JPS59111028A - 静電容量式トルク測定器 - Google Patents
静電容量式トルク測定器Info
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- JPS59111028A JPS59111028A JP22011582A JP22011582A JPS59111028A JP S59111028 A JPS59111028 A JP S59111028A JP 22011582 A JP22011582 A JP 22011582A JP 22011582 A JP22011582 A JP 22011582A JP S59111028 A JPS59111028 A JP S59111028A
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- Japan
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- torque
- electrode
- fixed
- torque measuring
- flange
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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
- G01L3/106—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving electrostatic means
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (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】
この発明は、円筒形状のトルク検出軸における捩れ角変
位が印加されるトルク(測定トルク)に比例することを
利用し、該変位を静電容量変化に変換してトルクを測定
する静電容量式トルク測定器に関する。
位が印加されるトルク(測定トルク)に比例することを
利用し、該変位を静電容量変化に変換してトルクを測定
する静電容量式トルク測定器に関する。
一般ニトルク測定器(トルクセンサともいう。)におい
ては、印加されるトルクを抵抗変化や電圧。
ては、印加されるトルクを抵抗変化や電圧。
電流の如く演算処理が容易な電気量に精度良く変換して
出力することが望ましい。
出力することが望ましい。
従来、この種の測定器としては♂トレイン拳ゲージ(S
train Gage )式のトルク測定器が良く知
られている。第1図はかかるトルク測定器の概略を示す
構成概略図である0 これは、円筒形状のトルク検出軸(トルクチューブとも
いう。)TTの表面に所定の角度をもって貼り付けられ
た1対のストレインゲージGl eG2の抵抗変化が印
加されるトルクTに比例することを利用するもので、ゲ
ージGt t G2の貼り付は角度は引張りまたは圧縮
歪が最大となる主歪み方向(軸線に対して土45度の方
向戸こ取り付をする場合が最も多い。かかるス)レイン
ゲージ方式は、弾性体に作用する荷重の測定方法として
番ま極めて簡単であるため最も多く使用されている反面
1次のような欠点を有している。
train Gage )式のトルク測定器が良く知
られている。第1図はかかるトルク測定器の概略を示す
構成概略図である0 これは、円筒形状のトルク検出軸(トルクチューブとも
いう。)TTの表面に所定の角度をもって貼り付けられ
た1対のストレインゲージGl eG2の抵抗変化が印
加されるトルクTに比例することを利用するもので、ゲ
ージGt t G2の貼り付は角度は引張りまたは圧縮
歪が最大となる主歪み方向(軸線に対して土45度の方
向戸こ取り付をする場合が最も多い。かかるス)レイン
ゲージ方式は、弾性体に作用する荷重の測定方法として
番ま極めて簡単であるため最も多く使用されている反面
1次のような欠点を有している。
1)ゲージを貼り付けるための接着剤層のクリープや割
れによって特性が劣化するばかりでなく、接着剤の経年
変化によって安定性が悪くなる。
れによって特性が劣化するばかりでなく、接着剤の経年
変化によって安定性が悪くなる。
2)ストレインゲージのゲージファクターや抵抗の温度
係数変化が大きく、かつ個々のバラツキが大きい。
係数変化が大きく、かつ個々のバラツキが大きい。
3)v&湿作用によって絶縁抵抗が変化する。
4)ワイヤストレインゲージではトルクに対する抵抗変
化量(信号分)が小さくて感度が悪く、また、半導体ゲ
ージは抵抗変化率は大きいが、温度特性が悪い。
化量(信号分)が小さくて感度が悪く、また、半導体ゲ
ージは抵抗変化率は大きいが、温度特性が悪い。
5)ストレインゲージの機械的強度が小さいために、過
負荷や衝撃負荷によって破損し易い上に、接着剤層が破
壊されるおそれがある。
負荷や衝撃負荷によって破損し易い上に、接着剤層が破
壊されるおそれがある。
6)測定トルク以外の曲げモーメント、集中荷重および
軸力の影響を受は易い。なお1これらの影響を除くには
、飼えば第11il!、lに示されるように、ストレイ
ンゲージの組Gl v G2を表、裏にそれぞれ設ける
ことにより成る程度は補正することができるが、完全に
補正することは難かしく、また1これらゲージを精度良
く貼り付ける作業は必ずしも容易ではない。
