KR930011087B1

KR930011087B1 - 토오크 측정장치

Info

Publication number: KR930011087B1
Application number: KR1019880013679A
Authority: KR
Inventors: 시게오 요시무라; 렌시로오 이시노; 시로오 다까다; 히도시 기무라
Original assignee: 구보다 덱고오 가부시기가이샤; 미노 시게가스
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1993-11-20
Also published as: DE3887853T2; KR890010546A; US4972727A; EP0321662A3; EP0321662B1; US4972728A; EP0480912A3; DE3887853D1; EP0480912A2; EP0321662A2; US4972726A; US4920809A

Abstract

내용 없음.

Description

토오크 측정장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 토오크 측정장치의 개략도.

제2도는 제1도의 토오크 측정장치에서 토오크 측정 전자회로의 블록선도.

제3도는 오차가 전혀 없을때 검출코일로부터 검출된 전압을 나타내는 그래프.

제4도는 제3도에 근거한 토오크신호를 나타내는 그래프.

제5도는 토오크 검출 부분사이의 균형이 불안할때 검출된 전압을 나타내는 그래프.

제6도는 제5도에 근거한 토오크신호를 나타내는 그래프.

제7도는 예정된 감도로 얻어진 검출된 전압을 나타내는 그래프.

제8도는 감도가 변화할시에 검출된 전압을 나타내는 그래프.

제9도는 제2도에 나타난 회로용 작동 타이밍 챠트.

제10도는 본 발명의 제2실시예에 따른 토오크 측정장치의 배열을 나타내는 다이어그램.

제11도는 제10도에 나타난 축의 요부와 그 주변을 나타내는 도.

제12도는 본 발명의 제2실시예의 변형에 따른 토오크 측정장치의 배열을 나타내는 도.

제13도는 본 발명의 제3실시예에 따른 토오크 측정장치의 배열을 나타내는 도.

제14도는 제13도에 나타난 축의 요부와 그 주변을 나타내는 도.

제15도는 본 발명의 제4실시예에 따른 토오크 측정장치를 나타내는 도.

제16도는 제15도에 나타난 축의 요부와 그 주변을 나타내는 도.

제17도는 제15도에 나타난 장치로 얻어진 검출된 전압을 예를 들어서 나타내는 그래프.

제18도는 제15도의 장치용의 작동타이밍챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 축 12, 13 : 토오크 검출 자기 이방성 영역

14, 15 : 교정 자기 이방성 영역 16, 17, 18, 18 : 여자코일

20, 21 : 검출코일 22, 23 : 교정코일

24 : 코어(core) 25 : 발진기

26 : 제1교류전원 27 : 제2교류전원

28, 29, 30, 31 : 정류기 32, 33, 34, 35 : 필터

36, 37, 38, 39 : AD 변환기 40 : CPU(중앙연산장치)

41 : 전원 차단 신호선 42, 45, 46 : DA 변환기

43, 44 : 전원 제어 신호신 47 : 기준치 설정장치

48 : 타이밍 회로 49 : 토오크 출력단자

50 : 영점 교정용 수동스위치 51 : 균형 교정용 수동스위치

52 : 감도 교정용 수동스위치 55 : 교정축

56, 57 : 교정 자기 이방성 영역

본 발명은 토오크 측정장치로서 특히, 엔진, 모우터, 공업용 기계등의 축에 있는 토오크를 접촉하지 않고 측정할 수 있는 토오크 측정장치와 관련이 있다.

이런 형태의 토오크 측정장치는 일본 특허 제 169326호에 나타나 있다.

이 장치에서는 엷은 자기 성질과 자성 기질을 가지고 있는 축이 축의 회전축에 대해서 45각도를 이루며 대립된 방향으로 기울어진 한쌍의 너어링(knurling)된 부분이 그 바깥 둘레면에 형성되어 있으며, 각 너얼링된 부분은 바깥 둘레면을 따라서 감겨진 여자코일(exciting coil)과 검출코일(detecting coil)을 가지고 있다.

그런 배열로 따르면 너얼링된 부분에는 자기 이방성이 부여되며, 전동 토오크에 따라서 각 너얼링된 부분에서 발생하는 투자율(透磁率)의 변화는 검출코일에 의해서 검출된다.

이때에, 압축력이 너얼링된 방향으로 너얼링된 부분증의 어느 하나위에 작용될때에, 장력은 너얼링된 부분이 반대방향으로 기울어지기 때문에 다른 너얼링된 부분위에 작용한다.

결과적으로, 검출코일중의 어느 하나위에 검출전압은 증가하는 토오크와 함께 증가하며 반면 다른 검출 코일위의 검출전압은 감소한다.

이런 검출코일위의 검출전압이 달라진다면 토오크의 변화를 표시하는 토오크 검출전압을 얻을 수 있다.

또 다른 종래의 토오크 검출장치가 일본 공개 특허공보 특개소제 59-166827에 나타나 있다.

이 장치에서는, 앞서 말한 일본 특허제 169326호에 나타난 너얼링된 부분을 형성하는 대신에 반대방향으로 기울어진 비결정성의 엾은 자기층이 접착이나 도금등에 의해서 회전축의 표면에 형성된다.

그런 배열에 따르면, 토오크의 측정은 자성 기질을 전혀 가지고 있지않은 축에 관해서도 가능하다.

그러나, 이런 종래의 배열로는, 부과되는 전동 토오크가 전혀 없는 두개의 검출코일로부터 출력된 검출전압의 균형은 온도변화와 시변 변화 때문에 변하는 경향이 있다.

이것은 축재료의 자기성질 (투자율(透磁率)과 자기왜형요소(磁氣歪型要素))에 있어서의 변화와 축 표면을 통과하는 자기장하(磁氣裝荷)에 기인된 철손에 있어서의 변화 그리고 재료와 제작에 따른 여자코일와 검출코일 그리고 축에 있는 자기층의 질에 있어서의 변화 때문이다.

