JPS5855730A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
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- JPS5855730A JPS5855730A JP15364281A JP15364281A JPS5855730A JP S5855730 A JPS5855730 A JP S5855730A JP 15364281 A JP15364281 A JP 15364281A JP 15364281 A JP15364281 A JP 15364281A JP S5855730 A JPS5855730 A JP S5855730A
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- Japan
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- light
- path
- shaft
- torque
- incident
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/12—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving photoelectric means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Transform (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はトルクセンサに係り、特に機械の回転軸の伝達
トルクを検出するトルク検出方法及び装置に関する。
トルクを検出するトルク検出方法及び装置に関する。
回転動力を伝える軸のトルク検出方法として、軸の両端
部にそれぞれ歯車を設け、両歯車にそれぞれ近接対向し
て磁気検知形センサを設け、両セ／すが発生する信号電
圧の位相差から軸の捩れ角を求めるものがある。この方
式では、軸の回転速度が低いと信号電圧レベルが低くな
シ位相検出誤差が大きくなる。また、外部の電磁誘導ノ
イズが磁気回路に影響すると言う問題があった。
部にそれぞれ歯車を設け、両歯車にそれぞれ近接対向し
て磁気検知形センサを設け、両セ／すが発生する信号電
圧の位相差から軸の捩れ角を求めるものがある。この方
式では、軸の回転速度が低いと信号電圧レベルが低くな
シ位相検出誤差が大きくなる。また、外部の電磁誘導ノ
イズが磁気回路に影響すると言う問題があった。
本発明の目的は、低回転から高回転まで高い精度で検出
でき、電磁誘導ノイズの影響を受けるととのないトルク
検出方法及び装置を提供することにある。
でき、電磁誘導ノイズの影響を受けるととのないトルク
検出方法及び装置を提供することにある。
本発明は、回転軸に光の通路を設け、光通路の一端から
光を入射して他端からの出射光を受光し入射光の各信号
の時間差から軸の捩れ角（トルク）を算出しようという
ものである。
光を入射して他端からの出射光を受光し入射光の各信号
の時間差から軸の捩れ角（トルク）を算出しようという
ものである。
以下１本発明の実施例について説明する。
第１図には、本発明の一実施例が示されている。
図において、エンジン１の回転力はクラッチ手段２減速
機３を介して出力軸４に伝達される。減速機３は歯車３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと動力伝達軸５を含んでいる。伝
達トルクはこの動力伝達軸５において測定される。動力
伝達軸５の左側端面に近接して光源６、左側端部の軸径
方向に近接して第１゛受光手段゛ジ及び右側端部の軸径
方向に近接して第２受光手段８を配置しており、これら
光源６、第１受光手段７及び第２受光手段８は回路部９
と電気的に結線されている。動力伝達軸５の拡大断面が
第２図に示されている。動力伝達軸５の中心部に穴１６
をあけ、そこに主光路１０を埋込んでいる。動力伝達軸
５の両端部において、穴１６に通ずるように径方向に穴
を設け、そこに第１受光路１１と第２受光路１２を埋込
み、主光路１０の左側には入射光路１３を埋込んでいる
。ごれらの光路１０，１１，１２．１３は第３図、第４