軸力の影響を受は易い。なお1これらの影響を除くには
、飼えば第11il!、lに示されるように、ストレイ
ンゲージの組Gl v G2を表、裏にそれぞれ設ける
ことにより成る程度は補正することができるが、完全に
補正することは難かしく、また1これらゲージを精度良
く貼り付ける作業は必ずしも容易ではない。
この発明は上述の如き欠点を除去すべくなされたもので
、曲げモーメント、集中荷重または軸力の影智を受けに
<<、より安定かつ高精度で、しかも構造が簡単な静電
容量式トルク測定器を提供することを目的とする。
、曲げモーメント、集中荷重または軸力の影智を受けに
<<、より安定かつ高精度で、しかも構造が簡単な静電
容量式トルク測定器を提供することを目的とする。
その特徴は、測定トル・りが作用するトルクデユープの
各端部に回転7ランジと固定7ランジとを固着し、回転
7ランジには可動電極を、また固定7ランジには一対の
固定電極を設けるとともに、固定電極間に可動電極を配
置して構成される静電容量式トルク測定器において、該
可動電極の長さを固定電極のそれよりも所定の1だけ長
くするとともに、その中心がトルクチューブの長さの1
/2〜1/3のところにある如く構成した点にある。
各端部に回転7ランジと固定7ランジとを固着し、回転
7ランジには可動電極を、また固定7ランジには一対の
固定電極を設けるとともに、固定電極間に可動電極を配
置して構成される静電容量式トルク測定器において、該
可動電極の長さを固定電極のそれよりも所定の1だけ長
くするとともに、その中心がトルクチューブの長さの1
/2〜1/3のところにある如く構成した点にある。
さらに、可動電極と固定電極とによって形成されるコン
デンサ部分を密閉構造にするとともに、該コンデンサ部
分の媒体や電極部の構成に種々の工夫をこらすことによ
り安定性と精度の向上を図るものである。
デンサ部分を密閉構造にするとともに、該コンデンサ部
分の媒体や電極部の構成に種々の工夫をこらすことによ
り安定性と精度の向上を図るものである。
以下、この発明の実施例を図1面を参照して説明する。
第2図はこの発明にjるトルク測定器の全体的構成を示
す斜視図、第3図はトルク測定原理を説明する原理図で
ある。第2図において、1は測定トルクを伝達する回転
(可動)7ランジ、2は固定7ランジ、3は測定トルク
が作用する中空円筒体、すなわちトルクチューブ、4は
可動電極、5、 、52は1対の固定電極、6は絶縁体
、7は固定電極支持部材である。
す斜視図、第3図はトルク測定原理を説明する原理図で
ある。第2図において、1は測定トルクを伝達する回転
(可動)7ランジ、2は固定7ランジ、3は測定トルク
が作用する中空円筒体、すなわちトルクチューブ、4は
可動電極、5、 、52は1対の固定電極、6は絶縁体
、7は固定電極支持部材である。
つまり、トルクチューブ3の各端部には回転7ランジl
と固定7ランジ2とが固着されており、回転7ランジ1
には同動電極4が、また固定フランジ2には1対の固定
電極51 、52がそれぞれ固着されている。したがっ
て、可動7ランジ1に測定トルクTが作用すると、トル
クチューブ3は第3図(イ)の如く角度θ(以下、この
角度θを捩れ角ともいう。)だけ捩れ、これによってI
s3 e(ロンの如く可動電極4と固定電極51 e
52との間隙が変化する。この可動電極4と固定電極5
1 t ”!2とは差動的に働くコンデンサを形成し、
その測定容量に所定の演算を施すことによりトルクTに
比例する量を導出し得るので、これを利用してトルクT
を測定することができる。なお、上記電極、すなわちコ
ンデンサを1対設けて差動的に構成するのは、主として
温度による影響を除去するためである。
と固定7ランジ2とが固着されており、回転7ランジ1
には同動電極4が、また固定フランジ2には1対の固定
電極51 、52がそれぞれ固着されている。したがっ
て、可動7ランジ1に測定トルクTが作用すると、トル
クチューブ3は第3図(イ)の如く角度θ(以下、この
角度θを捩れ角ともいう。)だけ捩れ、これによってI
s3 e(ロンの如く可動電極4と固定電極51 e
52との間隙が変化する。この可動電極4と固定電極5
1 t ”!2とは差動的に働くコンデンサを形成し、
その測定容量に所定の演算を施すことによりトルクTに
比例する量を導出し得るので、これを利用してトルクT
を測定することができる。なお、上記電極、すなわちコ
ンデンサを1対設けて差動的に構成するのは、主として
温度による影響を除去するためである。
ここで、この発明によるトルク測定器の各部の構造につ
いて説明する。
いて説明する。
第4図は特に電極部の構造を説明するための説明図であ
り、符号1〜7は第2図に示されるものと同様である。
り、符号1〜7は第2図に示されるものと同様である。
すなわち、第4図U)はトルク測定器を上がら見た上面
図、同図(ロ)はその側面図、同図(ハ)〜(ト)は同
じく正面図である。ここで、可動電極4および固定電極
51p 52 (なお、電極51s52T!:合わぜて
符号5を付すこともある。)はその全体を金属で形成し
てもよく、あるいはその本体はセラミック(磁器)等の
絶縁物とし、電極部分のみ金属を蒸着するようにしても
よい。つまり、第4図(ハ)は固定電極51p52を金
属製とした場合、同図に)は絶縁体6に金属を蒸着して
形成した場合(なお、支持部材も金属製ではなく絶縁物
