JPH06502251A - 回転軸で検出される測定値を評価するための評価装置 - 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】 回転軸で検出される測定値を評価するための評価装置本発明は、請求項１に包括 的に記載されるように、回転軸で検出される測定値を評価するための評価装置（ ｅｖａｌｕａｔｉｃｎ　ｍｅａｎｓ　）に関するものである。この装置を構成す るものとしては、測定値をこの値に応じた回転角度値に変換するための回転角度 変換器、及び第一のカウント回路とセンサ手段とを含み、この回転角度変換器と 相対的に回転し、回転角度値を検出してそこから測定値を導き出すための回転角 度値用の検出手段とがある。

さらに本発明は、請求項２に包括的に記載されるように、入力側軸要素と出力側 軸要素との間に伝達されるトルクを計測するために用いられるトルク検出装置に 関するものである。この装置を構成するものとしては、これらの両軸要素間に配 置されており、かつ伝達されるトルクに応じてこの両軸要素に相対的な角度位置 の捩れを生しさせる弾性接続手段と、両軸要素に接続されており、この両軸要素 の角度位置の捩れに応じて検出可能な回転角度値を生じさせるために用いられる 回転角度変換器、及び、第一のカウント回路とセンサ手段とを含み、この回転角 度変換器と相対的に回転し、回転角度値を検出してそこからトルクを導き出すた めの回転角度値用の検出・評価手段とがある。

ドイツ特許出願（ＤＥ）３１４２６０３ＡＩの包括的な項目には、回転軸て検出 される測定値かこの軸に作用しているトルクである場合の評価装置か開示されて いる。この公知のトルク検出装置には、入力側及び出力側軸要素の間に配置され 、かつ伝達されるトルクに応じてこれら両軸要素に相対的な角度位置の捩れを生 じさせる弾性接続手段と、二つのディスクから成り、それらか相互に相対回転し 、各々はその第−及び第二の半径域に設けられた複数の切り欠き部を存する回転 角度変換器とか具備されている。検出手段には、連続的に光を発生するために用 いられ、二つのディスクの一方の側に配列される二つの発光ダイオードに加えて 、これら二つのディスクの他方の側に配列された二つのフォトトランジスタも具 備されている。

軸か一回転する間、第一の発光ダイオードから二つのディスクの切り欠き部を通 って、第一のフォトトランジスタまで伝達される光パルスの数は、二つのディス クの各々の切り欠き部の重なり具合によって決まるものであり、この切り欠き部 は、一回転の間に伝達される光パルスの数か軸要素の角度位置の捩れに応じて決 定されるように位ｉｌ！付けられている。第二の発光ダイオードとフォトトラン ジスタの一対は、参照用のパルスを発するために用いられる。発せられたパルス 信号はカウンターに供給され、このカウンターは、第一の発光ダイオードとフォ トトランジスタの一対の出力信号によってカウントを行い、他方の発光ダイオー ドとフォトトランジスタの一対の出力信号イこよってリセットされる。このよう なトルク測定手段によって達成されつる計測精度と分解能は各々二つのディスク に設けられた複数の窓開口部の数と製作精度による制約を受けざるをえない。す なわち、この公知のトルク検出装置の二つのディスクの大きさか許容範囲内であ り、必要とされる窓の数を充足したものであったとしても、精密なトルク測定手 段として用いるのに相応しいものにはなり得ない。また、この公知の評価装置は 、トルク以外の数値を回転軸で検出する場合には適用できない。

しかしながら、多くの有用な技術分野において、回転軸で検出された測定値、例 えば温度、圧力、エネルギーもしくはその他の重要な値を、簡便ではあるか正確 な方法で検知し、通常は安定した位置にある評価装置によってその値を測定もし くは評価するということか広く待望されている。

