JP2000314666A - Torque measuring device - Google Patents

Torque measuring device

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JP2000314666A
JP2000314666A JP11124563A JP12456399A JP2000314666A JP 2000314666 A JP2000314666 A JP 2000314666A JP 11124563 A JP11124563 A JP 11124563A JP 12456399 A JP12456399 A JP 12456399A JP 2000314666 A JP2000314666 A JP 2000314666A
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Japan
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torque
measuring device
driven
driving
torque measuring
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JP11124563A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuko Morito
戸 祐 幸 森
Kazuyoshi Ota
田 一 義 大
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Moritex Corp
Original Assignee
Moritex Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】トルクが作用する伝達軸が短くても、小型の測
定装置で、広い測定範囲にわたって精度よく正確にトル
クを測定できるようにする。 【解決手段】原動軸(3A)から従動軸(3B)にトル
クを伝えると、これらを連結する一対のカップリング
(4A,4B)の間に介装された弾性体(7)が回転方
向に伸縮変形するので、回転力を伝達する軸が短くても
大きな相対角度変位を生じさせることができ、この角度
変位に基づいてトルクを精度よく検出できる。
(57) [Problem] To enable accurate measurement of torque over a wide measurement range with a small measuring device even if a transmission shaft on which torque acts is short. When torque is transmitted from a driving shaft (3A) to a driven shaft (3B), an elastic body (7) interposed between a pair of couplings (4A, 4B) connecting the driven shaft and the driven shaft (3B) moves in a rotational direction. Because of the expansion and contraction, a large relative angular displacement can be generated even if the axis for transmitting the rotational force is short, and the torque can be accurately detected based on the angular displacement.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転中心が同軸的
に配された原動回転体から従動回転体に伝えられるトル
クを測定するトルク測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque measuring device for measuring a torque transmitted from a driving rotating body whose center of rotation is arranged coaxially to a driven rotating body.

【0002】[0002]

【従来の技術】トルク測定装置は、原動機と作業機との
伝動の途中で伝動軸等を伝わるトルクを検出して表示し
たり、そのトルクに応じて原動機の出力を調整するため
に使用される。また最近では、電動アシスト自転車の電
動モータを自動的にオンオフ制御するためにトルク測定
装置が用いられている。このトルク測定装置は、クラン
クシャフトのトルクを常時モニタし、例えば、坂道を上
るときなどのようにペダルが重くなって、トルクが一定
の値を超えたときに、電動モータを自動的に起動させる
ように成されている。
2. Description of the Related Art A torque measuring device is used for detecting and displaying a torque transmitted through a transmission shaft or the like during transmission between a prime mover and a working machine, and adjusting the output of the prime mover according to the torque. . Recently, a torque measuring device has been used to automatically turn on and off an electric motor of an electric assist bicycle. This torque measuring device constantly monitors the torque of the crankshaft, and automatically starts the electric motor when the pedal becomes heavy and the torque exceeds a certain value, for example, when going up a hill. It is made as follows.