7としている。)、! 同図(ホ)は金属製であるが、支持部材を絶縁物7で形
成するとともに、絶縁体6を省略した場合である。また
、同図(へ)は固定電極5. 、52および絶縁体6の
構造は同図(ハ)と同様であるが、金属製の支持部材7
を2分割して製作を容易ならしめたものである。こうす
るかわりに、同図(ト)の如く支持部材を絶縁物7とし
、該絶縁物7に金属を蒸着して固定電極51 e 52
を形成するようにすれば、電極部の構造および製造が容
易となるばかりでなく小型にし得る利点が得られること
になる。
図、同図(ロ)はその側面図、同図(ハ)〜(ト)は同
じく正面図である。ここで、可動電極4および固定電極
51p 52 (なお、電極51s52T!:合わぜて
符号5を付すこともある。)はその全体を金属で形成し
てもよく、あるいはその本体はセラミック(磁器)等の
絶縁物とし、電極部分のみ金属を蒸着するようにしても
よい。つまり、第4図(ハ)は固定電極51p52を金
属製とした場合、同図に)は絶縁体6に金属を蒸着して
形成した場合(なお、支持部材も金属製ではなく絶縁物
7としている。)、! 同図(ホ)は金属製であるが、支持部材を絶縁物7で形
成するとともに、絶縁体6を省略した場合である。また
、同図(へ)は固定電極5. 、52および絶縁体6の
構造は同図(ハ)と同様であるが、金属製の支持部材7
を2分割して製作を容易ならしめたものである。こうす
るかわりに、同図(ト)の如く支持部材を絶縁物7とし
、該絶縁物7に金属を蒸着して固定電極51 e 52
を形成するようにすれば、電極部の構造および製造が容
易となるばかりでなく小型にし得る利点が得られること
になる。
第5図は電極の防湿構造を説明するための説明図で、(
イ)は7ランジ部を除去してトルク測定器を上から見た
場合の上面図、(ロ)、(ハ)はともに正面図である。
イ)は7ランジ部を除去してトルク測定器を上から見た
場合の上面図、(ロ)、(ハ)はともに正面図である。
すなわち、コンデンサの容量は一般に誘電率によって変
化するから、可動電極と固定電極とによって形成される
間隙内には、トルク測定器がどのような使用条件にあっ
ても略同じ誘電体が存在すること、また、該誘電体が空
気である場合は湿度の影響を受すないようにすることが
望ましい。したがって、この発明では第5図←〉の如く
、可動電極4と固定電極51 t 52との間をベロー
8の如き弾性体を用いて密閉するとともに、同図(ロ)
、(ハ)に示す如く、これら電極によって形成される間
隙内の水分を除去したり、あるいは乾燥空気やアルゴン
、窒素等の不活性ガスと置換するためのパイプ9を設け
るようにしている。なお、これら所要の作業が完了した
後は、パイプ9は封じ切られ、固定電極のリード線とし
て使用される。また、誘電体としてはシリコンゴムを使
用することができるが、この場合は、その比誘電率が高
いことから浮遊容量の影響を小さくすることができるば
かりでなく、湿度による影響を小さくし得るという効果
が得られるものである。なお、同図(ロ)は可動電極4
を可動電極固定子4に固着した場合であり、同図(ハ)
は一体化した場合を示すものである。
化するから、可動電極と固定電極とによって形成される
間隙内には、トルク測定器がどのような使用条件にあっ
ても略同じ誘電体が存在すること、また、該誘電体が空
気である場合は湿度の影響を受すないようにすることが
望ましい。したがって、この発明では第5図←〉の如く
、可動電極4と固定電極51 t 52との間をベロー
8の如き弾性体を用いて密閉するとともに、同図(ロ)
、(ハ)に示す如く、これら電極によって形成される間
隙内の水分を除去したり、あるいは乾燥空気やアルゴン
、窒素等の不活性ガスと置換するためのパイプ9を設け
るようにしている。なお、これら所要の作業が完了した
後は、パイプ9は封じ切られ、固定電極のリード線とし
て使用される。また、誘電体としてはシリコンゴムを使
用することができるが、この場合は、その比誘電率が高
いことから浮遊容量の影響を小さくすることができるば
かりでなく、湿度による影響を小さくし得るという効果
が得られるものである。なお、同図(ロ)は可動電極4
を可動電極固定子4に固着した場合であり、同図(ハ)
は一体化した場合を示すものである。
ここで、かかる測定器におけるトルク測定原理について
、再び第3図を参照して説明する。
、再び第3図を参照して説明する。
いま、第3図ピ)の如くトルクTによって角度θだけト
ルクチューブ3が捩られるものとすると、これらの間に
は次式の如き関係式が成立する。
ルクチューブ3が捩られるものとすると、これらの間に
は次式の如き関係式が成立する。
ただし、’2 e dlはトルクチューブの外径、内径
(第3図(ロ)参照)、Gはトルクチューブの横弾性係
数、lはトルクチューブの長さである。このときの可動
電極4の平均変位Δdは、第3図(明こ示す如くトルク
チューブ3の半径をR(−d2/2 )とし4.電極の
幅をbとすると、 として求めることができる。(1) 、 (2)式から
θを消去すると、 となり、平均変位ΔdによってトルクTを求めることが
できる。一方、対向する電極によって形成される容量C
は、空気の誘電率をC0,電極間の比誘電率を61.電
極間距離をdo1電極の面積をSとすると、一般に で表わされる。第3図(ロ)に示される如く、トルクT
が作用した場合は上記各電極間距離は一方では増加(d