결과적으로, 감도와 영점(토오크가 영일때의 출력값)등이 측정된 토오크 값에서 오차를 일으키면서 변한다.

위의 점들을 염두에 두고, 본 발명의 목적은 균형과 영점 그리고 감도에 있어서의 변화때문에 측정된 토오크 값에서 생성되는 오차를 예방하는 것에 있다.

이 목적을 얻기위하여, 본 발명의 첫째 양상은 토오크 전달축의 바깥 둘레면에 형성되고, 그 지역이 상기 한 축의 회전축에 대해서 각도를 이루도록 반대반향으로 기울어져 자기 이방성이 부여된 제1, 2토오크 검출자기 이방성 영역과 토오크 검출 자기 이방성 영역에서 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2검출코일을 가지는 토오크 검출부와, 상기 한축의 회전축과 평행인 방향으로 거기에 전해진 자기 이방성과 함께 전기한 영역과 교정 자기 이방성 영역에서의 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2교정코일을 보유하는 교정부를 구성하는 배치에 따른다.

그런 배치에 따르면, 교정 자기 이방성 영역은 축의 회전축과 평행한 방향으로 거기에 전해진 자기 아방성을 가지고 교정코일로부터의 출력은 축에 있는 토오크의 영향을 거의 받지 않으며, 따라서 투자율과 자기 왜형요소에 관련된 출력들만이 전달될 수 있다.

그런 교정 자기 이방성 영역과 교정코일은 토오크 검출 자기 이방성 영역과 검출 코일 근처에 각각 설치되기 때문에, 다른 오차가 토오크 검출 데이타로부터 분리될 수 있으며 그 다음에 교정된다.

본 발명의 둘째양상은 토오크 전달축의 바깥 둘레면에 형성되고 그 지역이 상기한 축의 회전축에 대해서 각 도를 이루며 반대방향으로 기울어져 자기 아방성이 부여된 제1, 2토오크 검출 자기 이방성 영역과 토오크 검출 자기 이방성 영역에서 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2검출코일을 보유하는 토오크 검출부와, 상기한 토오크 전달축으로부터 분리되고 부하가 없는 교정축과 교정축 둘레에 설치된 제1, 2교정코일을 가진 교정부로 구성하는 배치에 따르며, 여기서 전기한 교정부는 실제적으로 전기한 토오크 검출부와 똑같은 자기성질을 가지고 있으며 전기한 토오크 검출부근처에 설치된다.

이러한 배치에 따르면, 교정축은 토오크 전달축으로부터 분리되기 때문에 전혀 부하가 알려지지 않는다.

그러므로, 두개의 교정코일로부터의 출력은 검출하고 그것들의 검출전압을 일정하게 하기 위해서 여자교류원(exciting AC source)을 제어한다.

토오크 검출시에 발생하고 온도변화와 시변변화에 기인된 여러가지 오차는 토오크 신호에 거의 영향을 받지 않는 동안에 교정될 수 있다.

본 발명의 셋째 양상은 토오크 전달축의 바깥 둘레면에 형성되고 그 부분이 전기한 축의 회전축에 대해서 각도를 이루며, 반대방향으로 기울어져 자기 이방성이 부여된 제1, 2자기 이방성 영역과, 전기한 자기 이방성 영역에있어서의 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2검출코일 그리고 토오크가 전기한 축에 전혀 작용하지 않을시에 두개의 검출코일로부터의 검출 신호값이 서로서로 동등하다는 것을 보장하는 제어부를 구성하는 배치에 따른다.

그런 배치에 따르면, 온도변화와 시변 변화에 기인한 두개의 검출면사이의 균형제거는 축위에 작용하는 토오크에 영향을 받지않고도 제어부에 의해서 제거될 수 있으며 전기한 제거에 기인한 오차의 발생을 방지 될 수 있다.

본 발명의 넷째 양상은 그 부분이 토오크 전달축의 회전축에 대해서 각도를 이루며 기울어져 자기 이방성이 부여된 토오크 검출 자기 이방성 영역과, 토오크 검출 자기 이방성 영역 근처에 있는 축의 바깥 둘레면에 형성되고 축의 회전축과 평행인 방향으로 자기 이방성이 부여된 교정 자기 이방성 영역과, 전기한 토오크 검출 자기 이방성 영역과 전기한 교정 자기 이방성 영역을 따라서 설치된 검출코일과 교정코일과, 전기한 교정코일에 의해서 제공된 측정 데이타가 어떤 관련값과 동등하다는 것을 보장하기 위해서 전기한 교정코일에 가해진 여자전압을 교정하고 교정코일을 위해서 전기한 여자전압의 제어에 대응되게 전기한 검출코일을 위해서 가해진 여자전압을 제어하기 위한 부분을 배치에 따른다.

그런 배치에 따르면, 교정코일을 위한 여자전압은 측정된 데이타가 어떤 관련값과 동등하게 되도록 제어되며 검출코일을 위한 여자전압은 그것과 관련하여 조절되기 때문에 검출 감도는 일정한 수준으로 유지된다.

결과적으로, 검출전압의 변화도와 일정한 토오크 하중 아래의 출력높이는 일정하게 유지되며, 따라서, 토오크 검출감도는 변화로부터 방지된다.

이 경우에, 교정 자기 이방성 영역은 이러한 축의 축과 평행하게 길게 뻗쳐 형성되기 때문에, 교정코일로부터의 출력은 축에 작용하는 토오크의 영향을 받지 않는다.

그러므로, 교정코일에 의해서 제공된 측정 데이타는 축의 토오크 하중의 존재 여부나 양, 그리고 축의 자기성질에 있어서의 시변변화와 온도변화에 관계없이 일정한 값으로 조절되며, 따라서 검출코일 감도는 일정한 수준으로 유지된다.