一例として挙げれば、自動車の技術分野では、車のタイヤの空気圧を僅かな費用 で検出し、その検出された空気圧をダツシュボード上で運転者に示すことができ れば望ましいと言われている。現在までのところ、そのように回転軸で検出され た測定値を評価するためのシステムは極度に複雑なものであり、従って通常はプ ロトタイプの場合においてのみ使用か適当とされている。このシステムの典型的 なものは、回転軸上に配置された光学的もしくは電子工学的な伝送装置を有して おり、この装置によって検出された測定値を表す信号か静止位置の受取装置に伝 達されるものである。

この先行技術を基礎として、本発明により達成されるべき目的は、回転軸で検出 される測定値を評価するために用いられ、簡単な構造ではあるか、完全なデジタ ル測定技術に根ざした高い分解能に到達　゛している評価装置を提供することに ある。

この目的は、本発明の請求項１に記載の評価装置によって達成することかできる 。

本発明によって達成されるべきもう一つの目的は、簡単な構造ではあるが、完全 なデジタル測定技術に根ざした高い分解能に到達している、冒頭で示した型のト ルク検出装置を提供することにある。

この目的は、本発明の請求項２に記載のトルク検出装置によって達成することが できる。

本発明の好適な実施例は従属項において開示されている。

以下において、本発明の二つの好適な実施例を添付の図面を参照しなから詳細に 説明していくものとする。これら図面のうち、図１は、本発明に係る評価装置の 考えつる第１実施例として、接線方向に配置された空気圧用の圧力計ピストンを 備えた自動車の車輪の概略側面図であり、 図２は本発明に係る評価装置のブロック図であり、図３は、本発明に係る評価装 置の考えつる第２実施例として、ブレーキトラム用のバイメタル温度測定装置で あり、図４はトルク検出装置の形をとった本発明による評価装置の第３実施例、 及び、 図５はトルク検出装置の形をとった本発明による評価装置の第４実施例である。

図１と図２を参照しなから、回転軸で検出される測定値を評価するために用いら れ、全体として参照符号Ｉか付与された本発明による評価装置の第】実施例を、 以下のように詳細に説明していくものとする。

本発明による評価装置ｌの第１に必須の要素は、検出された測定値に応じて、そ の検出された測定値を回転角度値に変換するための回転角度変換器で構成される 。図１の自動車のタイヤの空気圧計測に関する例の場合、回転角度変換器は圧力 計ピストン２の形をとっており、自動車の車輪３上の円部形透視ガラス（ｓｉｇ ｈｔ　ｇユａｓｓ　）　５内で、タイヤ４に対してほぼ接線方向に配置されてい る。圧力計ピストン２の上昇は空気圧によって決まってくる。圧力計ピストン２ か接線方向に配置されているため、測定角度α８はピストンで覆われる範囲とこ のピストンの上昇との各々によって計測され、その測定角度は空気圧にほぼ比例 している。

参照用角度α、は、図示例の場合では、圧力計ピストン２のハウジング固定部１ ｔ６の間の接線方向距離によって計測されるが、図示される実施例の他に、その 他のいがなる参照用角度値に変更することも可能である。例えば、もし参照用角 度を３６００にすれば、円の周上に印を一つ付けるたけでよいことになる。

赤外線発信素子１０及びそれと一対になっている受信素子１１は、自動車の車輪 ３の回転変位の影響を受けないように配設されており、これら発信及び受信素子 １０．ＩＩは、測定角度α８と参照用角度α、の両方を検出てきるように配置さ れている。

図１によって示される実施例の他に、光学的もしくは磁気的に作用する素子を発 信及び受信素子１０．ＩＩとして用いることも可能である。

しかしながら、図１に示される適用例において、発信素子１０及び受信素子１１ は、光の遮断によって角度を検出する場合には圧力計ピストン２の軸方向両側に 対向して配置され、光の反射によって角度を検出する場合には圧力計ピストン２ に対して同一側に配置されるため、赤外線を用いるのか望ましい。