o+Δd)し、他方では減少(do−Δd)するから1
可動電極4と固定電極5. 、52間の容量C1,C2
は と表わされることになる。なお、Cxは浮遊容量である
。上記(5) 、 (6)式の和と差の比をとると、と
なって、変位Δdを容量C1,C2の関数として表わす
ことができる。したがって、容量CIpC2を測定する
ことにより、上記(3)式の関係からトルクTを求める
ことができる。なお−%cto 、 Cxは既知とする
。また、第5図で説明した如くベローが用いられている
場合の変位Δdは、−°−−−− (8) で与えられる。ただし、kはベローのバネ定数であり、
その他の記号は上記(3)式と同様である。
(第3図(ロ)参照)、Gはトルクチューブの横弾性係
数、lはトルクチューブの長さである。このときの可動
電極4の平均変位Δdは、第3図(明こ示す如くトルク
チューブ3の半径をR(−d2/2 )とし4.電極の
幅をbとすると、 として求めることができる。(1) 、 (2)式から
θを消去すると、 となり、平均変位ΔdによってトルクTを求めることが
できる。一方、対向する電極によって形成される容量C
は、空気の誘電率をC0,電極間の比誘電率を61.電
極間距離をdo1電極の面積をSとすると、一般に で表わされる。第3図(ロ)に示される如く、トルクT
が作用した場合は上記各電極間距離は一方では増加(d
o+Δd)し、他方では減少(do−Δd)するから1
可動電極4と固定電極5. 、52間の容量C1,C2
は と表わされることになる。なお、Cxは浮遊容量である
。上記(5) 、 (6)式の和と差の比をとると、と
なって、変位Δdを容量C1,C2の関数として表わす
ことができる。したがって、容量CIpC2を測定する
ことにより、上記(3)式の関係からトルクTを求める
ことができる。なお−%cto 、 Cxは既知とする
。また、第5図で説明した如くベローが用いられている
場合の変位Δdは、−°−−−− (8) で与えられる。ただし、kはベローのバネ定数であり、
その他の記号は上記(3)式と同様である。
ここで、バネ定W1.kを
の如く選ぶことにより、上記(9)式は(3)式と一致
し、したがって、第5図の如くベローを使用した場合で
も精度の良い測定か可能となる。
し、したがって、第5図の如くベローを使用した場合で
も精度の良い測定か可能となる。
第6図はこの発明によるトルク測定方式の概略を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
すなわち、上述の如きトルクセンサ11によって測定さ
れる容量C,、C2は、演算器12により上記(7)式
の如き演算が行なわれ、電圧/電流(■/I)変換器1
3によって電流値に変換された後、所定の機器へ送出さ
れる。
れる容量C,、C2は、演算器12により上記(7)式
の如き演算が行なわれ、電圧/電流(■/I)変換器1
3によって電流値に変換された後、所定の機器へ送出さ
れる。
次にかかるトルクセンサにおける曲げモーメント、集中
荷重および軸力に対する影響について第7図および第8
図を参照して説明する。なお、第7図は上述の如き測定
トルク以外の外力に対する影響を説明するための説明図
、第8図はこれら外力の影響を除去し得るトルクセンサ
の実施例を概略的に示す概要図である。
荷重および軸力に対する影響について第7図および第8
図を参照して説明する。なお、第7図は上述の如き測定
トルク以外の外力に対する影響を説明するための説明図
、第8図はこれら外力の影響を除去し得るトルクセンサ
の実施例を概略的に示す概要図である。
1)曲げモーメントについて
第7図の如く、A点をxsY座標軸の原点とし、トルク
チューブに曲げモーメントMが作用したときの可動電極
の変位は次式の如く表わされる。
チューブに曲げモーメントMが作用したときの可動電極
の変位は次式の如く表わされる。
ここに、Eはヤング率、■は(ルクチューブの断面二次
モーメント、lはその長さである。つまり、x=fを中
心にして可動電極が変位することになるから、この点に
関して対称となるような電極構造にすれば、可動電極と
1対の固定電極との平均変位は変わらず、したがって、
曲げモーメントの影響を除くことができる。第8図(イ
)はこのようにした場合を概略的に示す構成図である。
モーメント、lはその長さである。つまり、x=fを中
心にして可動電極が変位することになるから、この点に
関して対称となるような電極構造にすれば、可動電極と
1対の固定電極との平均変位は変わらず、したがって、
曲げモーメントの影響を除くことができる。第8図(イ
)はこのようにした場合を概略的に示す構成図である。
2)集中荷重について
第7図の如く、A点を゛x、y座標軸の原点とし、同図
の点Bに集中荷重Wが働く場合の可動電極の変位を表わ
す式は の如くなる。00式は、X−fを中心に可動電極が3 変位することを表わしており、したがって、この点を対
称の中心とする如き電極構造にすれば、集中荷重による
影響を除去することができる0第8図(ロ)はこのよう
にした場合を概略的に示す構成図である。
の点Bに集中荷重Wが働く場合の可動電極の変位を表わ
す式は の如くなる。00式は、X−fを中心に可動電極が3 変位することを表わしており、したがって、この点を対
称の中心とする如き電極構造にすれば、集中荷重による
影響を除去することができる0第8図(ロ)はこのよう
にした場合を概略的に示す構成図である。