제1도에 있어서, 11번은 엔진의 출력을 작동장치로 전달하는 토오크를 가리킨다.

축(11)의 바깥 둘레면에는 그것이 20~60°의 각도, 바람직하기로는 축(11)의 회전축에 대해서 45°의 각도를 이루고 반대방향으로 기울어져 자기 이방성이 부여되며 이들로부터 축방향으로 일정한 간격으로 떨어진 토오크 전달 자기 이방성 영역(12), (13)으로 형성되었다.

위에 기술된바대로, 이러한 검출 자기 이방성 영역(12), (13)은 축(11)의 바깥 둘레면을 너얼링이나 접착, 도금 혹은 다른 방법으로 축(11)의 표면에 비결정의 강자성층을 형성함으로써 형성될 수 있다.

이들로부터 축방향으로 간격 지워진 위치와 전기한 토오크 검출 자기 이방성 영역(12), (13)을 가로질러서, 전기한 토오크 검출 자기 이방성 영역(12), (13) 근처에 축(11)의 바깥 둘레면에 형성된 교정 자기 이방성 영역(14), (15)이 설치되어 있다.

이러한 교정 자기 이방성 영역(14), (15)은 축(11)의 회전축과 평행한 방향으로 자기 이방성이 부여되고, 토오크 검출 자기 이방성 영역(12), (13)에서와 같이 너얼링 혹은 비결정성의 층 형성과 같은 똑같은 처리방법을 이용한 축자기 이방성 형태로 만들어진다.

여자코일(16), (17), (18), (19)은 자기 이방성 영역(12), (13), (14), (15)의 외부 주위둘레에 위치한다.

여자코일(16), (17), (18), (19)의 각 외부면에는 토오크 검출 자기 이방성 영역(12), (13)과 결합된 검출코일(20), (21)과 교정 자기 이방성 영역(14), (15)과 결합된 교정 코일(22), (23)이 배치되어 있다.

24번은 실리콘 강철판 혹은 염화 제2철과 같은 강자성 물질로 만들어졌으며 자속(maganetic fiux)을 위한 통로를 제한시키고 23을 거쳐서 코일(16)을 조절하기 위한 케이싱으로서의 역할을 하는 코어(core)를 가리킨다.

제2도는 토오크 측정회로를 나타낸다. 이 도면에서, 25번은 전력증폭기 형태인 제1교류 전원(26)에 접속된 발진기를 가리킨다.

제1전원(26)과 평행하게 발진기(25)의 출력단자에는 역시 전력 증폭기 형태의 제2전원(27)의 입력단자가 접속되어 있다.

여자코일(16), (18)은 직렬로 결합하여 제2전원(27)에 접속되고, 반면 여자코일(17), (19)은 또한 직렬로 연결되어 제1전원(26)에 접속된다.

검출코일(20), (21)과 교정코일(22), (23)은 정류기 (28), (29), (30), (31)과 각각 저항기와 축전기로 형성된 필터(32), (33), (34), (35) 그리고 AD 변환기 (36), (37), (38), (39)를 거쳐서 각각 CPU(40)에 연결된다.

두개의 전원(26), (27)의 출력을 차단하기 위한 전원차단 신호선 (41)은 DA 변환기(42)와 함께 CPU(40)에 연결된다.

또한, CPU(40)에는 그 출력을 조절하기 위해서 두개의 전원(26), (27)을 구성하는 전력 증폭기의 증폭요소를 조정하기 위한 전원 제어 신호선(43), (44)이 연결되어 있다.

45, 46번은 신호선(43), (44)에 배치된 DA 변환기를 가리킨다.

47번은 기준치 Es 디지탈 세트(digitally set) 혹은 소프트웨어와 이즈 셋트(software-wise set)를 CPU(40)으로 이동시키기에 적합한 기준치 설정장치를 가리킨다.

더우기, CPU(40)에는 현재 회로용 작동시간을 고정하기 위하여 거기에 연결된 타이밍 회로(48)가 있다.

49번은 토오크 신호의 출력단자를 가리킨다.

50, 51, 52번은 현재 회로용 작동 타이밍에 관계없이 여러가지 오차를 교정하기 위해서 사용하는 수동 스위치를 가리킨다.

위의 배치에 근거한 작동을 기술하자면, 전원(26), (27)이 커졌을때, 검출코일(20), (21)과 교정코일(22), (23)에 출력전압이 나타나며, 이러한 전압은 AD 변환기 (37), (38), (36), (39)의 출력면, 즉 CPU(40)의 입력면 위에서 V₁, V₂, S₁, S₂의 값을 취한다.

더우기, 이러한 값은 V₁', V₂', S₁', S₂'의 값으로 변환되기 위해 CPU(40)에서 산술적으로 처리된다.

토오크가 축(11)위에 작용할시에, 검출코일(20), (21)로부터의 출력전압은 AD 변환기를 통과한 후에 제3도에 나타난 바와 같이 V₁, V₂가 된다.

이러한 V₁, V₂값은 CPU(40)에서 처리되며, 그것에 의해서 값 V₁', V₂'로 변환된다.

(V₁'-V₂')의 차에 적당한 값 K를 곱하며 이 K(V₁'-V₂')값은 출력단자(49)로부터 토오크 신호로 출력된다.

제4도는 제3도의 출력 V₁과 V₂에 근거한 토오크 신호 T의 한 예를 나타낸다.

온도변화와 시변 변화에 기인한 오차는 다음과 같이 교정된다.

첫번째로, 영점조정을 한다.

이 목적을 위해, 두개의 전원(26), (27)로부터의 출력은 예정된 타이밍, 예를 들면 매 1분에 한번씩 전원 차단 신호선(41)을 통해서 차단된다.

