JPH11241957A - 微小トルク検出手段及びそのシステム - Google Patents

微小トルク検出手段及びそのシステム

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JPH11241957A
JPH11241957A JP6064898A JP6064898A JPH11241957A JP H11241957 A JPH11241957 A JP H11241957A JP 6064898 A JP6064898 A JP 6064898A JP 6064898 A JP6064898 A JP 6064898A JP H11241957 A JPH11241957 A JP H11241957A
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JP
Japan
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electromagnetic clutch
rotating body
rotating shaft
rotating
detecting means
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Withdrawn
Application number
JP6064898A
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English (en)
Inventor
Nobutaka Sato
伸孝 佐藤
Shigeru Ogura
茂 小倉
Kazuya Nakamura
一也 中村
Kakuo Yoshinari
赫夫 吉成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Namiki Precision Jewel Co Ltd
Original Assignee
Namiki Precision Jewel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粘性トルク及び摩擦トルクの測定精度の向
上、測定の安定化を目的とする。 【解決手段】 それぞれ回転軸の同一円周上、180゜
の位置に設置された、一対の非接触型変位センサーと、
同センサーからの変位出力信号の和を出力する加算演算
器と、同加算演算器から出力される回転軸固有の円周方
向信号の周期あるいはパルス幅、位相の認識、各種演算
を行う演算器からなり、定常回転している回転軸を、そ
の回転体の慣性力のみで自走回転させ、自走開始点から
停止点までの時間と回転角との関係から、粘性トルク及
び摩擦トルクを導出する。また、磁性材料からなる回転
体と軸受のみの被測定物構成において、回転体に動力を
伝達する手段として、電磁クラッチを用い、定常回転し
ている回転体を自走回転させる際、電磁クラッチコイル
に略正弦波電流を通電しながら、回転軸延長線上を反回
転体側に電磁クラッチをスライドさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばミリマシー
ン以下の小型モータ、あるいは小径の回転体と軸受との
間の粘性トルクあるいは摩擦トルクの測定に用いられ
る、微小トルク測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、モータのトルクは、モータが負
荷に与えることができる有効トルクと、軸受、刷子−整
流子の摺動に起因した摩擦トルク、風損等に起因した粘
性トルクからなる。
【0003】発明者らは、被測定回転体が非常に小型で
あっても、測定時の測定器の影響を解消でき、測定精度
の向上を実現した粘性トルク・摩擦トルク検出手段を特
願平9-326928にて提案している。この微小トルク検出シ
ステムは、例えばレーザ変位計、静電容量型変位計など
の非接触型変位センサーと、同センサーからの変位出力
信号の周期あるいはパルス幅、位相の認識、各種演算を
行うための演算器より構成され、基本的に用いる非接触
型変位センサーは1つである。
【0004】また、磁性材料からなる回転体と軸受のみ
の被測定物構成の場合には、外部駆動機構を設ける必要
があり、回転体が磁性材料からなる場合、被測定物の小
型にともなう空間的制限も考慮し、電磁クラッチにより
動力を外部より伝達するのが有効で、電磁クラッチコイ
ルへの通電を遮断すると同時に、電磁クラッチを回転体
から離すことにより、回転体を自走させることができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非接触
型変位センサーからの出力信号には、回転軸の円周方向
の表面形状及びその微小粗度情報に加え、回転時の軸の
振れ回りに起因した変位変動を含んでしまうため、従来
構成では、特に回転軸のL/D比(長さと外径の比)が
大きい場合には、軸振れ成分の影響が無視できず、回転
軸固有の円周方向信号の検出感度が低下するという欠点
を有していた。
【0006】また、磁性材料からなる回転体と軸受のみ
の被測定物構成の場合、長時間にわたり、電磁クラッチ
を用いて外部動力を回転体に伝達していると、磁性材料
からなる回転体が帯磁してしまい、回転体を自走回転さ
せるために、電磁クラッチコイルへの通電を遮断すると
同時に、電磁クラッチを回転体から離そうとしても、回
転体が電磁クラッチに追従してしまい、 測定できなく
なる場合があった。
【0007】本発明は、発明者が既に出願している前述