図２からも理解できるように、評価装置は、発信素子１ｏ及び受信素子１１に接 続されかつ第１パルス信号源１３を含む検出手段１２を有している。

本発明の第１実施例においては、このパルス信号源１３か発信素子ＩＯを励起す るために作用し、これによって発信素子１０かパルス状の赤外線光の形をとった パルス信号を供給する。更に、検出手段１２は受信素子１】の下流側に接続され る第１カウント回路１４を存している。つまり、発信素子１０がパルス信号によ って作動する本発明の実施例においては、第１カウント回路１４か受信素子１１ によって受信されたパルスの数をカウントすることになる。

さらに検出手段１２は、参照用角度Ｓ１か走査されている間、第１パルス信号源 １３によって供給されるパルスをカウントするための第２カウント回路１５を含 んでいる。既に述へたように、参照用角度α、の大きさは自由に選択することか 可能である。図１及び図２による実施例においては、受信素子１１によって検出 される周期的なパルス信号の１周期において、第２カウント回路１５かその中に 存在する各々のカウントを供給することにより、参照用角度α。

か検出される。第２カウント回路１５の読み込みとリセットは、例えば受信され た一連のパルス信号の各々最初のパルスによって行うことかできる。

記載されている実施例のほかに、参照用角度α、の走査を行うために必要な時間 を第２カウント回路１５によっても検出することかできる。その際、このカウン ト回路１５には第２パルス信号源によってカウントパルスか供給される。

両カウント回路１４．１５の次には、第１カウント回路１４の第１カウントと第 ２カウント回路１５の第２カウントとの商を基にして測定値を算出する除算部１ ６か設けられ、図１による実施例の場合、この測定値は空気圧に相当している。

二つのカウント回路１４．１５に加えて、除算部１６もマイクロプロセッサによ って達成することか可能であることは、当該技術分野の当業者にとって明白であ ろう。

除算部１６の次には、検出された測定値かその上に表示される表示装置１７か設 けられ、図１による実施例の場合、この測定値はタイヤの空気圧である。

上記の記載から、本発明による測定値検出に際しては、まず最初に任意の物理的 な値を回転角度値へ転換することが必要であることは明白であろう。この回転角 度値はセンサて検出されるようになっており、図示された実施例の場合は、圧力 計ピストン２の上昇位置によって示されるようになっている。この回転角度値は 第１タイム信号に変換されるが、図示される実施例の場合においては、速度と測 定角度α８によって決定される。第２タイム信号は、参照用角度に亘って、軸と センサ手段１０．１１の間で相対的な回転α、か起きるのにかかる時間を表すも のである。この第２タイム信号は第２カウントに対応している。測定値を表す数 値は、これら二つのデジタルで検出された数値の商をめることによって得られる ものである。

第１カウントを形成するために、発信素子ｌＯを第１パルス信号源によって生成 されるパルス信号によって必ずしも励起する必要はない。第１発信素子１０は連 続的に発信するようにせしめておき、測定角度α８を検出する際に受信素子１１ が連続的に“ノ＼イ“信号を供給するようにし、その信号によってゲート（図示 せず）を開閉するように制御し、パルス信号がこのゲートを介して第１パルス信 号源１３から第１カウント回路１４に直接供給されるように構成することも考え られる。

当該技術分野の当業者には明白なことであろうが、図１に示される本発明による 原理の応用、すなわちこの原理を自動車の車輪３での空気圧測定という回転軸で 検出される測定値の評価に適用することは、限定的なものではない。本発明によ る原理は、回転軸で検出され、回転角度値α８に変換せしめられるあらゆる測定 値の評価に適したものである。

本発明による原理を用いて、異なった測定値を回転軸で検出する場合の一例を図 ３を参照しながら以下の如く説明する。この図は自動車のブレーキドラム２０の 一部を概略的に表すものであり、このブレーキドラムはハブ２４の軸のまわりを 回転するように配置されている。この事例において目的とする測定値は、自動車 ブレーキドラム２０の温度てあり、この温度はバイメタルはね２１によって回転 角度値に変換される。第１ブレーキトラム温度に対応する第１位置にあるバイメ タルばね２１は実線で示され、第２ブレーキドラム温度に対応する第２位置にあ る場合は破線で示されている。この第２位置において、バイメタルばねは参照符 号２１′を付与されている。