【0003】ところで、この種のトルク測定装置は、接
触型と非接触型があり、非接触型には磁歪式と位相差式
がある。接触型のトルク測定装置は、伝達軸の表面にス
トレインゲージを貼って、トルクにより生ずる伝達軸表
面の剪断歪みを検出し、これをスリップリングを介して
外部に出力させて検出するものである。また、磁歪式の
トルク測定装置は、伝達軸の表面に塗布した磁歪材がト
ルクにより歪んだときに生ずる磁力変化を、その外周に
配設された検出用コイルのインダクタンス変化として検
出している(特開平9−159551号公報参照)。さ
らに、位相差式のトルク測定装置は、伝達軸の回転角に
応じたパルス信号を出力するパルス発生器をその軸方向
に沿って所定間隔で取り付け、伝達軸がトルクにより捩
じれたときに各パルス発生器から出力される各パルス信
号の位相差に基づいてトルクを測定するものである。
There are contact type and non-contact type torque measuring devices of this type, and the non-contact type includes a magnetostrictive type and a phase difference type. The contact type torque measuring device is a device in which a strain gauge is attached to the surface of a transmission shaft to detect a shear strain on the surface of the transmission shaft caused by a torque, and the shear strain is output to the outside via a slip ring and detected. In addition, the magnetostrictive torque measuring device detects a change in magnetic force generated when the magnetostrictive material applied to the surface of the transmission shaft is distorted by torque as a change in inductance of a detection coil disposed on the outer periphery thereof ( See JP-A-9-159551). Further, the phase difference type torque measuring device is equipped with a pulse generator which outputs a pulse signal corresponding to the rotation angle of the transmission shaft at predetermined intervals along the axial direction, and when the transmission shaft is twisted by the torque, each pulse is generated. The torque is measured based on the phase difference between the pulse signals output from the generator.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
接触型及び磁歪式のトルク測定装置はいずれも、トルク
が作用したときの伝達軸の剪断歪みを検出するものであ
り、伝達軸は機械的強度が高く、剪断歪みが極めて小さ
いので、抵抗変化や磁力変化が小さく検出精度が上がら
ないという問題があった。
However, both the contact type and magnetostrictive torque measuring devices described above detect the shear distortion of the transmission shaft when a torque is applied, and the transmission shaft has a mechanical strength. And the shear strain is extremely small, there is a problem that the change in resistance and the change in magnetic force are small and the detection accuracy is not improved.

【0005】また、磁歪材の磁力変化をコイルのインダ
クタンスの変化として検出する場合、コイルの断面積に
対する磁歪材の面積が微小なため、これを精度良く検出
することができないだけでなく、測定システムが複雑で
コストが嵩み、誤差を生じやすいという問題もあった。
When detecting a change in the magnetic force of the magnetostrictive material as a change in the inductance of the coil, the area of the magnetostrictive material with respect to the cross-sectional area of the coil is very small. However, there is also a problem that it is complicated, the cost increases, and an error easily occurs.

【0006】さらに、位相差式のトルク測定装置にあっ
ては、伝達軸の捩じれを相対角度変位として検出するも
のであるから、伝達軸を長くしなければ、大きな角度変
位が得られず、装置が大型化せざるを得ないという問題
があった。
Further, in the phase difference type torque measuring device, since the torsion of the transmission shaft is detected as a relative angular displacement, a large angular displacement cannot be obtained unless the transmission shaft is lengthened. However, there is a problem that the size must be increased.

【0007】そこで本発明は、小型で、且つ、広い測定
範囲にわたって精度よく正確にトルクを測定することが
できるようにすることを技術的課題としている。
[0007] Therefore, it is a technical object of the present invention to provide a small-sized and capable of accurately and accurately measuring torque over a wide measuring range.

【0008】[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、回転中心が同軸的に配された原動回転体
と従動回転体との間に生ずる相対角度変位に基づいてト
ルクを測定するトルク測定装置において、前記原動回転
体と従動回転体が一対のカップリングを介して連結され
ると共に、当該カップリング間に、一端を原動側に、他
端を従動側に取り付けた弾性体が介装され、原動側から
従動側に伝わる回転力により前記弾性体を回転方向に伸
縮変形させて前記各回転体間に相対角度変位を生じさせ
るように成されたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve this problem, the present invention provides a method for generating a torque based on a relative angular displacement generated between a driving rotating body and a driven rotating body whose rotation centers are coaxially arranged. In the torque measuring device for measuring, the driving rotator and the driven rotator are connected via a pair of couplings, and an elastic body having one end attached to the driving side and the other end attached to the driven side between the couplings. The elastic body is expanded and contracted in a rotational direction by a rotational force transmitted from a driving side to a driven side to generate a relative angular displacement between the rotating bodies.