の特願平9-326928をさらに発展させ、粘性トルク及び摩
擦トルクの測定精度の向上、測定の安定化を目的とした
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、回転軸の円周方向の表面形状及びその微
小粗度情報を、リアルタイムで連続的に出力し、それぞ
れ回転軸の同一円周上、180゜の位置に設置された、
一対の非接触型変位センサーと、同センサーからの変位
出力信号の和を出力する加算演算器と、同加算演算器か
ら出力される回転軸固有の円周方向信号の周期あるいは
パルス幅、位相の認識、各種演算を行う演算器からな
り、定常回転している回転軸を、その回転体の慣性力の
みで自走回転させ、自走開始点から停止点までの時間と
回転角との関係から、粘性トルク及び摩擦トルクを導出
するものである。
【0009】また、磁性材料からなる回転体と軸受のみ
の被測定物構成において、回転体に動力を伝達する手段
として、電磁クラッチを用い、定常回転している回転体
を自走回転させる際、電磁クラッチコイルに略正弦波電
流を通電しながら、回転軸延長線上を反回転体側に電磁
クラッチをスライドさせるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の骨子となる微小ト
ルク測定システムについて説明する。まず、回転角の認
識手段は、発明者らがすでに出願した特願平9-296365に
て、また微小な粘性トルク及び摩擦トルクの検出手段は
前述の特願平9-326928にて提案しているもので、本発明
はこの「微小トルク検出システム」をさらに発展させ、粘
性トルク及び摩擦トルクの測定精度の向上、測定の安定
化を可能にしたものである。
【0011】図1に第1の発明の測定システムを示す。
本発明の測定システムは、例えばレーザ変位計、静電容
量型変位計などの一対の非接触型変位センサーCH1,
CH2と、同センサーCH1,CH2からの変位出力信
号の和を出力する加算演算器と、加算演算器より出力さ
れる回転軸固有の円周方向信号の周期あるいはパルス
幅、位相の認識、各種演算を行うための演算器より構成
される。また、演算器には、被測定モータの駆動スイッ
チ(SW)のON/OFF信号が入力される。
【0012】特に本発明の特徴は、一対の非接触型変位
センサーCH1,CH2からの変位出力信号の和を回転
軸固有の円周方向信号とするところにある。以下、図2
を用いて説明する。
【0013】前述のように、それぞれの非接触型センサ
ーからの出力信号には、回転軸の円周方向の表面形状及
びその微小粗度情報に加え、回転時の軸の振れ回りに起
因した変位変動(非接触型センサーCH1とCH2を結
ぶ軸成分のみ)を含んでいる。また、それは回転軸のL
/D比(長さと外径の比)が大きいほど、出力に占める
割合が増加する傾向にある。
【0014】説明を簡略化するため、回転軸が、非接触
型センサーCH1とCH2を結ぶ軸上を図2(a)→
(b)→(c)→(b)→(a)→(b)→…というよ
うに振れている場合を考える。また、断面形状は完全な
円とする。非接触センサーCH1に着目すると、出力値
はL1a→L1b→L1c→L1b→L1a→L1b→…と周期的に
変動する成分を含む。CH2についても同様である。
【0015】一方、CH1、CH2の出力値の和に着目
すると、L1a+L2a=L1b+L2b=L1c+L2cであり、
回転軸の振れに関係なく一定値となる。つまり、CH1
+CH2値の変動は、回転軸の断面径の変動を反映した
回転軸固有のもので、しかも、回転軸の振れ回りの影響
は受けない。
【0016】このCH1+CH2出力信号を用い、前述
の特願平9-296365にて説明しているように、起点(自走
回転開始点)に対する位相及びその変位から回転角を認
識し、前述の特願平9-326928記載の原理より、粘性トル
ク及び摩擦トルクを導出する。
【0017】以上のように、CH1+CH2出力信号に
は、回転軸固有の円周方向情報のみが反映されるため、
粘性トルク及び摩擦トルクの測定精度が向上する。
【0018】次に、第2の発明の測定システムについ
て、図3を用いて説明する。本発明は、磁性材料からな
る回転体と軸受のみの被測定物構成の場合に適用され
る。回転角の検出原理、粘性トルク及び摩擦トルクの導
出原理は、第1の発明に準じる。
【0019】以下に本発明の特徴となる電磁クラッチ構
成を説明する。外部駆動モータの動力は電磁クラッチを
介して伝達される。一方、図3に示すように、電磁クラ
ッチには、SWを介して電磁クラッチ駆動電源と、SI
N波電圧を発生させるためのファンクションジェネレー
タが接続されている。
【0020】SWが1の状態では、電磁クラッチ駆動電
源側の回路が閉じ、電磁クラッチコイルに一方向直流電
流が供給され、磁性材料からなる回転体を磁気吸引して
動力伝達がなされる。
【0021】SWが2の状態に切り替わると、電磁クラ
ッチ駆動電源側の回路が開き、ファンクションジェネレ
ータ側の回路が閉じて、電磁クラッチコイルにSIN波
電流が供給されると同時に演算器及びスライドステージ
にSTART信号が入力され、外部駆動モータが回転軸
延長線上を反回転体側にスライドし、回転体と完全分離
される。この時の回転体に視点を置くと、SIN波電流
が供給された電磁クラッチが、回転軸延長線上を遠ざか
っていくことから、回転体は、図4に示すような交番減
衰磁界を受け脱磁される。
【0022】以上のように、測定中の回転体の帯磁が抑
制されることから、長時間にわたる実験においてもスム
ーズに回転体と電磁クラッチを切り離すことができるた
め、測定の安定化を図ることができる。
