JPS6142206B2 - - Google Patents
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- JPS6142206B2 JPS6142206B2 JP6537381A JP6537381A JPS6142206B2 JP S6142206 B2 JPS6142206 B2 JP S6142206B2 JP 6537381 A JP6537381 A JP 6537381A JP 6537381 A JP6537381 A JP 6537381A JP S6142206 B2 JPS6142206 B2 JP S6142206B2
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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
- G01L3/16—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type
- G01L3/22—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type electrically or magnetically actuated
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、コイルバネ式の回転体トルク測定装
置において、検出トルク値に表れる回転速度に起
因するトルク零点の移動を解消できるトルク検出
用バネの構成に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a configuration of a torque detection spring in a coil spring type rotating body torque measuring device that can eliminate the shift of the torque zero point caused by the rotational speed appearing in the detected torque value.
工作機等の加工監視を行う駆動機としてトルク
計内蔵のインダクシヨンモータが開発されている
が、その方式としては、当初は特願昭53−65223
号において開示したようなトーシヨンバーを用い
る方式から、外形上有利なコイルバネ方式(特願
昭55−145364号において開示)に移行して来てい
る。後者のコイルバネ方式では、回転数によりコ
イルバネの受ける遠心力が変り、それによつてコ
イルバネに捩り変位が生じ、トルク出力の零点に
変化が生じる現象があるため、可変速で高精度の
トルク検出を行うためには何らかの対策が必要と
なる。 An induction motor with a built-in torque meter has been developed as a drive machine for monitoring the machining of machine tools, etc., but the method was originally published in Japanese Patent Application No. 53-65223.
The system using a torsion bar as disclosed in No. 1983 has been replaced by a coil spring system (disclosed in Japanese Patent Application No. 145364/1982) which is advantageous in terms of appearance. In the latter coil spring method, the centrifugal force applied to the coil spring changes depending on the rotation speed, which causes torsional displacement of the coil spring and changes in the zero point of torque output, so high-precision torque detection is performed at variable speed. Some measures are required for this.
この現象を更に詳述すれば、例えばコイルバネ
式トルク検出装置内蔵のインダクシヨンモータ
は、従来第2図に示すようなコイルバネ1′をト
ルク検出用バネとするトルク測定装置を第1図に
示すような構成でインダクシヨンモータに内蔵し
ていた。第1図において、2は主軸であり、モー
タケーシング3に軸受4,4にて支承されてい
る。主軸2の外周にはニードルベアリング5,5
によつて回転子軸6が回転可能に支持されてい
る。主軸2には前記コイルバネ1′の固定環1′a
が固定されており、同コイルバネ1′の可動環
1′bは上記回転子軸6の一端に固定されてい
る。固定環1′a及び可動環1′bにはそれぞれ第
1及び第2の検出板7,8が取り付けられてお
り、その各検出板の周部には、円周を等分した割
出角度位置で突極7a及び8aが形成されてい
る。モータケーシング3には検出素子取付枠9が
取り付けられており、この取付枠9には前記第1
及び第2の検出板7,8のそれぞれの突極7a,
8aに近接する状態で第1及び第2の検出素子1
0,11が固定されている。図中12は回転子、
13は固定子を示す。 To explain this phenomenon in more detail, for example, in an induction motor with a built-in coil spring type torque detection device, a torque measuring device using a coil spring 1' as a torque detection spring as shown in FIG. It was built into an induction motor with a similar configuration. In FIG. 1, 2 is a main shaft, which is supported by a motor casing 3 with bearings 4, 4. Needle bearings 5, 5 are located on the outer periphery of the main shaft 2.
The rotor shaft 6 is rotatably supported by. A fixed ring 1'a of the coil spring 1' is attached to the main shaft 2.
is fixed, and a movable ring 1'b of the coil spring 1' is fixed to one end of the rotor shaft 6. First and second detection plates 7 and 8 are attached to the fixed ring 1'a and the movable ring 1'b, respectively, and the circumference of each detection plate has an indexing angle that equally divides the circumference. Salient poles 7a and 8a are formed at the positions. A detection element mounting frame 9 is attached to the motor casing 3, and the first detection element mounting frame 9 is attached to the detection element mounting frame 9.
and each salient pole 7a of the second detection plates 7 and 8,
The first and second detection elements 1 are in close proximity to 8a.
0 and 11 are fixed. In the figure, 12 is a rotor;
13 indicates a stator.