【0009】本発明によれば、原動回転体と従動回転体
を連結する一対のカップリングの間に、原動側から従動
側に伝わる回転力によりその回転方向に伸縮変形する弾
性体が介装されているので、従動回転体にトルクを伝え
たときに弾性体が伸縮して、原動回転体と従動回転体の
間に大きな相対角度変位を生ずる。したがって、回転力
を伝達する軸が短くても大きな相対角度変位を生じさせ
ることができ、トルクを精度よく検出できる。
According to the present invention, an elastic body which expands and contracts in the direction of rotation by a rotational force transmitted from the driving side to the driven side is interposed between a pair of couplings connecting the driving rotator and the driven rotator. Therefore, when torque is transmitted to the driven rotating body, the elastic body expands and contracts, and a large relative angular displacement occurs between the driving rotating body and the driven rotating body. Therefore, a large relative angular displacement can be generated even if the shaft transmitting the rotational force is short, and the torque can be detected with high accuracy.

【0010】このとき、弾性体として超磁歪ロッドを用
いれば、通常の金属材料に比して弾性定数が1/3程度
であるので、わずかなトルクが作用したときでも大きく
歪むこととなり、トルクを精度よく検出することができ
る。また、所定の磁気バイアスを印加させておけば、広
い範囲の荷重に対してその荷重と変位が比例するので、
位相差に基づいてトルクを正確に測定することができ
る。
At this time, if a giant magnetostrictive rod is used as the elastic body, the elastic constant is about 1/3 of that of a normal metal material. It can be detected with high accuracy. Also, if a predetermined magnetic bias is applied, the load and the displacement are proportional to a wide range of load,
The torque can be accurately measured based on the phase difference.

【0011】さらに、原動回転体と従動回転体の夫々に
回転角に応じたパルス信号を出力するロータリーエンコ
ーダなどのパルス発生器を取り付けておけば、各回転体
の相対角度変位が、各パルス発生器から出力される夫々
のパルス信号の位相差として出力されるので、これに基
づいてトルクを測定できる。この場合に、パルス発生器
の取付間隔を小さくしても、各カップリング間に介装さ
れた弾性体が大きく伸縮してトルクを精度よく測定でき
るので、測定装置自体を小型化できる。
Further, if a pulse generator such as a rotary encoder for outputting a pulse signal corresponding to the rotation angle is attached to each of the driving rotator and the driven rotator, the relative angular displacement of each rotator can be changed by each pulse generation. The torque is output as a phase difference between the respective pulse signals output from the device, so that the torque can be measured based on the output. In this case, even if the interval between the pulse generators is reduced, the elastic body interposed between the couplings expands and contracts greatly, and the torque can be measured accurately, so that the measuring device itself can be downsized.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図1は本発明に係るトル
ク測定装置を示す分解組立図、図2はカップリングの係
合状態を示す断面図、図3は超磁歪ロッドの応力−歪み
特性を示すグラフ、図4は無負荷状態のパルス信号を示
す図、図5は負荷がかかったときのパルス信号を示す
図、図6は演算処理装置を示す説明図である。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. 1 is an exploded view showing a torque measuring device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing an engaged state of a coupling, FIG. 3 is a graph showing stress-strain characteristics of a giant magnetostrictive rod, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a pulse signal in a state, FIG. 5 is a diagram showing a pulse signal when a load is applied, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing an arithmetic processing unit.

【0013】本例に示すトルク測定装置1は、回転中心
2A,2Bが同軸的に配された原動軸(原動回転体)3
Aと従動軸(従動回転体)3Bとの間に生ずる相対角度
変位に基づいてトルクを測定するものであって、原動軸
3Aと従動軸3Bが一対のカップリング4A,4Bを介
して連結されている。
The torque measuring device 1 shown in the present embodiment has a driving shaft (driving rotating body) 3 having rotation centers 2A and 2B coaxially arranged.
A torque is measured based on a relative angular displacement generated between the motor A and a driven shaft (driven rotating body) 3B. The driving shaft 3A and the driven shaft 3B are connected via a pair of couplings 4A and 4B. ing.