図に示すようにそれぞれの光路の外周に光路よりも小さ
い屈折率をもつクラッド層１０１，１１１゜１２１．１
３１を有し光はこれらのクラッド層にて全反射しながら
進む。入射光路１３と主光路１０及び第１受光路１１の
結合部に半透明鏡１４を挿入している。光源６の放射光
は入射光路１３に入り、半透明鏡１４により一部は反射
して第１受光路１１へ、他は主光路１ｏへ進行する。主
光路１０の右側は全反射鏡１５と第２受光路１２が結合
しており、主光路１ｏからの光は全反射鏡１５により反
射して第２受光路１２へ進行する。
機３を介して出力軸４に伝達される。減速機３は歯車３
ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと動力伝達軸５を含んでいる。伝
達トルクはこの動力伝達軸５において測定される。動力
伝達軸５の左側端面に近接して光源６、左側端部の軸径
方向に近接して第１゛受光手段゛ジ及び右側端部の軸径
方向に近接して第２受光手段８を配置しており、これら
光源６、第１受光手段７及び第２受光手段８は回路部９
と電気的に結線されている。動力伝達軸５の拡大断面が
第２図に示されている。動力伝達軸５の中心部に穴１６
をあけ、そこに主光路１０を埋込んでいる。動力伝達軸
５の両端部において、穴１６に通ずるように径方向に穴
を設け、そこに第１受光路１１と第２受光路１２を埋込
み、主光路１０の左側には入射光路１３を埋込んでいる
。ごれらの光路１０，１１，１２．１３は第３図、第４
図に示すようにそれぞれの光路の外周に光路よりも小さ
い屈折率をもつクラッド層１０１，１１１゜１２１．１
３１を有し光はこれらのクラッド層にて全反射しながら
進む。入射光路１３と主光路１０及び第１受光路１１の
結合部に半透明鏡１４を挿入している。光源６の放射光
は入射光路１３に入り、半透明鏡１４により一部は反射
して第１受光路１１へ、他は主光路１ｏへ進行する。主
光路１０の右側は全反射鏡１５と第２受光路１２が結合
しており、主光路１ｏからの光は全反射鏡１５により反
射して第２受光路１２へ進行する。
第１受光路１１及び第２受光路１２に入った光は動力伝
達軸５の径方向の外側へ出射され、第１受光手段７と第
２受光手段８によって受光される。
達軸５の径方向の外側へ出射され、第１受光手段７と第
２受光手段８によって受光される。
これらの受光手段は動力伝達軸５の径方向の任意の位置
に近接固定される。従って動力伝達軸５が回転すると１
回転につきそれぞれ１回受光してパルス電圧を発生する
。第５図は動力伝達軸５を端面側より見た図であり、入
方向の位置に第１及び第２受光手段７，８を配置してい
る第１図の出方軸４に負荷がか＼ると動力伝達軸５は捩
れ、第２受光路１２は第５図Ｂの位置となる。矢印は軸
の回転方向であり、捩れ角θはトルクτに比例する。
に近接固定される。従って動力伝達軸５が回転すると１
回転につきそれぞれ１回受光してパルス電圧を発生する
。第５図は動力伝達軸５を端面側より見た図であり、入
方向の位置に第１及び第２受光手段７，８を配置してい
る第１図の出方軸４に負荷がか＼ると動力伝達軸５は捩
れ、第２受光路１２は第５図Ｂの位置となる。矢印は軸
の回転方向であり、捩れ角θはトルクτに比例する。
動力伝達軸５の直径をｄ、長さをｔ１横弾性係数をＧと
すると、トルクｒと捩れ角θは次式、τ；（π／３２）
・ｄ４・Ｇ・θ／ｌ ・・・・・・式（１）で表わされ
る。第１及び第２受光手段にはホトダイオードまたはホ
トトランジスタを用いることができる。・両受光手段７
．８の信号電圧を第１１図に示ず。同図（ａ）′ホ第１
受光手段７の出力信号であり時間幅Ｔ１、周期Ｔ２のパ
ルスであり、同図Φ）は第２受光手段８の出力信号であ
り１時間幅ｔ。
すると、トルクｒと捩れ角θは次式、τ；（π／３２）
・ｄ４・Ｇ・θ／ｌ ・・・・・・式（１）で表わされ
る。第１及び第２受光手段にはホトダイオードまたはホ
トトランジスタを用いることができる。・両受光手段７
．８の信号電圧を第１１図に示ず。同図（ａ）′ホ第１
受光手段７の出力信号であり時間幅Ｔ１、周期Ｔ２のパ
ルスであり、同図Φ）は第２受光手段８の出力信号であ
り１時間幅ｔ。
周期Ｔ２のパルスであシ、同図（ｃ）略画信号より後述
の回路によって作った位相差パルスである。位相差パル
スの時間幅Ｔと周期Ｔ、とから捩れ角θが、 θ＝２πＴ／Ｔ、 ・・・・・・式（２）