検出素子10,11は突極7a,8aが通過す
る毎に1個のパルスを発生するように構成され、
既に知られているように、磁束変化を検出する方
式のもの、電磁誘導型のもの、静電誘導型のも
の、あるいは光電型のものなどを用いることがで
きる。 The detection elements 10 and 11 are configured to generate one pulse each time the salient poles 7a and 8a pass,
As is already known, a type that detects changes in magnetic flux, an electromagnetic induction type, an electrostatic induction type, or a photoelectric type can be used.
このような構成におけるコイルバネ1′の、回
転速度による誤差について以下説明する。 The error caused by the rotational speed of the coil spring 1' in such a configuration will be explained below.
コイルバネの中心軸線を中心にして回転したと
き、コイルバネの素線の単位長に働く遠心力F
は、
F=ρSrω2 ………
(但し、ρ;コイル素線の密度〔Kg/m3〕、S;コ
イル素線の断面積〔m2〕、r;コイルの半径
〔m〕、ω〔rad/sec〕)で表される。この遠心力に
よりコイルの半径がΔrだけ大きくなつたとき、
コイルバネが受けた素線単位長当りのエネルギー
は
u=1/2ρSrω2Δr ………
となる。今、第3図に示すように2πrの長さの
バネ素線が半径rから半径(r+Δr)に大きく
なり、このため中心軸線より見たバネ素線の角度
が2πから(2π−Δθ)に変つたとすると、バ
ネ素線の長さは一定であるから、2πr=(2π
−Δθ)(r+Δr)なる関係が成り立つ。これ
よりΔr≒rΔθ/2πまた、素線の単位長当り
の捩り角度をΔφとすると、Δφ=Δθ/2πr
であるから、これら2つの関係式より、
Δr=r2Δφ ………
が成り立ち、この式と前記式により下式が導
かれる。 The centrifugal force F that acts on the unit length of the coil spring wire when the coil spring rotates around its central axis.
is, F=ρSrω 2 (however, ρ: density of coil wire [Kg/m 3 ], S: cross-sectional area of coil wire [m 2 ], r: radius of coil [m], ω [ rad/sec〕). When the radius of the coil increases by Δr due to this centrifugal force,
The energy per unit length of the wire received by the coil spring is u=1/2ρSrω 2 Δr . Now, as shown in Figure 3, the spring wire with a length of 2πr increases from the radius r to the radius (r + Δr), and therefore the angle of the spring wire seen from the central axis changes from 2π to (2π - Δθ). Since the length of the spring wire is constant, 2πr=(2π
-Δθ)(r+Δr) holds true. From this, Δr≒rΔθ/2π Furthermore, if the twist angle per unit length of the wire is Δφ, then Δφ=Δθ/2πr
Therefore, from these two relational expressions, Δr=r 2 Δφ ...... The following expression is derived from this expression and the above expression.
u=1/2ρSr3ω2Δφ ………
一方、素線がΔφの曲げを受けたとき、素線に
蓄えられるエネルギーu′は、下式で表される。 u=1/2ρSr 3 ω 2 Δφ ...... On the other hand, when the wire is bent by Δφ, the energy u' stored in the wire is expressed by the following formula.
u′=1/2EIΔφ2 ………
但し、Eはコイル素線の縦弾性係数、Iはコイ
ル素線の断面2次モーメントである。 u'=1/2EIΔφ 2 ...... However, E is the longitudinal elastic modulus of the coil wire, and I is the second moment of area of the coil wire.
上記2つのエネルギーu、u′は等しいので
Δφ=ρSr3ω2/EI ………
が成立する。これよりコイルバネ1周当りの捩れ
角Δθは、
Δθ=2πr4ρSω2/EI ………
となる。例えば、コイルバネ素線の断面が長方形
で、半径方向の辺をh、軸方向の辺をbとする
と、
Δθ=24πr4ρω2/Eh2 ………
となる。 Since the above two energies u and u' are equal, Δφ=ρSr 3 ω 2 /EI ...... is established. From this, the twist angle Δθ per revolution of the coil spring is Δθ=2πr 4 ρSω 2 /EI . For example, if the coil spring wire has a rectangular cross section, and the radial side is h and the axial side is b, then Δθ=24πr 4 ρω 2 /Eh 2 .