さらに、ブレーキトラムには光学的に検出可能なマーク２２，２３か取り付けら れている。発信及び受信素子１０．ＩＩによって、第１マーク２２と第１位置に あるバイメタルばね２１との開の第１温度に対応する第１測定角度α□、と、第 １マーク２２と第２位置にあるバイメタルばね２１’　の間の第２温度に対応す る測定角度αＭ２と、二つのマーク２２，２３の間の参照用角度α、とを検出す ることか可能となる。

この場合においても評価装置は、図２に示される構成をとることかできる。

回転軸で検出される測定値を評価するために用いられる本発明による評価装置に おいて、この分解能は使用される第１パルス信号源の周波数と使用されるカウン ト回路の計数能力とによって決定されるため、実際に所望の高さの分解能のもの を実現することかできる。

本発明による評価装置は無接触状態で作動する。従って、磨耗の影響を受けるこ とは全くない。

さらに、本発明による評価装置は、実際に任意の高速もしくは低速の回転軸にお いても同様に効率的に作動することができる。

図４及び図５を参照しながら、本発明によるトルク検出装置を以下に説明する。

図４から理解できるように、全体的な参照符号３１を付与されたトルク検出装置 は、二つのディスク３３．３４を有する回転角度変換器３２を含んでいる。これ らのディスク３３．３４は各々図４の右側の図に示されるような形状を育し、少 なくとも一つの円弧窓３５及び３６を含むことか可能である。回転角度変換器３ ２の第１デイスク３３は入力側軸要素３７に接続されており、第２デイスク３４ は出力側軸要素３８に装着されている。回転軸のトルク測定に関して本発明の利 用か可能である一分野においては、入力側軸要素３７は駆動要素であり、出力側 軸要素３８は被駆動要素となる。

二つの軸要素３７．３８の間には、これら二つの要素を捩り弾性をもって接続し 、図示される実施例の場合にはばねの形をとっている手段３９か具備されている 。円弧窓３５．３６の部位では、発信素子ｌＯと受信素子ＩＩとか軸方向で互い に対向するように配置されている。図示されている例の場合、発信素子１０は発 光ダイオードの形をとる電子光学的発信素子である。本発明のこの実施例の場合 、受信素子１１はフォトトランジスタの形をとる光電受信素子である。これらの 素子は信号を供給するためのセンサ手段として機能し、発信素子１０と受信素子 １１の間に信号の伝達が行われたか否かを示すものである。二つの円弧窓３５及 び３６によって規定され、かつその角度の大きさか作用しているトルクによって 決定される窓部かこの素子１０及び１１の間に位置している場合は、信号伝達か 行われることになる。

以上に記載された実施例以外に、発信素子ｌＯ及び受信素子１１を磁気もしくは 電気信号を伝達するのに適した構成とすることも可能である。

このトルク検出装置は、図２に記載された型の検出・評価手段１２を含んでおり 、この検出・評価手段１２は、発信素子ＩＯたけてなく受信素子１１にも接続さ れている。

除算部１６は、第１カウント回路１４の第１カウントと第２カウント回路１５の 第２カウントとの商を基にして、軸要素３７及び３８の間に伝達される瞬間的な トルクを算出する。

この除算部Ｉ６の次には、検出されたトルクを第１表示部１８に表示する表示装 置１７かある。除算部１６を有しているマイクロプロセッサ１６は、速度と反比 例する第２カウントを基にして、結果的に速度を計測することも可能であり、こ の速度は表示装置１７の第２表示部に表示されることになる。さらにマイクロプ ロセッサ１６は速度とトルクを掛は合わせることによって動力を導き出すことか できるか、この動力は第３表示部に表示されることになる。

上記の記載から、本発明によるトルク検出の概念においては、まず第１に、トル クを回転角度値に変換することが必要であるか、この値はセンサで検出するよう になっており、図示される実施例の場合、この回転角度値は、相対的に回転する 二つの円弧で３５及び３６に規定される窓部に対応するものであることは、明白 であろう。