그 다음에, 여자코일(16), (17), (18), (19)용 여자전압 제로가 되기 때문에, 검출코일(20), (21)과 교정코일(22), (23)로부터의 출력전압도 역시 제로가 된다.

따라서, AD 변환기(36), (37), (38), (39)로부터의 출력이 제로와는 다른값, 예를 들면, V₁=ε₁, V₂=ε₂, S₁=δ₁그리고 S₂=δ₂,를 가진다면, 이러한 오차들은 전자회로에 있어서의 온도표류와 같은 몇몇 요인에 기인한다.

따라서, V₁'=V₁-ε₁, V₂'=V₂-ε₂, S₁'=S₁-δ₁그리고 S₂'=S₂-S₂하도록 보정(補正)은 산술연산을 통한 CPU(40)에 의해서 이루어진다.

영점 교정을 위한 산술연산의 V₁'= V₂'= S₁'= S₂'=0로 완결되었을때, 영점 조정의 완결을 뒤따르는 타이밍과 함께 교정된 회로 오차 ε₁, ε₂, δ₁그리고 δ₂와 새로운 데이타 V₁', V₂', S₁', S₂'가 얻어진다.

다음 타이밍으로, 두개의 검출면과 두개의 교정면의 균형 교정이 이루어진다.

검출코일(20), (21)사이의 균형은 축의 자기성질이 온도변화 혹은 장기간 반복 토오크에 영향을 받는 것, 혹은 토오크 측정장치의 내부에서의 온도가 변화함에 따라 전도(轉倒)될 수 있다.

검출코일(20), (21)사이의 균형이 전도될 때, 검출된 전압 V₁, V₂은 제5도에 나타난대로이고, 거기에 대응하는 토오크 신호(T)는, 제6도에 나타난바대로, 정상상태로부터 변하며, 따라서 이것은 교정된다.

교정된 전압 S₁, S₂의 측정된 데이타 S₁'와 S₂'사이의 차 S₁'-S₂'는 CPU(40)에서 계산되며, 제어신호는 전원 제어 신호선(43)을 거쳐서 제2전원(27)으로 급송되며 전원(27)은 S₁'-S₂'-0가 되도록 제어된다.

그것에 의해서, 직렬로 연결된 여자코일(16), (18)을 위한 여자전압은 동시에 조정되며, 출력 S₁과 V₁은 교정되고, S₁과 S₂사이의 균형, 즉 V₁과 V₂사이의 균형은 동시에 교정된다.

결과적으로, 제3도와 제4도에 나타난 다이어그램은 V₁-V₂에 근접한 상태가 되도록 교정된다.

다음에, 감도교정이 이루어진다.

전기한 균형교정이 이루어지는 앞서말한 단계에서 두개의 신호 V₁'와 V₂'를 위한 출력선 사이의 교차점(A)은 제7도에 나타난 바와 같이 제로 토오크 선상에 있다.

그러나, 축의 자기성질이 온도변화 때문에 변한다면, 두개의 신호 V₁'와 V₂'를 위한 출력선의 변화도(즉,감도)는 변화며 제8도에 나타난 바와 같은 Em' 로 변하는 Em과 함께 제7도에 있는 평균 높이 Em로 변한다.

결과적으로, K(V₁'-V₂')(제4도 참조)로 표시된 토오크 신호선의 기울기는 변하며 측정감도도 변한다.

따라서, Em'를 예정된 값 Em으로 가져오고 감도특성이 일정하다는 것을 보장하는 예정된 기울기를 회복 시키기 위해서 교정이 실시된다.

두개의 신호 V₁'+V₂'의 합(평균값의 두배)은 평균값을 나타내는 겁출된 값으로 이용된다.

제어는 이 값이 기준치 설정장치(47)에 의해서 CPU(40)으로 입력된 설치된 Es와 똑같다는 것을, 즉( V₁' + V₂' )-Es=0을 보장하기 위해서 실시된다.

구체적으로는, 제1, 2전원(26), (27)은 그것들의 출력높이를 증가시 혹은 감소시키기 위해서 전원 제어 신호선(44)에 의해서 조정된다.

그 다음에, 두개의 전원(26), (27)은 출력높이가 동시에 증가하거나 감소하며, 제어는 V₁' + V₂' 를 두개의 검출된 사이의 균형을 전도시키지 않아도 Es와 동등하다는 것을 보장하기 위해서 실시된다.

두개의 신호 V₁'와 V₂'의 출력높이는 이런방법으로 예정된 값으로 회복되며, 제8도의 점선으로 나타난 바와 같이 그것들의 경사각도도 예정된 값으로 회복되며, 따라서 감도교정은 완결된다.

앞서 말한 영점교정, 균형교정, 그리고 감도교정은 타이밍 회로(48)에 의해서 예정된 타이밍으로 이러한 순서로 실시된다.

예를 들면, 1 싸이클을 1분으로 가정해서 영점교정이 첫째의 50밀리초로 이루어지며, 그 다음 균형교정이 다음의 50밀리초로 이루어지고, 그리고 감도는 언제든지, 즉 나머지 시간에서 여러번 이루어진다.

그런 싸이클은 반복하여 이루어진다.

영점교정과 균형교정동안 앞의 싸이클 시간끝에서의 토오크 신호는 단자(49)로부터 출력된다.

그런 자동 순환 작동외에도, 필요하다면 수동교정을 할 수 있다.

예를 들면, 영점교정용 수동 스위치(50)가 작동된다면, 그곳에서 나온 신호는 CPU(40)안으로 들어가며, 그 시간동안 이 스위치는 작동되고, 앞서 말한 영점교정 작동은 반복되어 수행된다.

이때에, 교정작동이 진행중 이라는 것을 알맞는 방법으로 작동자에게 알릴수 있다.