として求められる。故に時間ＴとＴ！を測定することに
よシ、式（１）、 （２）からトルクτを求めることが
できる。
の回路によって作った位相差パルスである。位相差パル
スの時間幅Ｔと周期Ｔ、とから捩れ角θが、 θ＝２πＴ／Ｔ、 ・・・・・・式（２）
として求められる。故に時間ＴとＴ！を測定することに
よシ、式（１）、 （２）からトルクτを求めることが
できる。
次に第１２図に示す回路について示す。電源４０から抵
抗器４１を介して光源となる発光ダイオード６′、第１
受光手段となるホトトランジスタ７′と抵抗器４２の直
列回路、及び第２受光手段となるホトトランジスタ８′
と抵抗器４３の直列回路に電力を供給している。発光ダ
イオード６１は連続して光を放射するがホトトランジス
タ７／、８／が受光するのは動力伝達軸５が回転して第
１．第２受光路１１．１２の光の出口がホトトランジス
タ７′、８′と対向したときである。
抗器４１を介して光源となる発光ダイオード６′、第１
受光手段となるホトトランジスタ７′と抵抗器４２の直
列回路、及び第２受光手段となるホトトランジスタ８′
と抵抗器４３の直列回路に電力を供給している。発光ダ
イオード６１は連続して光を放射するがホトトランジス
タ７／、８／が受光するのは動力伝達軸５が回転して第
１．第２受光路１１．１２の光の出口がホトトランジス
タ７′、８′と対向したときである。
このときホトトランジスタ７／、Ｂ／は導通し、抵抗器
４２．４３の各両端にパルスが加わる。両信号電圧パル
スを７リツプフロツブ４９に与え、第１１図（Ｃ）に示
すような位相差パルスをカウンタ５１に送る。またホト
トランジスタ７′の信号ノくルスをフリップフロップ５
０に与え、その出力をカウンタ５２に送る。インバータ
４７．４８と抵抗器４４．４５とコンデンサ４６とで構
成する発振回路によりクロックパルスを作り、これをカ
ウンタ５１，５２に与えている。カウンタ５１は第１１
図（Ｃ）に示す時間Ｔを計数し、カウンタ５２は周期Ｔ
２を計数する。これら計数されたＴ及びＴ２の値は信号
処理部５３に送り込まれる。信号処理部５３はマイクロ
コンピュータで構成することができる。こ＼では前記Ｔ
、Ｔｔの値を読込んで、式（１）、 （２）の計算を行
い、トルクτの計算値を出力ボート（図示せず）に出力
する。
４２．４３の各両端にパルスが加わる。両信号電圧パル
スを７リツプフロツブ４９に与え、第１１図（Ｃ）に示
すような位相差パルスをカウンタ５１に送る。またホト
トランジスタ７′の信号ノくルスをフリップフロップ５
０に与え、その出力をカウンタ５２に送る。インバータ
４７．４８と抵抗器４４．４５とコンデンサ４６とで構
成する発振回路によりクロックパルスを作り、これをカ
ウンタ５１，５２に与えている。カウンタ５１は第１１
図（Ｃ）に示す時間Ｔを計数し、カウンタ５２は周期Ｔ
２を計数する。これら計数されたＴ及びＴ２の値は信号
処理部５３に送り込まれる。信号処理部５３はマイクロ
コンピュータで構成することができる。こ＼では前記Ｔ
、Ｔｔの値を読込んで、式（１）、 （２）の計算を行
い、トルクτの計算値を出力ボート（図示せず）に出力
する。
以上説明した実施例によれば、検出手段に光を用い、動
力伝達軸５の捩れによる軸両端の受光信号の時間差と周
期とをデジタル値で測定してそれらの値からトルクを算
出しているので、動力伝達軸５の低回転から高回転まで
高精度で検出でき、電磁ノイズの影響を全く受けないと
云う効果がある。
力伝達軸５の捩れによる軸両端の受光信号の時間差と周
期とをデジタル値で測定してそれらの値からトルクを算
出しているので、動力伝達軸５の低回転から高回転まで
高精度で検出でき、電磁ノイズの影響を全く受けないと
云う効果がある。
第６図は本発明の他の実施例を示すもので、第２図実施
例と異なる点は入射光路１３を廃止して第１受光路１１
の部分を入射光路２１とし、主光路２０との結合を全反
射鏡２２で行うようにしたこと及びこれにより第１受光
手段７を廃止したことである。光は矢印のように進行す
る。光源６は連続的に光を放射するが入射光路２１の間
口部が光源６に対向している間に入射光路２１に入り全
反射鏡２２で反射して主光路２０を経て全反射鏡２４で
反射して受光路２３を経て受光手段２５に当る。各光路
は第３図、第４図と同様クラッド層をもつが図示を省略
している。第７図は第６図右端部の断面側面図であり、