【0014】カップリング4A,4Bは、互いに係合す
る略半円形の突起5A,5Bが形成されると共に、各突
起5A,5Bは互いに対向する片端側に切欠部6A,6
Bが形成され、一端を原動側の切欠部6Aに、他端を従
動側の切欠部6Bに取り付けた弾性体7が装着されてい
る。
The couplings 4A and 4B are formed with substantially semicircular projections 5A and 5B that engage with each other, and each of the projections 5A and 5B has a cutout 6A and 6B at one end side facing each other.
B is formed, and an elastic body 7 having one end attached to the notch 6A on the driving side and the other end attached to the notch 6B on the driven side is attached.

【0015】弾性体7は、原動軸3Aにより従動軸3B
を駆動したときに、切欠部6A,6Bに挟まれて圧縮荷
重が作用するので回転方向に収縮し、これにより、原動
軸3Aと従動軸3B間に相対角度変位を生ずる。したが
って、弾性体7は、トルクの測定範囲内において、その
トルクに対応する圧縮荷重が作用したときにヒステリシ
スなく縦歪みが直線的に変化するものを用いることが望
ましく、本例では、所定の磁気バイアスを作用させた超
磁歪ロッド8が用いられている。
The elastic body 7 has a driven shaft 3B
Is driven, a compressive load is applied between the notches 6A and 6B and contracts in the rotational direction, thereby causing a relative angular displacement between the driving shaft 3A and the driven shaft 3B. Therefore, it is desirable to use an elastic body 7 whose longitudinal strain changes linearly without hysteresis when a compressive load corresponding to the torque is applied within the measurement range of the torque. A giant magnetostrictive rod 8 to which a bias is applied is used.

【0016】より具体的には、弾性体7は、超磁歪ロッ
ド8と、これを磁気飽和させるバイアス用磁石9と、ヨ
ーク10で形成されている。超磁歪ロッド8は、希土類
元素Rと鉄Feよりなり、結晶構造がRFe2 ラーベス
相型をとる超磁歪材料で形成され、希土類元素Rとし
て、テルビウム(Te),ディスプロシウム(Dy),
サマリウム(Sm),ホロミウム(Ho)の一種類以上
の物質からなり、その組成が鉄2原子に対して希土類元
素1原子当量分の割合に選定されたものが用いられ、本
例では、Tb0.3 Dy0.7 Fe2 系のETREMA T
ERFENOL−D(エトリーマ社の商標)を用いてい
る。
More specifically, the elastic body 7 is formed of a giant magnetostrictive rod 8, a bias magnet 9 for magnetically saturating the rod, and a yoke 10. The giant magnetostrictive rod 8 is made of a giant magnetostrictive material composed of a rare earth element R and iron Fe and having a crystal structure of an RFe 2 Laves phase type. As the rare earth element R, terbium (Te), dysprosium (Dy),
A material composed of at least one kind of substance of samarium (Sm) and holmium (Ho) and having a composition selected at a ratio of one atomic equivalent of a rare earth element to two atoms of iron is used. In this example, Tb 0.3 ETREMA T based on Dy 0.7 Fe 2
ERFENOL-D (trademark of Etrimer) is used.

【0017】このTERFENOL−Dは、通常の金属
材料に比して弾性定数が1/3程度であるので、わずか
な荷重に対しても大きく歪み、また、磁気飽和させた状
態で用いれば、広範な弾性変形範囲においてヒステリシ
スなく直線的に変形するため、トルクを広範囲にわたっ
て精度よく測定するのに適しており、さらに、負荷変動
に対する歪みの応答速度が数μ秒と極めて短時間である
ので高速応答性にも優れる。
Since TERFENOL-D has an elastic constant of about 1/3 that of a normal metal material, it is greatly distorted even under a slight load, and has a wide range if used in a state of magnetic saturation. It is suitable for measuring torque accurately over a wide range because it deforms linearly without hysteresis in a wide elastic deformation range. Also excellent in nature.