【0023】(実施例1)一般に、FFT(高速フーリ
エ変換)演算により、回転軸の振れ回り振動の周波数分
析を行うと、回転数にほぼ一致した周波数成分が、大き
く現れることがわかっている。
【0024】図1に示す測定システムを用い、外径4m
mの小型DCモータを定常回転数10000〜1100
0rpmで運転しているときの、非接触型変位センサー
CH1、CH2の出力信号、及び加算演算器(CH1+
CH2)の出力信号を取り出し、それぞれFFT(高速
フーリエ変換)演算を用いた周波数分析を行い、回転数
に一致した基本周波数域のパワースペクトラムの比較を
行った。本実施例の場合、基本周波数域は166Hz〜
184Hzである。また、測定は同一仕様モータ50台
について測定を行った。その結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】表1より、全てのモータにおいて、 CH
1+CH2の基本周波数域のパワースペクトラムはCH
1、CH2以下の値であった。平均値にて比較すると、
CH1とCH2は同等で、それに比較して、CH1+C
H2は約6dBV低減することが確認できた。6dBV
の低減は50%の低減に相当し、非接触型センサーCH
1とCH2を結ぶ軸方向の、回転軸の振れ回りの影響を
著しく低減できることが確認できた。
【0027】本実施例では、一対の非接触型センサーを
用いた例を説明したが、複数対の非接触型センサーを用
い、複数軸方向の情報を得ることも可能である。
【0028】(実施例2)図3に示す測定システムを用
い、外径0.8mm、長さ30mmの回転軸に外径3m
m、厚み0.3mmの磁気吸引円板を取り付けたステン
レス製の回転体と、15mm間隔で同軸上に取り付けら
れた幅1mmの2つの含油軸受からなる被測定物構成に
対する、電磁クラッチの切り離し実験を行った。実験
は、定常回転運転を1分間行った後、電磁クラッチを切
り離すというプロセスを繰り返し行い、回転体が帯磁に
よって、切り離し後も電磁クラッチに追従してしまうま
での繰り返し回数を確認した。また、測定数は本発明、
従来構成それぞれ10個とし、繰り返し数20回で実験
を打ち切った。
【0029】平均繰り返し数を比較すると、従来構成の
場合4.6回であったのに対し、本発明の構成では、全
て20回繰り返しても正常に電磁クラッチを切り離すこ
とができた。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転時
の軸の振れ回りの影響を抑制し、粘性トルク及び摩擦ト
ルクの測定精度を改善することができる。また、磁性材
料からなる回転体と軸受のみの被測定物構成における測
定において、回転体の帯磁を抑制し、測定の安定化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の測定システムの説明図
【図2】本発明の第1の測定システムの原理説明図
【図3】本発明の第2の測定システムの説明図
【図4】本発明の第2の測定システムにおける回転体が
受ける磁界の説明図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉成 赫夫 東京都足立区新田3丁目8番22号 並木精 密宝石株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の円周方向の表面形状及びその微
    小粗度情報を、リアルタイムで連続的に出力し、それぞ
    れ回転軸の同一円周上、180゜の位置に設置された、
    一対の非接触型変位センサーと、同センサーからの変位
    出力信号の和を出力する加算演算器と、同加算演算器か
    ら出力される回転軸固有の円周方向信号の周期あるいは
    パルス幅あるいは位相の認識あるいは各種演算を行う演
    算器からなり、定常回転している回転軸を、その回転体
    の慣性力のみで自走回転させ、自走開始点から停止点ま
    での時間と回転角との関係から、粘性トルク及び摩擦ト
    ルクを導出する微小トルク検出手段。
  2. 【請求項2】 磁性材料からなる回転体と軸受のみの被
    測定物構成において、回転体に動力を伝達する手段とし
    て電磁クラッチを用い、定常回転している回転体を自走
    回転させる際、電磁クラッチコイルに略正弦波電流を通
    電しながら、回転軸延長線上を反回転体側に電磁クラッ
    チをスライドさせることを特徴とする請求項1記載の微
    小トルク検出手段。
  3. 【請求項3】 請求項1及び請求項2記載の微小トルク
    検出手段を用いた計測システム。
JP6064898A 1998-02-25 1998-02-25 微小トルク検出手段及びそのシステム Withdrawn JPH11241957A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100387954C (zh) * 2006-06-22 2008-05-14 慈兴集团有限公司 轴承微负荷、不同转速摩擦力矩测量及测量仪

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100387954C (zh) * 2006-06-22 2008-05-14 慈兴集团有限公司 轴承微负荷、不同转速摩擦力矩测量及测量仪

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Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20050510