3)軸力について
第7図のB点にX軸方向の軸力Fが作用する場合の、ト
ルクチューブの伸びΔlは、次式の如く表わされる。
ルクチューブの伸びΔlは、次式の如く表わされる。
なお、Sはトルクチューブの断面積である。このU式は
、可動電極がX軸方向の軸力FによってΔノだけ伸びる
ことを表わしており、したがって、この伸びに相当する
分だけ可動電極を固定電極よりも長くしておけば、該伸
びにもとづく両電極間の静電容量変化を除くことができ
る。ただ、この軸力には圧縮の場合と引張りの場合とが
あるので、それぞれに対応してΔlずつ長くする、つま
り、全体として2Δlだけ長くすることにより軸力の影
響を取り除くものである。第8図(ハ)、に)はこのよ
うにした場合を概略的に示す構成図で、(ハ)は引張り
軸力の場合、に)は圧縮軸力の場合をそれぞれ示すもの
である。
、可動電極がX軸方向の軸力FによってΔノだけ伸びる
ことを表わしており、したがって、この伸びに相当する
分だけ可動電極を固定電極よりも長くしておけば、該伸
びにもとづく両電極間の静電容量変化を除くことができ
る。ただ、この軸力には圧縮の場合と引張りの場合とが
あるので、それぞれに対応してΔlずつ長くする、つま
り、全体として2Δlだけ長くすることにより軸力の影
響を取り除くものである。第8図(ハ)、に)はこのよ
うにした場合を概略的に示す構成図で、(ハ)は引張り
軸力の場合、に)は圧縮軸力の場合をそれぞれ示すもの
である。
次に、以上の如く構成されるトルクセンサの適用例につ
いて説明する。
いて説明する。
第9図(イ)〜(ハ)はモータの発生トルクを測定する
場合の適用例を示すブロック図である。例えば、第9図
(イ)において、符号1〜3は今迄説明したものと同様
であり、またSはトルクセンサの電極等を含む検出部を
示すものである。21は円筒形のモータケーシングであ
り、図示されないモータ内の固定子に固定され′ζいる
。モータケーシング21の端部には取付け7ランジ22
が形成されており、ボルト穴24.25を貫通するボル
ト26およびナツト27によりトルクセンサの可動7ラ
ンジ1に締結されている。トルクチューブ3は、モータ
回転軸23と同心となるように配置されており、一方の
端部は上記可動7ランジlに1また他方の端部は固定7
ランジ2に連結されている。なお、該固定7ランジ2は
図示は省略されているが、ボルト等によって土台28に
固定されている。つまり、モータ回転軸23に成るトル
ク負荷が与えられると、そのトルクTはモータ固定子に
反作用として作用し、モータケーシング21.取付け7
ランジ22および可動7ランジ1を介してトルクチュー
ブ3に伝達されるので、上述と同様にしてそのトルクを
測定することが可能となる。なお、第9図(イ)はモー
タ回転軸23がトルクチューブ3内を貫通する如く構成
した例、同図←)はトルクチューブ3をモータケーシン
グ21を境として反対側に取り付けた例、同図(ハ)は
モータケーシング21を同軸に包むようにドルクチ且−
ブ3を配置した例をそれぞれ示すものであるが、いずれ
の場合もモータ本体がトルクチューブ3を介して設置、
固定されている。すなわち、モータケーシングに作用す
るトルク反力を、モータケーシングと土台との間にとり
付けたトルクチューブの捩れとして検出するようにして
いるため、モータとトルクセンサとを一体的にコンパク
トに構成することができ、したがってスペース的な制約
がなく、またモータの回転軸から直接電気信号を取り出
す必要がないため、従来のトルクセンサの如き高価なス
リップリングを必要とせず、しかも摩耗部分がないので
耐久性に便れ、信頼性が向上するという種々の利点を有
するものである。
場合の適用例を示すブロック図である。例えば、第9図
(イ)において、符号1〜3は今迄説明したものと同様
であり、またSはトルクセンサの電極等を含む検出部を
示すものである。21は円筒形のモータケーシングであ
り、図示されないモータ内の固定子に固定され′ζいる
。モータケーシング21の端部には取付け7ランジ22
が形成されており、ボルト穴24.25を貫通するボル
ト26およびナツト27によりトルクセンサの可動7ラ
ンジ1に締結されている。トルクチューブ3は、モータ
回転軸23と同心となるように配置されており、一方の
端部は上記可動7ランジlに1また他方の端部は固定7
ランジ2に連結されている。なお、該固定7ランジ2は
図示は省略されているが、ボルト等によって土台28に
固定されている。つまり、モータ回転軸23に成るトル
ク負荷が与えられると、そのトルクTはモータ固定子に
反作用として作用し、モータケーシング21.取付け7
ランジ22および可動7ランジ1を介してトルクチュー
ブ3に伝達されるので、上述と同様にしてそのトルクを
測定することが可能となる。なお、第9図(イ)はモー
タ回転軸23がトルクチューブ3内を貫通する如く構成
した例、同図←)はトルクチューブ3をモータケーシン
グ21を境として反対側に取り付けた例、同図(ハ)は
モータケーシング21を同軸に包むようにドルクチ且−
ブ3を配置した例をそれぞれ示すものであるが、いずれ
の場合もモータ本体がトルクチューブ3を介して設置、
固定されている。すなわち、モータケーシングに作用す
るトルク反力を、モータケーシングと土台との間にとり
付けたトルクチューブの捩れとして検出するようにして
いるため、モータとトルクセンサとを一体的にコンパク