【0018】超磁歪ロッド8のサイズは測定しようとす
るトルクにより定まり、本例では、その長さが約1c
m、断面積が約 2.5cm2 に選定されている。例えば、
最大検出トルクが50kgfm、弾性体7の取り付け位置が
半径50mmだとすると、弾性体7には1000kgf の力が
かかることになる。本例で使用している超磁歪ロッド8
は、2000Oeで磁気飽和させたときに、図3に示すよう
に40MPaの圧力範囲までヒステリシスがなく直線的
に歪みが変化する。ここで、1000kgf の力が作用したと
きに圧力が40MPaとなるように断面積を選定すると
約 2.5cm2 となる。このときの歪みは約1000ppmで
あり、1cmの長さの超磁歪ロッド8を使用した場合に
10μmの変位が得られるので、カップリング4A,4
B間には0.01°程度の相対角度変位を生じ、この角度は
後述する手段により十分測定可能である。
The size of the giant magnetostrictive rod 8 is determined by the torque to be measured, and in this example, its length is about 1c.
m and the cross-sectional area are selected to be about 2.5 cm 2 . For example,
If the maximum detected torque is 50 kgfm and the mounting position of the elastic body 7 is 50 mm in radius, a force of 1000 kgf is applied to the elastic body 7. Giant magnetostrictive rod 8 used in this example
When magnetic saturation is performed at 2000 Oe, the strain changes linearly without hysteresis up to a pressure range of 40 MPa as shown in FIG. Here, when the sectional area is selected so that the pressure becomes 40 MPa when a force of 1000 kgf is applied, the sectional area is about 2.5 cm 2 . The strain at this time is about 1000 ppm, and when a giant magnetostrictive rod 8 having a length of 1 cm is used, a displacement of 10 μm can be obtained.
A relative angular displacement of about 0.01 ° occurs between B, and this angle can be sufficiently measured by means described later.

【0019】また、バイアス用磁石9は、超磁歪ロッド
8を磁気飽和させるのに十分な磁場(例えば2000Oe程
度)が得られるように、NeFeB磁石又は、SmCo
磁石が用いられている。NeFeB磁石を用いる場合、
断面積を約12.3cm2 、長さを約3cmとすれば、2000
Oeの磁場を得ることができ、本例では、その長さが全
体で3cmになるように約 1.5cmのものを二つ用い
て、超磁歪ロッド8を挟むように配設している。
The biasing magnet 9 is made of a NeFeB magnet or an SmCo magnet so that a magnetic field (for example, about 2000 Oe) sufficient to magnetically saturate the giant magnetostrictive rod 8 is obtained.
Magnets are used. When using a NeFeB magnet,
If the cross-sectional area is about 12.3 cm 2 and the length is about 3 cm, 2000
A magnetic field of Oe can be obtained. In this example, two pieces each having a length of about 1.5 cm are used so as to have a total length of 3 cm, and are disposed so as to sandwich the giant magnetostrictive rod 8.

【0020】さらに、ヨーク10は、低炭素鋼又はパー
マロイなどで形成され、一端が開口された枠体10A
と、その開口部分に摺動自在に当接されるスライダ10
Bからなり、前記超磁歪ロッド8,バイアス用磁石9と
共に閉磁回路を形成している。
Further, the yoke 10 is formed of low carbon steel or permalloy, and has a frame 10A having one end opened.
And a slider 10 slidably contacting the opening.
B together with the giant magnetostrictive rod 8 and the bias magnet 9 form a closed magnetic circuit.

