JPH07505226A - 回転運動を伝達するためのギア伝動装置でトルクを測定するための装置 - 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】 、回転運動を伝達するためのギア伝動装置でトルクを測定するための装置 本発明は、はす歯を備えたスパーギアによって出力が伝達される形式の回転運動 を伝達するための伝動装置でトルクを測定するための装置に関する。

公知のトルク測定装置は測定軸を含んでおり、測定軸はギア伝動装置のギアトレ ーンで出力伝達のために配置されている。測定軸にはこの測定軸のねじり角の発 信器が２つ所定の軸方向距離を置いて配設されている。ねじり角は測定されるト ルクに比例的である。

西ドイツ国特許公開第２８１５４６３号公報および西ドイツ国特許第３１１２７ １４号明細書、フランス国特許第１５９６８３３号明細書および英国特許第６４ ４２３４号明細書には上記の距離を置いて各２つの測定ギアが測定軸に固定され ており、ギアは測定機能の他に出力の伝達に使用することもできる。測定ギアの 歯はセンサの側を通過するときに電気パルスを発生し、該パルスのトルク依存性 位相シフトが評価装置で測定される。

同様にして角度差原理によって働く装置が東ドイツ国特許第２５７４８８号明細 書に記載されており、この装置では駆動軸のねじり角の算出のために軸端に各１ つの回転角度発信器が連結されている。

これらの構成では測定ギアの歯に対面したセンサが半径方向の付加的な取付はス ペースを必要とすること、トルク依存性位相シフトの測定が回転数依存的に行わ れなければならず、このことが評価装置内での手間を増やすこと、かつ測定装置 の感度および精度が測定ギアの数とピッチ精度に依存しているかまたはこれらが ねじり剛性の小さな測定軸によって改善することができるが、これには伝達され る出力と増大する振動する傾向に限界があることが欠点である。

その他の公知のトルク測定装置は、力の測定装置、特に歪ゲージと一緒に働き、 歪ゲージは測定軸受内にまたは出力を伝達する駆動ギアの歯部内に直接配置され ている（西ドイツ国特許第２３２６５８２号明細書）。これらの装置は、このよ うな測定軸受の剛性が同一の取付はスペースを持つ従来の軸受の剛性よりも小さ いのが欠点である。さらに測定軸受を受容する機枠の剛性が測定軸受の大きな所 要取付はスペースのために低下せしめられ、その結果測定軸受の組込みによって 動的な電動装置特性の総じて不都合な変化が生じる本発明の課題は、ギアトレー ン内で伝達されるトルクの直接的な測定を可能にし、かつ軸受装置および伝動装 置部材の高い剛性を保証するトルク測定装置を提供することである。

この課題は本発明によれば、互いに噛合った、少なくとも３つの、はす歯を有す るスパーギアを備えたギア伝動装置のためのトルク測定装置において、少なくと も１つのギアで機枠固定の距離センサがこのギアの端面に対面しており、距離セ ンサが評価装置と接続されていることによって解決される。

本発明は、軸ないしはギアの変形を測定することによってトルクの測定を可能に する。スパーギアのはす歯形成によってスパーギアの周面には接線方向の力とと もに測定ギアの回転軸線の方向の力も生じる。これらの軸方向の力は軸およびギ アを曲げる。この屈曲量を測定することによってトルクを評価装置で算出するこ とができる。

２対の距離センサが設けられており、各対が測定ギアの回転軸線に対して垂直の １平面内の歯元円の内側の仮想円円周上に配置されていると、測定装置の高い感 度に関して有利である。

測定ギアのみそすり運動によるエラーは、距離センサ対の信号を評価装置内で無 負荷状態で測定された測定量を用いて位相関係適正に（ｐｈａｓｅｎｒｉｃｈｔ ｉｇ）補正することによって除くことができる。

ギア変形および軸変形から最適な測定値を得る点では、第１の距離センサ対が、 はす歯を設けられたスパーギアの平行な軸線に対して垂直に延びていて、かつ測 定ギアおよび隣接の各ギアの軸線と上記の平面との交点を通る直線上に配置され ていると有利である。

第２の距離センサ対は、同様にして平行な軸線に対して垂直に延び、かつ測定ギ アの軸線と上記の平面との交点を通り、かつ第１の対の対称軸線を成す直線上に 配置される。

感度を高める別の方法は、各距離センサにさらに別の距離センサが測定ギアに対 して反対側の等距離の所に配設されており、これらが同様に評価回路に接続され ていることである。

伝動装置における出力制御については、評価回路がマルチモータ駆動装置の制御 装置と接続されていると有利である。

本発明の実施例が図面を基に以下で詳説される。

図１ははす歯を設けられたスパーギアを備えた伝動装置における示力図である。

図２は距離センサの配置を示した図である。

図３は感度を高めるためのセンサの配置を示した図である。

図４はマルチモータ駆動装置内の信号処理を示した図である。

出力（これはギア伝動装置によって伝達される）の制御にはトルクの測定が必要 である。特にその下部装置が複数のモータによってギア伝動装置を介して駆動さ れる機械ではモータ間で最適な出力分配を達成する置の少なくとも１つの適切な 箇所で測定する必要があろう。