トに構成することができ、したがってスペース的な制約
がなく、またモータの回転軸から直接電気信号を取り出
す必要がないため、従来のトルクセンサの如き高価なス
リップリングを必要とせず、しかも摩耗部分がないので
耐久性に便れ、信頼性が向上するという種々の利点を有
するものである。
第10図はトルクドライバに適用した例を示す構成図で
ある。同図において、31は基部、32は変換器、TT
はトルクチューブ、Sは検出部、33.34は電動弁、
空気弁、35はエアモータ351、駆動軸352、カッ
プリング機構353および減速、打撃機構354からな
るネジ締め機構、36はドライバ軸、37は操作部であ
る。基部31は該トルクドライバのケーシングに相当し
、通常はネジ締め作業者によって保持されるが、または
所定の機器に固定される。トルクチューブTTは該基部
31にボルト等により固着され、該トルクチューブTT
はカップリング機構353を介して減速、打撃機構35
4と接続され、さらにその他端にはドライバ軸36が接
続される。
ある。同図において、31は基部、32は変換器、TT
はトルクチューブ、Sは検出部、33.34は電動弁、
空気弁、35はエアモータ351、駆動軸352、カッ
プリング機構353および減速、打撃機構354からな
るネジ締め機構、36はドライバ軸、37は操作部であ
る。基部31は該トルクドライバのケーシングに相当し
、通常はネジ締め作業者によって保持されるが、または
所定の機器に固定される。トルクチューブTTは該基部
31にボルト等により固着され、該トルクチューブTT
はカップリング機構353を介して減速、打撃機構35
4と接続され、さらにその他端にはドライバ軸36が接
続される。
図示されないボルトまたはナツトは、ネジ締め機構35
のドライバ軸36により所定の方向に回転されて締め付
けられるとともに、ネジ締めトルクTの反力TLがネジ
締め機構35を介してトルクチューブTTに作用する。
のドライバ軸36により所定の方向に回転されて締め付
けられるとともに、ネジ締めトルクTの反力TLがネジ
締め機構35を介してトルクチューブTTに作用する。
このトルクTはトルク検出部Sにより上述の如く静電容
量変化として取り出され、さらに変換器32によってト
ルク反力TLに比例する電気信号に変換されて所定の機
器に与えられる。また、トルク反力TLが予め設定され
たトルク設定値に達したときは、変換器32を介して電
動弁33へ所定の信号が田され、空気弁34が閉成され
る。弁34が閉じられると、エアモータ351への空気
送入が遮断されるので、エアモータ351はその動作を
停止する。
量変化として取り出され、さらに変換器32によってト
ルク反力TLに比例する電気信号に変換されて所定の機
器に与えられる。また、トルク反力TLが予め設定され
たトルク設定値に達したときは、変換器32を介して電
動弁33へ所定の信号が田され、空気弁34が閉成され
る。弁34が閉じられると、エアモータ351への空気
送入が遮断されるので、エアモータ351はその動作を
停止する。
以上のように、この発明によれば、測定トルクを円筒形
のトルクチューブを備えたセンサにより回転変位に変換
し、これをさらに静電容量変化として検出するようにし
た\め、次の如き種々の利点を有する。
のトルクチューブを備えたセンサにより回転変位に変換
し、これをさらに静電容量変化として検出するようにし
た\め、次の如き種々の利点を有する。
イ)検出部に接着剤を用いず、全て無機材料で構成する
ことができるので安定性に優れている。また、直線性、
再現性がトルクチューブの材料特性のみで決まるから、
良好である。
ことができるので安定性に優れている。また、直線性、
再現性がトルクチューブの材料特性のみで決まるから、
良好である。
口)温度特性がトルクチューブの弾性係数の湿度変化だ
けであるから、極めて小さい。
けであるから、極めて小さい。
ハ)トルクに対する静電容量変化比が従来のものに比較
して大きいので、トルクの測定範囲が広くなりルンジア
ビリテイを大きくすることができる。
して大きいので、トルクの測定範囲が広くなりルンジア
ビリテイを大きくすることができる。
二)測定トルク以外の曲げモーメント、集中荷重または
軸力の影響は、電極構造を工夫することにより減少さぜ
ることができる。
軸力の影響は、電極構造を工夫することにより減少さぜ
ることができる。
ホ)電極部を密閉構造とすることにより、湿度による誘
電率の変化を減少させることができる。
電率の変化を減少させることができる。
第1図は従来のトルク測定器を示す概略構成図、第2図
はこの発明によるトルク測定器の構成を示す斜視図、第
3図はこの発明によるトルク測定原理を説明する原理図
、第4図は電極部の構造を説明する説明図、第5図は電
極部の密閉構造を説明する説明図、第6図はこの発明に
よるトルク検出方式を示すブロック図、第7図はこの発
明によるトルク測定器における曲げモーメント、集中荷
重または軸力の影響を説明する説明図、第8図はこれら
測定トルク以りIの外力の影響を除去する電極構造例を
示す説明図、第9図はこの発明によるトルク測定器を使
用してモータ発生トルクを測定する例を示すブロック図
、第1θ図はこの発明をトルクドライバに適用した例を
示す構成図である。 符号説明 1・・・・・・可動7ランジ、2・・・・・・固定7ラ
ンジ、3゜TT・・・・・・トルクチューブ、4・・・