【0021】また、原動軸3A及び従動軸3Bには、相
対角度変位を検出するために、回転角に応じたパルス信
号を出力するロータリーエンコーダ(パルス発生器)1
1A,11Bが取り付けられている。このロータリーエ
ンコーダ11A,11Bは、各軸3A,3Bに一体的に
取り付けられたコードディスク12A,12Bと、当該
コードディスク12A,12Bが回転したときにその円
周方向に沿って等ピッチで形成されたスリット13…に
より光路が断続されるホトインタラプタ14A,14B
からなる。
A rotary encoder (pulse generator) 1 for outputting a pulse signal corresponding to the rotation angle for detecting the relative angular displacement is provided on the driving shaft 3A and the driven shaft 3B.
1A and 11B are attached. The rotary encoders 11A and 11B are formed at equal pitches along the circumferential direction when the code disks 12A and 12B rotate and the code disks 12A and 12B integrally mounted on the shafts 3A and 3B. Photointerrupters 14A and 14B whose optical path is interrupted by the slits 13
Consists of

【0022】各ホトインタラプタ14A,14Bは、弾
性体7の変位が0に維持されている場合に、各パルス信
号PA ,PB が同期して出力されるように(図4参
照)、その取り付け位置が調節されている。そして、原
動軸3Aにより駆動される従動軸3Bに負荷が作用して
弾性体7に圧縮変位を生じた場合には、各軸3A,3B
に一体的に取り付けられたコードディスク12A,12
B間に相対角度変位が生じるので、各ホトインタラプタ
14A,14Bから出力されるパルス信号PA ,PB は
位相差φを生ずることとなる(図5参照)。
Each of the photointerrupters 14A and 14B is adapted to output the respective pulse signals P A and P B synchronously when the displacement of the elastic body 7 is maintained at 0 (see FIG. 4). The mounting position has been adjusted. When a load is applied to the driven shaft 3B driven by the driving shaft 3A to cause a compressive displacement of the elastic body 7, each of the shafts 3A, 3B
Code disks 12A, 12 integrally attached to
Since the relative angular displacement occurs between B and B, the pulse signals P A and P B output from the photointerrupters 14A and 14B generate a phase difference φ (see FIG. 5).

【0023】図6はパルス信号PA ,PB に基づいてト
ルクを算出する演算処理装置20を示すもので、各ホト
インタラプタ14A,14Bから出力されたパルス信号
PA ,PB に基づいて、その位相差φを検出するパルス
位相差検出手段21と、予め設定されたトルクとパルス
位相差の関係からトルクを算出するトルク算出手段22
を備えている。
FIG. 6 shows an arithmetic processing unit 20 for calculating the torque based on the pulse signals P A and P B. The arithmetic processing unit 20 calculates the torque based on the pulse signals P A and P B output from the photointerrupters 14 A and 14 B. A pulse phase difference detecting means 21 for detecting the phase difference φ, and a torque calculating means 22 for calculating a torque from a preset relationship between the torque and the pulse phase difference.
It has.

【0024】パルス位相差検出手段21は、オペアンプ
で構成される差動増幅回路23と時定数RCの積分回路
24からなる。これらの入出力パルス信号を図5に基づ
いて説明すると、差動増幅回路23では、正相入力端子
及び逆相入力端子にパルス信号PA ,PB を入力するこ
とによりPA −PB が演算され、その出力端子に位相差
φのパルス列をもったパルス信号PC が出力される。次
いで、このパルス信号PC を積分回路24の逆相入力端
子に入力することにより、その出力端子に位相差φに比
例する電圧V0 の信号PD が出力されるので、この電圧
値V0 より位相差φが求まる。
The pulse phase difference detecting means 21 comprises a differential amplifier 23 composed of an operational amplifier and an integrating circuit 24 having a time constant RC. To explain on the basis of these input and output pulse signals in FIG. 5, the differential amplifier circuit 23, the pulse signal P A positive phase input terminal and the negative phase input terminal, the P A -P B by inputting P B is calculated, the pulse signal P C with a pulse train of the phase difference φ to the output terminal is output. Then, by inputting the pulse signal P C to the inverting input terminal of the integrating circuit 24, since the signal P D of the voltage V 0 which is proportional to the phase difference φ to the output terminal is output, the voltage value V 0 The phase difference φ is further obtained.