このようにコイルバネを用いて回転速度が変化
するときのトルクを測定しようとすると、遠心力
によつてコイル自体が捩れ、トルク計の零点変動
誤差を生じる。 When trying to measure torque when the rotational speed changes using a coil spring in this way, the coil itself is twisted by centrifugal force, causing a zero point fluctuation error in the torque meter.
1つの実施例についてΔθの大きさを見積る
と、
r=35×10-3m、h=11×10-3m、ρ=7.8×
103Kg/m3、E=200×109N/m2、ω=2π×30rad/
sec(=1800rpm)とした場合、Δθ=1.3×
10-3rad(=0.074度)となる。 Estimating the magnitude of Δθ for one example, r=35×10 -3 m, h=11×10 -3 m, ρ=7.8×
10 3 Kg/m 3 , E=200×10 9 N/m 2 , ω=2π×30rad/
sec (=1800 rpm), Δθ=1.3×
10 -3 rad (=0.074 degrees).
コイルバネの両端部は半径方向の変化が固定環
及び可動環により拘束されているので、この角度
変化は小さくなるが、被測定トルクによるバネの
捩りが1周当り1度程度とすると、上記の例で数
%の速度誤差が生じることになる。 Changes in the radial direction of the coil spring at both ends are restrained by the fixed ring and the movable ring, so this angular change is small, but if the torsion of the spring due to the torque to be measured is about 1 degree per revolution, the above example This will result in a speed error of several percent.
本発明は、このような従来のコイルバネを用い
ることによるトルク測定装置の零点変動誤差を解
消する方策として、コイルバネ自体の構造を右巻
部分と左巻部分が連設されたものとし、かつその
巻数及び径が等しいものとして、左右のバネ部分
で遠心力により捩りを相殺し、トルク測定の零点
の変動を無くすことを目的とするものである。 The present invention, as a measure to eliminate the zero point fluctuation error of a torque measuring device caused by using such a conventional coil spring, has a structure of the coil spring itself in which a right-handed part and a left-handed part are connected, and the number of turns is changed. Assuming that the left and right spring portions have the same diameter, the centrifugal force of the left and right spring portions cancels out the torsion, and the purpose is to eliminate fluctuations in the zero point of torque measurement.
第4図は、本発明に係るトルク検出用バネ1の
実施例を示すものであり、右巻部分1Rと左巻部
分1Lとはバネ1の中央部分で連結され、他端は
それぞれ固定環1aと可動環1bとに連結された
構造となつている。このような構成とすることに
より、遠心力に起因する右巻部分1Rと左巻部分
1Lとのバネの緩み方向が互いに逆方向となり、
バネ1全体では遠心力による影響を打ち消すこと
ができる。第5図はその関係を説明するグラフで
あり、縦軸をバネの捩れ角Δθに、横軸を回転角
速度ωにとつたときの右巻部分の捩れ角の曲線を
aで、左巻部分の捩れ角の曲線をbで、合成した
捩れ角をcで表したものである。 FIG. 4 shows an embodiment of the torque detection spring 1 according to the present invention, in which a right-handed portion 1R and a left-handed portion 1L are connected at the center of the spring 1, and the other ends are connected to fixed rings 1a. and a movable ring 1b. With such a configuration, the directions of loosening of the springs in the right-handed portion 1R and left-handed portion 1L due to centrifugal force are opposite to each other,
The entire spring 1 can cancel out the influence of centrifugal force. Fig. 5 is a graph explaining this relationship, where the vertical axis is the torsion angle Δθ of the spring and the horizontal axis is the rotational angular velocity ω. The torsion angle curve is represented by b, and the combined torsion angle is represented by c.