図１にはギア１．２．３の側面図および平面図が示されており、これらははす歯 ４を備えている。軸８゜９．１０の軸線５，６．７は平行であり、かつ固定の距 離を持っている。ギア１，２．３を介して出力が伝達される場合にはギアにおい て接線方向の力１１および１２が、並びにはす歯のために軸線方向の力１３およ び１４が生じる。本発明の測定装置は、力１３．工４によって軸８，９．１０お よびギア１，２．３で生じる弾性変形が測定されることを基礎としている。

そのためには図２に示されているように２対の距離センサ１５，１６および１７ ．１８がギア２（これが測定ギアとして用いられる）の端面に対面している。

第１の距離センサ１５，１６対は側面図でみてギア１および２ないしはギア２お よび３の交点を結んだ結合線上のギア２の歯元円円周近傍に位置している。第２ の距離センサ１７．１８対は第１の距離センサ１５゜１６対の対称軸線２１上に ある。感度を高めるためには機枠２２内に不動に取付けられた各距離センサ２３ にもう１つの距離センサ２４がギア２に対して反対側に配設せしめられる。この 距離センサも同様に保持部材２５内に不動に取付けられており、保持装置は機枠 ２２と固定的に結合されている。距離センサ１５，１６はギア２の変形を検出し 、かつ距離センサ１７，１８は軸９の屈曲を検出する。

図４には本発明による測定装置を２つ備えたマルチモータ駆動装置のための信号 処理図が示されている。

この図によればモータＭ＋およびＭ２によって発生された出力Ｐ１およびＰ２は ギア２６および２７の軸を介してギア伝動装置２８内へ供給される。ギア伝動装 置にははす歯を設けられた中間ギア２９も含まれている。ギア２６．２７の端面 ３０，３１にはそれぞれ距離センサ３２，３３が対面し、距離センサは振動器３ ４．３５を介して評価回路３６と接続されている。評価回路３６には制御装置３ ７が続いており、制御装置はモータＭ１およびＭ２と接続されている。距離セン サ３２．３３としては任意の有利には無接触、高精度、高解像のセンサ、例えば 誘導発信器、渦電流発信器またはレーザ三角測量センサが好適である。トルクの 絶対値を算出するには校正が必要である。幾何学的偏差に帰因し、測定を誤らせ るギア１，２．３ないしは２６．２７のみそすり運動エラーは評価回路３６内部 で距離センサ１５，１６．１７．１８ないしは３０．３２からの測定値の位相関 係適正な（ｐｈａｓｅｎｒｉｃｈｔｉｇ）減算によって除くことができる。２つ 以上の距離センサ１５．１６．１７．１８ないしは３０．３２をギア１゜２．３ ないしは２６．２７の端面に対面させて配置したことによって測定装置の感度を 個別の測定信号の極性正しい結合および２つの反対側に位置したセンサ２３．２ ４の適切な配線によって高めることができる。

長期間の測定では、測定ギア２ないしは２６．２７が任意の、既知の回転角度位 置に位置した、休止状態の無負荷のギア伝動装置で測定することによって測定装 置のゼロ設定を行うことができ、これにより長期にわたって安定な絶対値測定が 保証される。評価回路３６のアウトプットで得られた、トルクに関する信号は制 御装置３７のインプットに供給され、制御装置はモータＭ、およびＭ２によって 出される出力をトルクの量および方向に依存して制御する。

Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．平行の軸線を有し、互いに噛合った、少なくとも３つの、はす歯を設けられ たスパーギアを備えた回転連動を伝達するためのギア伝動装置でトルクを測定す るための装置において、ギア（１，２，３；２６，２７）の少なくとも１つで少 なくとも１つの距離センサ（１５，１６，１７，１８；３０，３２）がこのギア （１，２，３；２６，２７）の端面（３０，３１）に対面しており、距離センサ （１５，１６，１７，１８；３０，３２）が機枠に固定的に取付けられており、 かつ評価回路（３６）と接続されていることを特徴とする、回転運動を伝達する ためのギア伝動装置でトルクを測定するための装置。 ２．２対の距離センサ（１５，１６，１７，１８）が設けられており、各対が平 行な軸線（５，６，７）に対して垂直な平面内で歯元円円周近傍の仮想円円周上 に配置されている、請求項１記載の装置。 ３．第１の対の距離センサ（１５，１６）がそれぞれ平行な軸線（５，６，７） に垂直に、ギア（２）および隣接の各ギア（１，３）の軸線（５，６，７）と上 記の平面との交点を通って延びる直線（１９，２０）上に配置されており、かつ 第２の対の距離センサ（１７，１８）がそれぞれ平行な軸線（５，６，７）に垂 直に、ギア（２）の軸線（６）と上記の平面との交点を通って延び、しかも第１ の対の対称軸線（２１）を成す直線（２１）上に配置されている、請求項２記載 の装置。 ４．各距離センサ（２３）に、ギア（２）に対して反対側に等距離に別の距離セ ンサ（２４）が配設されており、別の距離センサ（２４）が同様にして評価回路 （３６）と接続されている、請求項２記載の装置。 ５．評価回路（３６）がマルチモータ駆動装置のための制御装置（３７）と接続 されている、請求項１記載の装置。