・・・可動電極、4・・・・・・可動電極固定子、51
,52・・・・・・固定電極、6・・・・・・絶縁体、
7,7・・・・・・固定電極支持部材、8・・・・・・
ベロー、9・・・・・・パイプ、11・・・・・・トル
ク測定器、12・・・・・・演算器、13・・・・・・
電圧/電流(V/I)変換器、21・・・・・・モータ
ケーシング、22・・・・・・取付け7ランジ、23・
・・・・・モータ回転軸、24.25・・・・・・ボル
ト穴、26・・・・・・ボルト、27・・・・・・ナツ
ト、28・・・・・・土台、31・・・・・・基部、3
2・・・・・・変換器、33.34・・・・・・電動弁
、空気弁、35・・・・・・ネジ締め機構、351・・
・・・・エアモータ、352・・・・・・駆動軸、35
3・・・・・・カップリング機構、354・・・・・・
減速、打撃機構、36・・・・・・ドライバ軸、37・
・・・・・操作部、S・・・・・・検出部 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第1図 1s 4 図 第5図 4フ 第6図 第7WJ 第9rg (イン 嬉 9 図 (ロ)
はこの発明によるトルク測定器の構成を示す斜視図、第
3図はこの発明によるトルク測定原理を説明する原理図
、第4図は電極部の構造を説明する説明図、第5図は電
極部の密閉構造を説明する説明図、第6図はこの発明に
よるトルク検出方式を示すブロック図、第7図はこの発
明によるトルク測定器における曲げモーメント、集中荷
重または軸力の影響を説明する説明図、第8図はこれら
測定トルク以りIの外力の影響を除去する電極構造例を
示す説明図、第9図はこの発明によるトルク測定器を使
用してモータ発生トルクを測定する例を示すブロック図
、第1θ図はこの発明をトルクドライバに適用した例を
示す構成図である。 符号説明 1・・・・・・可動7ランジ、2・・・・・・固定7ラ
ンジ、3゜TT・・・・・・トルクチューブ、4・・・
・・・可動電極、4・・・・・・可動電極固定子、51
,52・・・・・・固定電極、6・・・・・・絶縁体、
7,7・・・・・・固定電極支持部材、8・・・・・・
ベロー、9・・・・・・パイプ、11・・・・・・トル
ク測定器、12・・・・・・演算器、13・・・・・・
電圧/電流(V/I)変換器、21・・・・・・モータ
ケーシング、22・・・・・・取付け7ランジ、23・
・・・・・モータ回転軸、24.25・・・・・・ボル
ト穴、26・・・・・・ボルト、27・・・・・・ナツ
ト、28・・・・・・土台、31・・・・・・基部、3
2・・・・・・変換器、33.34・・・・・・電動弁
、空気弁、35・・・・・・ネジ締め機構、351・・
・・・・エアモータ、352・・・・・・駆動軸、35
3・・・・・・カップリング機構、354・・・・・・
減速、打撃機構、36・・・・・・ドライバ軸、37・
・・・・・操作部、S・・・・・・検出部 代理人 弁理士 並 木 昭 夫 代理人 弁理士 松 崎 清 第1図 1s 4 図 第5図 4フ 第6図 第7WJ 第9rg (イン 嬉 9 図 (ロ)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)測定トルクが作用するトルクチューブの各端部にそ
れぞれ固着された第1.第2の7ランジと、第1フラン
ジに該トルクチューブと平行して固定される第1電極と
、該第2フランジに固定されるとともに第1電極に対し
てそれぞれ所定の間隔をもって対向配置される1対の第
2電極とを備え、該第1.第27ランジ部の少なくとも
一方を介してトルクチューブに測定トルクを作用させた
とき生じる第1.第2電極の相対的変位を静電容量変化
として取り出す静電容量式トルク測定器であって、前記
第1電極の長さを第2電極のそれよりも所定の量だけ長
くするとともに、第1電極の中心位置を第2電極固定端
から測ってトルクチューブ長さの略1/3ないし1/2
の距離とすることを特徴とする静電容量式トルク測定器
。 2、特許請求の範囲第1項に記載の静電容量式トルク測
定器において、前記第1.第2電極によって形成される
部分を所定の材料を用いて密閉することを特徴とする静
電容量式トルク測定器。 3)特許請求の範v!i第2項に記載の静電容量式トル
ク測定器において、前記密閉した部分に所定の誘電体を
封入してなることを特徴とする静電容量式トルク測定器
。 4)特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記
載の静電容量式トルク測定器において、前記第1.第2
電極をそれぞれ金属板とすることを特徴とする静電容量
式トルク測定器。 5)特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記
載の静電容量式トルク測定器において、前記第1.第2
電極の少なくとも一方を蒸着された金属薄膜とすること
を特徴とする静電容量式トルク測定器。 6)特許請求の範囲第1項に記載の静電容量式トルク測
定器において、前記第17ランジをモータ発生トルクの
反力が作用するモータケーシングと係合してモータ発生
トルクを測定することを特徴とする静電容量式トルク測
定器0