受光路２３が軸５の捩れによって破線のように変位する
と、受光手段２５が受光する時間が短かくなる。この受
光時間は第１１図（ｂ）に示すｔである。
例と異なる点は入射光路１３を廃止して第１受光路１１
の部分を入射光路２１とし、主光路２０との結合を全反
射鏡２２で行うようにしたこと及びこれにより第１受光
手段７を廃止したことである。光は矢印のように進行す
る。光源６は連続的に光を放射するが入射光路２１の間
口部が光源６に対向している間に入射光路２１に入り全
反射鏡２２で反射して主光路２０を経て全反射鏡２４で
反射して受光路２３を経て受光手段２５に当る。各光路
は第３図、第４図と同様クラッド層をもつが図示を省略
している。第７図は第６図右端部の断面側面図であり、
受光路２３が軸５の捩れによって破線のように変位する
と、受光手段２５が受光する時間が短かくなる。この受
光時間は第１１図（ｂ）に示すｔである。
この受光時間ｔは無負荷時に最大となる。その値をｔア
とすると、ｔｏは出力信号の周期Ｔ２に比例する。任意
回転数において周期Ｔ２ｏと無負荷時の受光時間ｔ。と
を予め測定しておくことにより、負荷時の捩れ角θに対
応する時間Ｔ（第１１図（Ｃ））を次式により求めるこ
とができる。
とすると、ｔｏは出力信号の周期Ｔ２に比例する。任意
回転数において周期Ｔ２ｏと無負荷時の受光時間ｔ。と
を予め測定しておくことにより、負荷時の捩れ角θに対
応する時間Ｔ（第１１図（Ｃ））を次式により求めるこ
とができる。
式（１）、 （２）、 （３）から
となるから式（４）によってトルクτを求めることがで
きる。
きる。
第１３図はその回路部を表わすもので、第１２図と異な
る点はホトトランジスタ７′、抵抗器４２及びフリップ
フロップ４９を廃止した点てあり簡単化されている。
る点はホトトランジスタ７′、抵抗器４２及びフリップ
フロップ４９を廃止した点てあり簡単化されている。
第８図は第６図の実施例のセンサを改良したもので、軸
５の外径部に溝３２を設け、該溝３２に光ファ゛イバ３
１を゛埋込み、軸５の両端面の、光フアイバ端面と対向
する位置に光源６と受光手段２５を配置したものである
。光ファイバ３１は溝３２内に接着剤３３で固定され、
軸５の高速回転による遠心力で外に出Σようなことがな
いようにしている。第９図、第１０図は軸５の左右の各
側面図であり、光ファイバ３１の両端面、即ち光の入射
、出射の各開口部が軸５の中心に対して外径側に位置し
ているから、光源６を連続的に光を放射させておくとき
、入射する光は光源６と光ファイバ３１の開口部とが対
向している間に起る。また光の出射もその間になされる
が、軸５が捩れると出射光が受光手段２５に当る時間は
捩れがないときよりも短くなる。
５の外径部に溝３２を設け、該溝３２に光ファ゛イバ３
１を゛埋込み、軸５の両端面の、光フアイバ端面と対向
する位置に光源６と受光手段２５を配置したものである
。光ファイバ３１は溝３２内に接着剤３３で固定され、
軸５の高速回転による遠心力で外に出Σようなことがな
いようにしている。第９図、第１０図は軸５の左右の各
側面図であり、光ファイバ３１の両端面、即ち光の入射
、出射の各開口部が軸５の中心に対して外径側に位置し
ているから、光源６を連続的に光を放射させておくとき
、入射する光は光源６と光ファイバ３１の開口部とが対
向している間に起る。また光の出射もその間になされる
が、軸５が捩れると出射光が受光手段２５に当る時間は
捩れがないときよりも短くなる。
本実施例も第６図図示実施例と同様に式（４）によって
トルクτを求めることができる。
トルクτを求めることができる。
したがって、本実施例によれば、光路、軸構造回路が簡
単になり安価に作成することができる。
単になり安価に作成することができる。
第１図は本発明のトルクセンサを用いた機械の概略図、
第２図は本発明トルクセンサの一実施例を示す断面構造
図、第３図、第４図は第２図の部分的拡大図、第５図は
第２図の側面図、第６図、第７図、第８図、第９図、第
１０図は他の実施例を示す断面構造図または側面図、第
１１図は検出信号波形図、第１２図、第１３図は回路図
である。 ５・・・動力伝達軸、６・・・光源％７・・・第１受光
手段、第 ／ 図 第 ３図 ｆ７４図 第 ５図 Ａ 第９図 弔１０図 弔／２ 図 弔 ７３ 図
第２図は本発明トルクセンサの一実施例を示す断面構造