【0025】また、位相差φとトルクTは(1)式で算
出されるので、トルク算出手段22ではこの式に基づい
てトルクを算出する。 T=〔r2 ・At/(Et・L)〕 sinφ ………………(1) Et:TERFENOL−Dの縦弾性係数 L :TERFENOL−Dの長さ r :回転中心からTERFENOL−Dの取付位置ま
での半径 At:TERFENOL−Dの断面積
Further, since the phase difference φ and the torque T are calculated by the equation (1), the torque calculating means 22 calculates the torque based on this equation. T = [r 2 · At / (Et · L)] sinφ (1) Et: Longitudinal modulus of TERFENOL-D L: Length of TERFENOL-D r: Length of TERFENOL-D from the rotation center Radius to mounting position At: Cross-sectional area of TERFENOL-D

【0026】例えば、最大トルクTmax =50kgfmに対
応する位相差φが0.01°で、そのときの信号PD の電圧
V0 が1Vである場合に、電圧の検出精度が1mVであ
れば、位相差φは 0.00001°の精度で検出することがで
きる。ここで、 sinφ≒φ(φ≒0)であるから、トル
クTは0.05kgfmの精度で測定することができる。
[0026] For example, the phase difference φ is 0.01 ° corresponding to the maximum torque Tmax = 50kgfm, when the voltage V 0 which signal P D at that time is 1V, the detection accuracy of the voltage if 1 mV, the phase difference φ can be detected with an accuracy of 0.00001 °. Here, since sin φ ≒ φ (φ ≒ 0), the torque T can be measured with an accuracy of 0.05 kgfm.

【0027】以上が本発明の一例構成であって、次にそ
の作用を説明する。原動軸3Aに取り付けられたカップ
リング4Aと、従動軸3Bに取り付けられたカップリン
グ4Bを係合させて、これらの切欠部6A,6Bに、超
磁歪ロッド8を組み込んだ弾性体7を装着する。
The above is an example of the configuration of the present invention, and its operation will be described below. The coupling 4A attached to the driving shaft 3A and the coupling 4B attached to the driven shaft 3B are engaged, and the notches 6A and 6B are fitted with the elastic members 7 incorporating the giant magnetostrictive rods 8 in these notches 6A and 6B. .

【0028】弾性体7は切欠部6A,6B間に挟まれて
いるので、原動軸3Aを駆動させると、その回転力によ
り、カップリング4Aの切欠部6Aが弾性体7の一端側
を押し、当該弾性体7の他端側がカップリング4Bの切
欠部6Bを押して、従動軸3Bが回転される。
Since the elastic member 7 is sandwiched between the notches 6A and 6B, when the driving shaft 3A is driven, the notch 6A of the coupling 4A pushes one end of the elastic member 7 by its rotational force. The other end of the elastic body 7 pushes the notch 6B of the coupling 4B, and the driven shaft 3B is rotated.

【0029】したがって、原動軸3Aの回転力を従動軸
3Bに伝える場合に、従動軸3Bに負荷が作用していれ
ば、その負荷に応じたトルクが発生し、切欠部6A及び
6B間に挟まれた弾性体7にトルクに応じた圧縮荷重が
作用するので、弾性体7はトルクに応じて収縮し、原動
軸3A及び従動軸3B間に相対角度変位を生じさせるこ
ととなる。
Therefore, when a rotational force of the driving shaft 3A is transmitted to the driven shaft 3B, if a load is acting on the driven shaft 3B, a torque corresponding to the load is generated, and the torque is interposed between the notches 6A and 6B. Since a compressive load corresponding to the torque acts on the elastic member 7 thus contracted, the elastic member 7 contracts in accordance with the torque, causing a relative angular displacement between the driving shaft 3A and the driven shaft 3B.