この回転角度値は、図示される実施例の場合、第１カウントに対応する第１タイ ム信号に変換されるものである。第２タイム信号は、参照用角度に亘って、軸と センサ手段ＩＯ及び１１の間で相対的な回転か起こるのにかかる時間を表すもの である。この第２タイム信号は第２カウントに対応している。トルクは、これら 二つのデジタル検出された数値でめた商を基にして得られる。

図４に関して記載された実施例において、センサ手段１０及び１１は静止状態で あり、その一方て軸要素３７及び３８は回転している。

以下に続く記載と図５を参照することによって明らかなように、本発明によるト ルク検出装置は、静止状態の軸に作用するトルクを検出しなければならない場合 においても採用しうることは、明白に理解しつるであろう。この場合のセンサ手 段ＩＯは、駆動手段の力を借りて軸のまわりを参照用角度に亘って回転する。図 ５によるこの実施例において、駆動手段はつオーム４２を駆動させるためのモー タ４１として表されており、このモータ４１によって歯環４３は軸のまわりを回 転し、センサ手段ｌＯ及びＩＩは歯環上を案内される。第１カウントは、図４に 記載された実施例の場合と同様の方法で形成される。参照用角度を走査するのに かかる時間のパルス数もしくは時間に関する第２カウントは、この実施例の場合 、例えばパルス信号源１３と第２カウント回路１５の間に配置されたゲートを制 御して、モータ４１が駆動力を発生している間はゲートを開にようにすることに よって構成することかできる。

当該技術分野の当業者にとっては、本記載において使用されている用語、及び二 つの軸要素の間の弾性接続手段の表現か、その両端か軸要素を規定し、その主部 は弾性装置であるような、本質的に弾力性を持つ軸の使用をも含んでいることは 明白であろう。

更に、第１及び第２カウント回路のための別々のセンサ要素によって、センサ手 段を構成することも可能である。この場合のセンサ要素は、軸上に間隙をおいて 配置することかできる。

本発明によるトルク検出装置によって、分解能の高いトルク検出を行うことが可 能となり、この分解能は、使用される第１パルス信号源の周波数と使用されるカ ウンターの計数能力によって決定されるので、実際に所望の高さの分解能のもの を実現することか可能である。本発明によるトルク検出装置は、無接触の状態で 作動し、計測原理が完全にデジタルであるため、いかなる抵抗歪みゲージあるい は他のいかなるアナログセンサをも必要としない。

本発明によるトルク検出装置は、全てのモータ、駆動装置、及び伝達装置の場合 において用いることが可能である。本発明によるトルク検出装置は、非常に簡単 な構造でありなから、それにもかかわらず高いｉｌｌ定精度を実現している。

本出願において用いられる「回転軸」という用語は、評価装置の位置に対して、 検出されるべき値の計測位置が相対的に回転せしめられるような構造になってい るもの全てを含むことを意図したものである。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３ ぐ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成５年５月１３臼