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22011582A JPS59111028A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 静電容量式トルク測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22011582A JPS59111028A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 静電容量式トルク測定器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59111028A true JPS59111028A (ja) | 1984-06-27 |
Family
ID=16746144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22011582A Pending JPS59111028A (ja) | 1982-12-17 | 1982-12-17 | 静電容量式トルク測定器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59111028A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4866993A (en) * | 1986-12-12 | 1989-09-19 | Schumacher Larry L | Torque transducer for rotating machines |
US4941363A (en) * | 1988-08-11 | 1990-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Sensor for measurement of the torque acting on a rotating shaft |
DE10127805C1 (de) * | 2001-06-07 | 2002-10-24 | Siemens Ag | Drehmoment-Messvorrichtung |
DE10138513B4 (de) * | 2001-08-06 | 2004-04-08 | Siemens Ag | Drehmomentsensor |
JP2014509573A (ja) * | 2011-04-01 | 2014-04-21 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 自転車用のクランク駆動装置 |
CN104359602A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-02-18 | 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 | 可调刚度式船模波浪载荷垂向弯矩测量装置 |
JP2018537685A (ja) * | 2015-12-17 | 2018-12-20 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 駆動ユニットのトルクを測定する方法 |
-
1982
- 1982-12-17 JP JP22011582A patent/JPS59111028A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4866993A (en) * | 1986-12-12 | 1989-09-19 | Schumacher Larry L | Torque transducer for rotating machines |
US4941363A (en) * | 1988-08-11 | 1990-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Sensor for measurement of the torque acting on a rotating shaft |
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JP2014509573A (ja) * | 2011-04-01 | 2014-04-21 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 自転車用のクランク駆動装置 |
CN104359602A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-02-18 | 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 | 可调刚度式船模波浪载荷垂向弯矩测量装置 |
JP2018537685A (ja) * | 2015-12-17 | 2018-12-20 | ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 駆動ユニットのトルクを測定する方法 |
US10627300B2 (en) | 2015-12-17 | 2020-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Method for measuring torque of a drive unit |
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