図、第３図、第４図は第２図の部分的拡大図、第５図は
第２図の側面図、第６図、第７図、第８図、第９図、第
１０図は他の実施例を示す断面構造図または側面図、第
１１図は検出信号波形図、第１２図、第１３図は回路図
である。 ５・・・動力伝達軸、６・・・光源％７・・・第１受光
手段、第 ／ 図 第 ３図 ｆ７４図 第 ５図 Ａ 第９図 弔１０図 弔／２ 図 弔 ７３ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、軸の捩れ角を測定して伝達トルクを検出するトルク
検出方法において１回転する軸に光の通路を設けてその
一端から光を入射し他端から出射する光を受光すること
により前記軸の捩れによる受光信号と入射光信号との時
間差を検出してトルクを算出することを特徴とするトル
ク検出方法。 ２、回転する軸の表面長手方向に設け、られる溝に埋め
込れた光ファイバと、該光ファイバの両端面と対向した
位置の一方に光源と他方に受光器とを配置し、光源大向
パルス周期と前記受光器から出力される受光信号パルス
の幅とから前記軸の捩れ角を算出することを特徴とする
トルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15364281A JPS5855730A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15364281A JPS5855730A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5855730A true JPS5855730A (ja) | 1983-04-02 |
| JPH0130417B2 JPH0130417B2 (ja) | 1989-06-20 |
Family
ID=15566979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15364281A Granted JPS5855730A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5855730A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995019557A1 (en) * | 1994-01-12 | 1995-07-20 | Lucas Industries Public Limited Company | Optical torque sensor |
| WO2004097359A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Hansen Transmissions International Nv | Monitoring of load in a gear unit |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP15364281A patent/JPS5855730A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995019557A1 (en) * | 1994-01-12 | 1995-07-20 | Lucas Industries Public Limited Company | Optical torque sensor |
| US5606137A (en) * | 1994-01-12 | 1997-02-25 | Lucas Industries Public Limited Company | Optical torque sensor |
| WO2004097359A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-11 | Hansen Transmissions International Nv | Monitoring of load in a gear unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0130417B2 (ja) | 1989-06-20 |
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