第6図は、本発明のトルク測定用バネを用いた
トルク測定装置の構成を示すブロツク図である
が、この構成自体は従来のものと同じ方式のもの
を採用することができる。図において、第1の検
出板7及び第2の検出板8の回転数に応じた周波
数のパルス又は正弦波が第1及び第2の検出素子
10及び11から出力され、それぞれ波形整形回
路21,22により矩形波に整形された後、時間
差検出回路23に入力され、2つの検出波形の位
相差に応じた出力を出すように構成される。即
ち、負荷トルクが大きくなると、バネ1の捩れに
より駆動側の第1の検出板7よりも負荷側の第2
の検出板8の回転位相が遅れ、逆に減速時などは
負荷側の慣性モーメントにより第2の検出板8の
回転依相の方が進み、その位相時間差に応じた電
気信号がこの時間差検出回路23より、その進み
遅れの符号と共に出力される。そして次の増幅器
24によつてその出力が増幅され、その増幅度を
所要の値に選ぶことによりトルク値に換算された
出力をえることができる。 FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a torque measuring device using the torque measuring spring of the present invention, but this configuration itself can be of the same type as the conventional one. In the figure, pulses or sine waves with a frequency corresponding to the rotational speed of the first detection plate 7 and the second detection plate 8 are output from the first and second detection elements 10 and 11, and the waveform shaping circuit 21, After being shaped into a rectangular wave by 22, the signal is input to a time difference detection circuit 23, which is configured to output an output according to the phase difference between the two detected waveforms. That is, when the load torque increases, the second detection plate 7 on the load side
The rotational phase of the second detection plate 8 lags behind, and conversely, during deceleration, etc., the rotational phase of the second detection plate 8 advances due to the moment of inertia on the load side, and an electric signal corresponding to the phase time difference is transmitted to this time difference detection circuit. 23, it is output together with the sign of its lead/lag. Then, the output is amplified by the next amplifier 24, and by selecting the degree of amplification to a desired value, it is possible to obtain an output converted into a torque value.
上述したように本発明によればトルク検出用バ
ネを右巻部分と左巻部分とが連設されその巻数及
び径を等しくした構成としたので、回転体の遠心
力に起因する検出トルクの零点の変動が無くな
り、ベルトプーリやモータの伝達トルク測定を高
精度で行うことができるという効果を奏するもの
である。 As described above, according to the present invention, the torque detection spring has a right-handed portion and a left-handed portion that are arranged in series and have the same number of turns and diameter, so that the zero point of the detected torque due to the centrifugal force of the rotating body is This has the effect that the transmission torque of the belt pulley and motor can be measured with high accuracy.
第1図はトルク検出装置内蔵のインダクシヨン
モータの構造を示す一部切欠断面図、第2図は従
来のトルク検出に用いられているコイルバネの構
成を示す一部切欠断面図、第3図は遠心力による
コイルバネの捩れを説明する説面図、第4図は本
発明のバネの実施例を示す一部切欠側面図、第5
図は本発明のバネによる回転速度と捩れ角の関係
を示すグラフ、第6図はトルク測定装置の構成を
示すブロツク図である。
Fig. 1 is a partially cutaway sectional view showing the structure of an induction motor with a built-in torque detection device, Fig. 2 is a partially cutaway sectional view showing the structure of a coil spring used in conventional torque detection, and Fig. 3 is a partially cutaway sectional view showing the structure of an induction motor with a built-in torque detection device. FIG. 4 is a partially cutaway side view showing an embodiment of the spring of the present invention; FIG.
The figure is a graph showing the relationship between the rotational speed and torsion angle of the spring of the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the torque measuring device.
Claims (1)
固定されるコイルバネであつて、その捩れ角の大
きさによつて伝達トルクを検出するものにおい
て、当該コイルバネは右巻部分と左巻部分が連設
されかつその巻数及び径が等しく構成されている
ことを特徴とするトルク検出用バネ。1. A coil spring that has one end fixed to the driving side of a rotating body and the other end fixed to the driven side, and whose transmitted torque is detected based on the magnitude of its torsion angle. A torque detection spring characterized in that the winding portions are arranged in series and have the same number of windings and the same diameter.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6537381A JPS57179634A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Spring used for torque detection |
US06/309,734 US4492906A (en) | 1980-10-15 | 1981-10-08 | Electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6537381A JPS57179634A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Spring used for torque detection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS57179634A JPS57179634A (en) | 1982-11-05 |
JPS6142206B2 true JPS6142206B2 (en) | 1986-09-19 |
Family
ID=13285091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6537381A Granted JPS57179634A (en) | 1980-10-15 | 1981-04-30 | Spring used for torque detection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS57179634A (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6017328A (en) * | 1983-07-09 | 1985-01-29 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Structure of coil spring coupling provided with torque sensor |
JPS60113535U (en) * | 1984-01-06 | 1985-08-01 | 三ツ星ベルト株式会社 | Coupling spring with torque converter |
JP2004273398A (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-30 | Sharp Corp | Ic socket |
-
1981
- 1981-04-30 JP JP6537381A patent/JPS57179634A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS57179634A (en) | 1982-11-05 |
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