스위치 작동이 완결되었을때, 교정후의 데이타에 따른 측정된 토오크 값 K(V₁'-V2'₎은 출력된다. 균형교정용 수동 스위치(51)가 눌려질때, 앞서 말한 균형 교정작동이 수행된다.

그런 수작업은 비록 토오크 하중이 전혀없어서 양쪽면위의 검출 상태에서의 균형이 토오크지시가 제6도에 나타난 바와 같이 토오크 표시가 영으로 되지 않도록 전도될 경우에 수행된다. 감과 교정용 수동 스위치(52)가 수동 교정을 위해서 사용되었을때, 예를 들면, 본장치의 제조완성후 정격 기준토오크는 레버와 추에 의해서 축(11)에 적용되며 기준치 설정장치(47)는 표시된 값이 정격값과 일치하도록 조정된다. 위에 기술된 바대로, 본 발명 장치에 따르면, 온도변화, 시변 변화 그리고 토오크 출력신호의 영점 신호는 자동적으로 교정될 수 있다.

특히, 토오크가 걸린동안 온도변화에 기인한 감도 변화와 영점 변화는 자동적으로 교정될 수 있다. 더우기, 전자 처리 회로는 AD 변환기(36), (37), (38), (39) 그리고 DA 변환기 (42), (45), (46)를 제외한, 단지 CPU(40)만이 존재한다는 점에서 매우 단순하다. 이것은 여러 오차의 자동교정이 소프트웨어로 이루어진다는 사실에 기인한다. 간단히 하기위해서 비록 위에서 기술되지는 않았지만, 장치를 제작할시의 영점 교정은 온도변화와 시변변화와 관련된 영점 교정을 추가하여 이루어진다.

이것은 토오크 하중이 제거된 축에 토오크, 즉 본 장치의 첫째 조정이 이루어졌을 때 토오크가 전혀없을 때 영점 교정용 수동 스위치(50)를 작동시키고 CPU(40)에 있는 비소멸성기에서 두개의 검출면 사이의 불균형으로 인한 토오크 출력단자(49)로부터 토오크 표시값(B₀)을 기억시킴으로써 이루어진다.

그리고 그 이후에 실제적으로, 토오크 표시값은 단자(49)에서 k=( V₁'- V2_')로 나타난다.

[제2실시예]

제11도에서는, 토오크 전달축(11)의 바깥 둘레면은 한 부분만이 제1실시예와 다른 한싸의 경사진 토오크 검출 자기이방성 영역(12), (13)이 설치되어있다. 축(11)부근에는, 토오크가 없는 교정축(55)이 온도를 포함하여 실질적으로 똑같은 환경조건에 지배되는 지역에 설치되어 있다. 이 교정축(55)의 바깥 둘레면은, 축(11)위의 토오크 검출 자기이방성 영역(12), (13)의 경우에서와 같이, 축(55)의 축에 대해서 20-60각도로 바람직하게로는 45°의 각도로 반대방향으로 기울여진 교정 자기이방성 영역(56), (57)이 설치되어 있다. 자기 이방성 영역(12), (13), (56), (57)은 이들 외부 주변둘레에 배치된 여자코일(16), (17), (18), (19)을 보유한다.

더우기, 여자코일(16), (17), (18), (19)의 각 외부 주변둘레에는 토오크 검출 자기이방성 영역(12), (13)과 결합된 검출코일(20),(21)과 교정자기 이방성 영역(56), (57)과 결합된 교정코일(22), (23)이 배치되어있다. 24, 25번은 엷은 자기물질로 만들어졌으며 자속을 위한 통로를 제공하고 코일을 적응시키시 위해 케이싱으로 사용된 코어를 가리킨다. 축(11)둘레의 토오크 검출면과 축(55) 둘레의 교정면은 똑같은 특성으로 자기 이방성 영역을 설치하는 것에 의한 것과 똑같은 자기성질을 실제적으로 가지도록 만들어진다.

제10도는 전자회로를 구성하는 본 발명장치의 전체 배치를 나타낸다. 이 도면에서는, 제2도에 나타난 것들과 똑같은 부재들이 똑같은 관련숫자들을 표시된다.

그러나 이 경우에, 여자코일(16), (18)은 직렬로 결합되어 제1전원(26)에 연결되는 반면에 여자코일(19), (17)은 직렬로 결합되어 제2전원(27)에 연결된다. 이 배치에 따르면, 제1실시예의 경우에서와 같이, 영점 교정과 균형교정 그리고 감도교정은 제9도에 나타난 타이밍과 같이 이루어진다. 이런 교정에 관한 상세한 것은 제1실시예에서와 똑같으므로 생략한다.

본 장치는 수동 스위치(50), (51), (52)가 필요시에 상기한 교정들을 하기위하여 설치되었다는 점에서 역시 똑같다. 또한 이 실시예에서, 토오크 출력단자(49)에 나타나는 토오크 표시값은 제10도에서 단순화한 방법으로 나타난다.

제12도는 변형된 축(55)을 보유하는 장치를 나타낸다. 이 변형된 예에서, 축(55)은 그위에 형성된 자기이방성을 부분을 전혀가지고 있지 않다. 자기이방성 영역이 생략되었어도, 축(11) 주위의 토오크 검출면과 축(55) 주위의 교정면의 자기성질사이에 일치하는 것이 타락되지 않으면 실시하는데 어려움은 전혀 없다.

다시말하면, 온도변화에 대응하는 자기성질에 있어서의 변화가 양 축(11), (55)와 실제적으로 똑같다면, 축(55)위에 자기 이방성영역의 형성생략은 가능해진다. 비록 도시되지는 않았지만, 축(55)의 축과 평행하게 길게 뻗친 자기이방성 영역은, 제1도에 나타난 교정 자기이방성 영역(14), (15)의 경우에서와 같이, 축(55)위에 형성될 수도 있다.