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸で検出される測定値を評価するために用いられ、検出される測定値を その測定値に応じた回転角度値（αＭ）に変換するための回転角度変換器（２− ６；２１−２３）と、第１カウント回路（１４）とセンサ手段（１０，１１）と を含み、上記回転角度変換器（２−６；２１−２３）に対して相対的に回転する ように構成され、回転角度値を検出してそこから測定値を導き出す回転角度値用 の検出手段（１２）とを備えた評価装置であって、上記検出手段は第１パルス信 号源（１３）を含むこと、上記センサ手段（１０，１１）は回転角度変換器（２ −６；２１−２３）に対して相対的に移動しながら回転角度値（αＭ）の検出を 行い、その検出時間の間に、第１パルス信号源（１３）によって供給されるパル スを第１カウント回路（１４）にカウントさせるように構成されていること、 上記検出手段は、参照用時間の間、上記第１パルス信号源もしくは第２パルス信 号源（１３）によって供給されるパルスをカウントする第２カウント回路（１５ ）を含んでおり、この参照用時間とは、センサ手段（１０，１１）が回転角度変 換器（２−６；２１−２３）に対して参照用角度（αＲ）に亘って相対回転を行 うために要する時間であること、及び、 検出手段（１２）は、第１カウントの第２カウントに対する商を求めることによ り測定値を導き出すことを特徴とする評価装置。
2. ２．入力側軸要素（３７）と出力側軸要素（３８）との間に伝達されるトルクを 計測するために用いられ、両軸要素（３７，３８）の間に配設され、伝達される トルクに応じて両軸要素（３７，３８）に相対的な角度位置の捩れを生じさせる 弾性接続手段（３９）と、 両軸要素（３７，３８）に接続されており、この両軸要素（３７，３８）の角度 位置の捩れに応じて検出可能な回転角度値を生成するために用いられる回転角度 変換器（３２）と、第１カウント回路（１４）とセンサ手段（１０，１１）とを 含み、回転角度変換器（３２）に対して相対的に回転するように構成され、回転 角度値を検出してそこからトルクを導き出す回転角度値用の検出・評価手段（１ ２）とを備えたトルク検出装置であって、上記検出・評価手段は第１パルス信号 源（１３）を含むこと、上記センサ手段（１０，１１）は、このセンサ手段（１ ０，１１）か回転角度変換器（３２）に対して相対的に移動しながら回転角度値 （αＭ）の検出を行い、その検出時間の間に、第１パルス信号源（１３）によっ て供給されるパルスを第１カウント回路（１４）にカウントさせるように構成さ れていること、上記検出・評価手段は、参照用時間の間、上記第１パルス信号源 もしくは第２パルス信号源（１３）によって供給されるパルスをカウントする第 ２カウント回路（１５）を含んでおり、この参照用時間とは、参照用角度に亘っ て、センサ手段（１０，１１）が回転角度変換器（３２）に対する相対的な回転 を行うために要する時間であること、及び、 検出・評価手段（１２）は、第１カウントの第２カウントに対する商からトルク を導き出すことを特徴とするトルク検出装置。
3. ３．上記第１パルス信号源（１３）はセンサ手段（１０，１１）の発信素子（１ ０）に接続されていること、上記センサ手段（１０，１１）はさらに受信素子（ １１）を有していること、 上記第１カウント回路（１４）は受信素子（１１）の下流側に接続されているこ と、及び、 上記発信素子（１０），受信素子（１１）及び回転角度変換器（２−６；２１− ２３，３２）は、受信素子（１１）の回転角度変換器（２−６；２１−２３，３ ２）に対する相対的な瞬間的回転位置が回転角度値（αＭ）内にある場合のみ、 発信素子（１０）から受信素子（１１）ヘパルスが伝達されるように配設されて いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. ４．上記センサ手段（１０，１１）の次には第１パルス信号源（１３）と第１カ ウント回路（１４）との間に配置されたゲート回路が設けられ、このゲート回路 は、センサ手段（１０，１１）が回転角度値（αＭ）を検出する時、これらの構 成要素を互いに連結することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置 。
5. ５．上記回転角度変換器は温度を軸の角度に変換するための手段（２１）である ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の装置。
6. ６．上記温度変換手段はバイメタルばね（２１）を備えていることを特徴とする 請求項５に記載の装置。
7. ７．上記回転角度変換器は空気圧を車の車輪（３）の角度に変換するための手段 （２−６）を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに 記載の装置。
8. ８．空気圧変換器は圧力計ピストン（２）を備えており、このピストンが空気圧 を測定すべきタイヤ（４）の接線方向に配設されていることを特徴とする請求項 ７に記載の装置。
9. ９．回転角度変換器は二つのディスク（３３，３４）を備えており、これらディ スクは軸要素（３７，３８）にそれぞれ接続されており、両ディスクがそれぞれ 共通の窓（３５，３６）を有し、この窓の角度が軸要素（３７，３８）の角度位 置の捩れを表す回転角度値であることを特徴とする請求項２ないし請求項８のい ずれかに記載の装置。