる。突起１３はほぼ円形リング片の断面を有し、突起
１３と連結部材３〜６の間の間隔を指定して、これ等の
突起が過負荷保護としても使用される。この保護は連結
部の変形、つまりフランジの相互の回転が最高値に達し
た時に動作する。

【００３０】第一フランジ１のモーメントの導入箇所を
半径方向に外向きに移動させることによって、力の流れ
を「角の周り」に案内し、これによって強制的に曲げモ
ーメントが連結部材３〜６の半径方向に内側に向ける端
部で、図２の場合とは明らかに異なったように導入す
る。しかし、外部フランジに対して内部フランジで異な
っているこの力の導入は、この発明による自動補償によ
って優れていて、何ら経費を費やすことなく補償され
る。この実施例でも、第一フランジの端面が一方の方向
に、また第二フランジの端面が他方の方向に連結部材を
越えて軸方向に突き出ている。

【００３１】当然、この発明は回転している回転軸の回
転モーメントの測定だけでなく、静止している回転軸の
回転モーメントの測定でも採用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による回
転モーメントセンサによって、 (1) 異なった接続フランジに連結しても、特性値の差
が生じない。

【００３３】(2) 回転モーメントセンサはできる限り
小さい外径を有し、同時に高い測定精度で少ない慣性モ
ーメントを有する。 (3) 更に、回転モーメントセンサが互いにずれている
初期トルクの状態でボルト止めされていることに鈍感で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による回転モーメントセンサの第一実
施例の斜視図である。

【図２】この発明による回転モーメントセンサの第二実
施例の斜視図である。

【図３】この発明による回転モーメントセンサの第三実
施例の斜視図である。

【図４】測定値検出器を一個の測定ブリッジに配線接続
した結線図である。

【符号の説明】

１，２フランジ３〜６連結部材７中心部分８，９，１０，１１接続点１２溝１３突起Ｄ１〜Ｄ８歪ゲージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの測定値検出器を有する
第一検出器群が所定の回転モーメントの方向で正の延び
となり、第二検出器群を形成する残りの測定値検出器器
が負の延びとなり、これ等の測定値検出器が一つの測定
ブリッジを形成していて、複数の連結部材を介して互い
に連結し、少なくとも２つの連結部材（３〜６）のとこ
ろに配設された延びを検出する少なくとも４個の測定値
検出器を有する２個のフランジ（１，２）とを備えた回
転モーメントセンサにおいて、第一検出器群（Ｄ１〜Ｄ
４）が、第一フランジ（１）に対向し、このフランジに
隣接する第一連結領域内に配設され、第一検出器群（Ｄ
５〜Ｄ８）が、第二フランジ（２）に対向し、このフラ
ンジに隣接する第二連結領域内に配設され、第一検出器
群の測定値検出器（Ｄ１〜Ｄ４）が４つのブリッジ分岐
部から成る測定ブリッジの互いに対角線上で対向する二
つのブリッジ分岐部に装備され、他方第二検出器群の測
定値検出器（Ｄ５〜Ｄ８）が同様に互いに対角線上で対
向する他の二つのブリッジ分岐部に装備されていること
を特徴とする回転モーメントセンサ。
【請求項２】前記測定値検出器（Ｄ１〜Ｄ８）は、連
結部材（３〜６）の曲げによる延びを検出することを特
徴とする請求項１に記載の回転モーメントセンサ。
【請求項３】測定値検出器（Ｄ１〜Ｄ８）は、センサ
の長手軸と当該連結部材の長手軸の共通面にほぼ平行な
連結部材（３〜６）の側面に貼り付けてあることを特徴
とする請求項２に記載の回転モーメントセンサ。
【請求項４】どの連結部材（３〜６）にも、少なくと
も２個の測定値検出器（Ｄ１，Ｄ５；Ｄ２，Ｄ６；Ｄ
３，Ｄ７；Ｄ４，Ｄ８）が装備されていることを特徴と
する請求項１〜３の何れか１項に記載の回転モーメント
センサ。
【請求項５】どの連結部材（３〜６）にも、両側にそ
れぞれ２個の歪ケージが装着されていることを特徴とす
る請求項４に記載の回転モーメントセンサ。
【請求項６】第一および第二連結部分は、それぞれ抵
抗モーメントの少ないリンク結合部状の部分として形成
され、これ等の部分の間には、周回方向に厚い寸法にさ
れた中間部分（７）があることを特徴とする請求項１〜
５の何れか１項に記載の回転モーメントセンサ。
【請求項７】両方のフランジ（１，２）は、同軸で、
互いに平行に延び、その場合軸方向に互いに間隔を置い
てあることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記
載の回転モーメントセンサ。
【請求項８】一方のフランジ（１）は、内部ボスとし
て設けてあり、このボスが同心状の第二フランジ（２）
によって波形方向に取り囲まれていることを特徴とする
請求項１〜６の何れか１項に記載の回転モーメントセン
サ。
【請求項９】内部ボス（１）は、連結部材（３〜６）
の間の中間スペースに突出した半径方向の突起（１３）
を有することを特徴とする請求項８に記載の回転モーメ
ントセンサ。