[제3실시예]

제14도에서는, 토오크 전달축(11)의 바깥 둘레면이, 제2실시예에서와 같이 한쌍의 토오크검출 자기이방성영역(12)(13)으로 형성되어 있다. 자기이방성 영역(12), (13)의 각 바깥 둘레에는 여자코일(16), (17)이 배치되어 있다. 유사하게, 여자코일(16), (17)의 각 바깥 둘레에는 검출코일(20), (21)이 배치되어 있다.

제13도는 전자회로를 포함한 전체장치의 세부사항을 나타낸다. 이 도면에서, 25번은 발진기를 가리키고, 26, 27번은 제1 전원과 제2전원을 가리키며, 이것을 제1실시예와 제2실시예에서와 똑같다. 여자코일(16)은 제2전원(27)에 연결되며, 반면 여자코일(17)은 제1전원(26)에 연결된다. 검출코일(20), (21)은 정류기(29), (30)와 필터 (33), (34)와 AD 변환기(37), (38)를 거쳐서 각각 CPU(40)에 연결된다. 두개의 전원(26), (27)의 출력을 차단하기 위한 전원 차단 신호선(41)은 DA 변환기 (42)와 함께 CPU(40)에 연결된다.

마찬가지로 CPU(40)에는 그것들의 출력을 조정하기 위하여 상기한 두개의 전원(26), (27)을 구성하는 전력 증폭기의 증폭요소를 조정하기 위한 전원 제어 신호선(43), (44)이 연결되어있다. 45, 46번은 신호선(43),(44)에 있는 DA 변환기를 가리킨다. 47번은 CPU(40)안으로 디지탈이나 메모리를 이용하는 소프트웨어 방법으로 설정되는 기준치 Es을 입력시키는 기준치 설정장치를 가리킨다. CPU(40)에는 또한 현재 회로를 위한 작동타이밍을 생성하는 타이밍회로(48)가 연결되어 있다. 49번은 토오크 신호를 위한 출력단자를 가리킨다. 50, 51, 52번은 수동 스위치를 가리킨다. 위의 배치에 근거한 작동은 다음과 같다.

본 작동은 토오크가 축(11)위에 작동할 때, 토오크 표시값 k(V1_'-V2_')이 토오크단자(49)에 나타난다는 점에서 위에 기술된 제1과 제2실시예와 똑같다. 역시 이 경우에, 단순성을 목적으로, 본 장치 제작시에 두개의 검출면의 균형 조정을 기초로하여 영점 교정에 대한 설명은 생략한다. 온도변화와 시변변화에 기인한 오차 수정중에서, 영점 교정과 감도 교정은 제1실시예와 제2실시예에서와 똑같고 따라서 그 설명은 생략한다. 그러므로, 두개의 검출면에 대한 균형교정이 상세하게 기술된다. 이때에, CPU(40)에서는, 토오크 하중이 영이거나 영근처인지에 대한 결정이 이루어진다.

이것은, 토오크 신호값 k(V₁'-V2'₎을 기준치와 비교하는 CPU(40)에 의해서 실시된다. 예를 들면, 평가된 토오크 신호 k(V1_'-V2')의 1%는 기준치 E_D대로 설정되어 균형보정은 토오크 신호값 k(V1_'-V2')가 기준치보다 적을 때 가능하게 이루어진다. 제어신호는 V₁'- V_2'=0이고 따라서 V₁'와 V2_'사이의 균형이 교정되도록 전원(27)을 조정하기 위하여 전원에 제어 신호선(43)을 거쳐서 제2전원(27)에 급송된다.

결과적으로, 제5도와 제6도에 나타난바대로 균형이 전도된 그래프는 제1실시예의 경우에서와 같이 제3도와 제4도에 나타난 그래프로 교정된다. 균형교정이 토오크 신호값 k(V1_'-V2')이 0이거나 평가된 토오크의 1%보다 적을때만이 이루어지는 이유는 토오크가 축(11)위에 작용할시에, 토오크 성분은 신호 V₁'와 V2_'(제3-6도 참조)에 포함되기 때문에, 균형교정이 이루어질 수 없기 때문이다. 정격 토오크의 1%보다 적은 이유는 정상적으로 어떤 토오크가 축(11)위에 부과되었을때, 최소한 어떤 높이에 있는 위의 토오크 신호는 기계적 효율에 비추어 자연적으로 출력되어야 하기 때문이며 그것을 1%의 범위내에서는 실제적으로 전혀 토오크가 없다고 안전하게 말할 수 있다. 토오크 신호값 k(V1_'-V2')이 정격 토오크의 1%위일때에는 균형교정이 전혀 이루어지지 않는다. 앞서말한 영점 교정과 감도 교정 그리고 균형 교정이 제9도에 나타난 타이밍에 따른 제1실시에와 제2실시예에서와 똑같은 방법으로 이루어진다.

본 배치 역시 수동 스위치(50), (51), (52)가 필요에 따라 상기한 교정을 실시하기 위해서 설치되었다는 점에서 똑같다.

[제4실시예]

제16도에서는, 축(11)바깥 둘레면에 축(11)의 축에 대해서 각도를 이루고 있는 토오크 검출 자기 이방성 부분(12)과 전기한 검출 자기이방성 영역(12) 근처에 배치되어 축과 평행하게 길게 뻗친 교정 자기이방성영역(14)으로 구성되어있다. 여자코일(16), (17)은 자기 이성방 영역(12), (14) 둘레에 배치되어 있다.

더우기, 여자 코일(16), (17)의 바깥 둘레에는 토오크검출 자기이방성영역(12)에 대응하는 검출코일(20)과 교정 자기이방성 영역(14)에 대응하는 교정코일(22)이 배치되어있다, 24번은 코어를 가리킨다.

제15도는 전자 회로를 포함하는 본 장치의 전체배치를 나타낸다. 이 도면에서, 25번은 발진기를 가리키며, 26은 교류전원을 가리킨다. 여자코일(16), (17)은 직렬로 결합하여 전원(26)에 연결된다. 검출코일(20)과 교정코일(22)은 정류기(29), (28)와 필터(33), (32)와 AD 변환기 (37), (36)를 거쳐서 각각 CPU(40)에 연결된다. 전원(26)의 출력을 차단하기 위한 전원 차단 신호선(41)은 AD 변환기(42)와 함께 CPU(40)에 연결된다.

더우기, 전원(26)의 출력을 조절하기 위한 전원 조절 신호선(44)은 DA 변환기(42)를 거쳐서 CPU(40)에 연결된다. 47번은 타이핑 회로를 가리키며, 49번은 토오크 신호를 위한 출력단자를 가리키고 50, 52는 수동 스위치를 가리킨다. 위의 배치에 근거한 작동은 다음과 같다. 전력이 커졌을때, 출력전압은 검출코일(20)과 교정코일(22)에 나타나고, 상기한 전압은 DA 변환기(36), (37)의 각 출력면, 즉 CPU(40)의 입력면에서 값 V와 S를 가진다.

이러한 값 V와 S에 관해서는, 제1에서 제3실시예를 통한 경우에서와 같이, 꺼진 전원(26)의 출력과 함께 영점 교정이 이루어지며 이러한 값은 값 V'와 S'을 제공하기 위해서 산술적으로 처리된다.

그러나, 이 상태에서, 전원(26)을 복귀시킨 후에 얻어진 표시값 k(V1_'-V2')는 거기에 토오크가 전혀 없다할지라도 반드시 제로를 표시하지는 않는다. 그 이유는 검출과 교정면들이 반드시 자기적으로 균형접히지는 않기 때문이다.

따라서, 토오크가 전혀 없다고 알고 있을때(본 장치가 첫번째로 조정되었을때 혹은 축(11)이 구동되지 않았을 때), 수동 영점 조정을 위한 수동 스위치(50)은 작동된다.

그래서 스위치(50)로부터 신호가 CPU(40)에 넣어지며, 거기서 단자(49)에서의 토오크 표시값(B)은 단자 (49)로부터의 출력을 제로로 만들기 위해서 상기한 표시값 k(V1_'-V2')에서 빼진다.

이 값(B)는 다음 수동 교정이 이루질때까지 CPU(40)에 기억된다. 그 후에, 값 k(V1_'-V2')-B는 표시값으로서 사용된다. 그런 처리과정은 작동이 수동이라는 점에서 제1실시예에서 제3실시예까지에서 ＂균형 교정＂에 대응한다. 다음에, 감도교정이 이루어진다. 그 장치의 특성이 온도변화등 때문에 변한다면, 신호 V'와 S'는 제17도에서(영점 교정값(E)이 생략됨) 이점 쇄선으로 표시된 바대로 수직으로 옮겨지며, 검출코일(20)로 부터의 신호에 근거한 표시값 V'의 경사도도 역시 변한다. 결과적으로, k(V'-S')로 표시된 토오크 신호 T의 경사각도는 변한다.

따라서, 여자코일(16),(17)을 위한 여자전압을 동시에 증가 또는 감소시키는 동안 전원 제어 신호선(44)에 의해서 전원(26)으로 부터의 출력의 높이를 증가 또는 감소시킴으로써, 제어는 교정코일(22)로 부터의 신호에 근거한 표시값 S'가 기준치 설정장치(47)에 의하여 CPU(40)에 입력된 설정값 E_S과 똑 같도록, 즉 S'-E_S=0가 되도록 실시된다.

그것에 의해서, 제17도에 나타난 이점 쇄선으로 나타난 값 V'와 S'는 예정된 상태로 변환된 표시값 V'의 기울기도 실선으로 나타난 값으로 교정되며, 따라서 토오크 측정감도는 교정된다. 교정 자기이방성영역(14)은 축(11)의 축과 나란히 뻗쳐 형성되기 때문에, 교정코일(22)의 출력에 근거한 표시값 S'는 토오크양에 관계없이 제17도에 나타난바대로 일정하다. 그러므로, 토오크 측정감도는 토오크의 유무와 그 양에 관계없이 교정될 수 있다. 제18도는 제15도에 나타난 회로용 작동 타이밍을 나타내며, 상기한 타이밍은 제9도와 유사하다. 그러나, 단지 영점교정과 감도교정만이 위해 기술된 바대로 CPU(40)에 의해서 자동적으로 이루어진다. 수등교정이 감도 교정용 수동 스위치(52)를 이용하여서 이루어지려는 경우에, 이것은 레버와 무게에 의해서 축(11)에 정격 토오크를 적용시키고 우세한 표시값이 정격값과 똑 값도록 기준치 설정장치(47)를 조정함으로써 이루어질 수 있다.

그다음에 앞의 실시예에서 기술된 전자회로는 전기한 생략된 회로의 기능중의 몇몇과 함께 사용될 수도 있다.

예를 들면, 단지 영점 제어용 회로와 감도 제어용 회로 혹은 균형 조절용회로만이 이용될 수 있다. 이러한 회로들은 매우 정확하게 영점에서의 변화만을 제어하기를 요구하는 곳이나 비록 영점을 대충 조절을 허락할지라도 매우 정밀하게 감도를 제어하길 원하는 곳이나 혹은 다른 경우에 있어서 적합하다. 그런 배치는 제어회로와 제어 처리과정이 단순화 될 수 있다는 장점이 있다. CPU를 포함하지 않는 아날로그 전자회로가 이용될 수 있다.

Claims

토오크 전달축(11)의 바깥 둘레면에 형성되었으며, 그 지역이 전기한 축(11)의 회전축에 대해서 각도를 이루어 반대방향으로 기울어지도록 자기이방성이 부여된 제1, 2토오크검출 자기이방성영역(12), (13)과 토오크검출 자기이방성영역(12), (13)에서의 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2검출코일(20), (21)을 보유하는 토오크 검출부와, 전기한 축(11)의 회전축과 평행인 방향으로 전해진 자기이방성과 함께 전기한 제1, 2토오크 검출 자기이방성영역(12), (13) 근처에 있는 전기한 축(11)의 바깥 둘레면에 형성된 제1, 2교정자기 이방성영역(14), (15)과 교정자기이방성영역(14), (15)에서의 투자율의 변화를 검출할 수 있는 제1, 2교정코일(22), (23)을 보유하는 교정부로 구성하여 토오크를 측정하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제1항에 있어서, 각 검출코일(20), (21)과 교정코일(22), (23)을 위하여 설치된 여자코일(16), (17), (18), (19)를 구성하며, 여기서 제1 검출코일을 위한 여자코일과 제1교정코일을 위한 여자코일은 직렬로 결합되어 제1교류전원(26)에 연결되고, 제2검출코일을 위한 여자코일과 제2교정코일을 위한 여자코일은 직렬로 결합되어 제2교류 전원(27)에 연결되는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제2항에 있어서, 토오크 측정동안 알맞은 타이밍으로 제1과 제2전원(26), (27)의 출력을 차단하기 위한 부분과, 전기한 전원(26), (27)이 차단되었을 때에 제1, 2 검출코일(20), (21)과 제1, 2교정코일(22)(23)에 의해서 제공된 측정값을 찾아내기 위한 부분과 전기한 교류전원(26), (27)을 차단하는 것이 취소되었을때 전기한 코일에 의해서 제공된 측정값으로 부터 전기한 교류전원(26), (27)이 차단되었을때 두개의 검출코일(20), (21)와 두개의 교정코일(22)(23)의 읽기를 빼냄으로서 측정 데이타를 표시하기 위한 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제3항에 있어서, 두개의 교정코일(22), (23)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값이 똑같도록 교류전원(26), (27)중의 하나를 조절하기 위한 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제3항에 있어서, 두개의 검출코일(20), (21)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값의 합이 일정한 기준값이 되도록 두개의 교류전원(26), (27)을 조절하기 위한 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제5항에 있어서, 일정하나 타이밍으로 다음의 처리과정 즉 두개의 검출코일(20), (21)과 두개의 교정코일(22), (23)에 의해서 제공된 측정 데이타를 표시하는 과정과 두개의 교정코일(22), (23)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값이 똑같도록 전원(26), (27)중의 하나를 조절하는 과정과 두개의 검출코일(20), (21)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값의 합이 일정한 기준값이 되도록 전원(26), (27)중의 최소한 하나를 조절하기 위한 과정중의 하나가 실시되거나 둘 혹은 그 이상이 잇달아 실시되도록 하는 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제6항에 있어서, 전기한 세개의 처리과정중 최소한 하나가 일정한 타이밍에 상관없이 어느때라도 수동으로 실시가 가능하도록 하는 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
토오크 전달축(11)의 바깥 둘레면에 형성되었으며, 그 지역이 전기한 토오크 전달축(11)의 회전축에 대해서 각도를 형성하도록 기울어져 자기 이방성이 부여된 토오크검출 자기이방성영역(12)과, 토오크 검출 자기 이방성영역의 근처에서 축의 바깥 둘레면에 형성되었으며, 축의 회전축과 평행한 방향으로 자기이방성이 부여된 교정자기 이방성영역(14)과 전기한 토오크검출 자기이방성영역(12)과 전기한 교정이방성영역(14)의 주의를 따라서 각각으로 설치된 검출코일(20)과 교정코일(22), 전기한 교정코일(22)에 의해서 제공된 측정 데이타가 일정한 기준값과 똑같다는 것을 보장하기 위해서 전기한 교정코일(22)에 가해진 여자전압을 교정하고 교정코일(22)을 위한 전기한 여자전압의 조절에 대응하여 전기한 검출코일(20)에 가해진 여자전압을 조절하기 위한 부분으로 구성하여 축에 작용하는 토오크를 측정하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제8항에 있어서, 검출코일과 결합된 검출목적 여자코일과 교정코일과 결합된 교정목적 여자코일을 구성하며, 전기한 검출 교정목적 여자코일은 직렬로 결합되어 전원(26)에 연결된 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제9항에 있어서, 토오크 측정동안 적당한 타이밍으로 전원(26)의 출력을 차단하기 위한 부분과 전기한 전원(26)의 출력이 차단되었을 때 검출, 교정코일(20) ,(22)에 의해서 제공된 측정 데이타를 찾아내기 위한 부분과 전기한 전원(26)의 차단이 취소되었을때 전기한 검출, 교정코일(20) ,(22)에 의해서 제공된 측정 데이타로 부터 전기한 전원(26)이 차단되었을 때에 검출, 교정코일(20) ,(22)에 의해서 제공된 측정 데이타를 펴냄으로서 데이타를 표시하기 위한 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제10항에 있어서, 조절부는 교정코일(22)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값이 기준값과 똑같도록 조절을 하기위해서 구성되는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제11항에 있어서, 검출, 교정코일(20) ,(22)에 의해서 제공된 측정 데이타를 표시하기 위한 과정과 교정코일(22)에 의해서 제공된 측정 데이타의 표시값이 기준값과 똑같도록 전원(26)을 조절하기 위한 과정이 일정한 타이밍으로 실시되는 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.
제12항에 있어서, 두 처리과정 중의 하나를 일정한 타이밍에 관계없이 언제라도 수동으로 실시가 가능하도록 하는 부분으로 구성하는 것을 특징으로 하는 토오크 측정장치.