【0030】また、この弾性体7として、磁気飽和させ
た所定サイズの超磁歪ロッド8が用いられているので、
最大測定トルクに対応する圧縮応力40MPaまで、ヒ
ステリシスもなく直線的に縦歪みが変化する。したがっ
て、弾性体7が収縮すると、原動軸3A及び従動軸3B
に一体的に取り付けられたコードディスク12A,12
B間にトルクに対応した相対角度変位が生じ、各ホトイ
ンタラプタ14A,14Bから出力されるパルス信号P
A ,P B 間にもトルクに応じた位相差φを生ずる(図5
参照)。
The elastic body 7 is magnetically saturated.
Since a giant magnetostrictive rod 8 having a predetermined size is used,
Up to a compression stress of 40 MPa corresponding to the maximum measured torque.
Longitudinal distortion changes linearly without any stiction. Accordingly
When the elastic body 7 contracts, the driving shaft 3A and the driven shaft 3B
Code disks 12A, 12 integrally attached to
A relative angular displacement corresponding to the torque occurs between B and
Pulse signals P output from the interrupters 14A and 14B
A, P BA phase difference φ corresponding to the torque is generated between them (see FIG. 5).
reference).

【0031】次いで、この二つのパルス信号PA ,PB
が演算処理装置20に入力されると、パルス位相差検出
手段21の差動増幅回路23及び積分回路24により位
相差φが検出され、このパルス位相差φに基づいてトル
ク算出手段22によりトルクTが算出される。
Next, the two pulse signals P A and P B
Is input to the arithmetic processing unit 20, the phase difference φ is detected by the differential amplifier circuit 23 and the integrating circuit 24 of the pulse phase difference detection means 21, and the torque T is calculated by the torque calculation means 22 based on the pulse phase difference φ. Is calculated.

【0032】なお、ロータリーエンコーダ11A,11
Bは、光透過型ものに限らず、光反射型のものでもよ
い。また、パルス発生器として、原動軸3A及び従動軸
3Bの周囲に配設された磁石や、一体に形成されたギア
の突起などを、光学的、磁気的、電気的に検出するもの
を用いてもよい。さらにまた、弾性体7は、原動軸3A
により押されて圧縮力が作用するように設けられている
が、これとは逆に原動軸3Aにより引っ張られて引張力
が作用するように設けられている場合であってもよい。
The rotary encoders 11A, 11A
B is not limited to the light transmission type, but may be a light reflection type. Further, a pulse generator that optically, magnetically, and electrically detects a magnet disposed around the driving shaft 3A and the driven shaft 3B, a projection of a gear formed integrally, and the like is used. Is also good. Furthermore, the elastic body 7 has a driving shaft 3A.
Is provided so that a compressive force is exerted thereon, but it may be a case where it is provided such that it is pulled by the driving shaft 3A to exert a tensile force.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、原
動側から従動側に伝わる回転力により弾性体をその回転
方向に伸縮変形させて原動回転体と従動回転体の間に相
対角度変位を生じさせるように成されているので、回転
を伝達する距離が短い場合であっても、大きな相対角度
変位を生じさせることができ、したがって、トルクの測
定精度が向上するという大変優れた効果を有する。
As described above, according to the present invention, the elastic body is expanded and contracted in the rotational direction by the rotational force transmitted from the driving side to the driven side, and the relative angle between the driven rotating body and the driven rotating body is increased. Since the displacement is generated, a large relative angular displacement can be generated even if the distance for transmitting the rotation is short, and therefore, a very excellent effect that the accuracy of torque measurement is improved. Having.

【0034】また、弾性体としてTERFENOL−D
などの超磁歪ロッドを磁気飽和させた状態で用いれば、
広範な弾性変形範囲と適度な剛性を有するため、広範の
トルクを精度よく測定することができるだけでなく、負
荷変動に対する歪みの応答速度が数μ秒と極めて短時間
であるので高速応答性にも優れるという効果がある。
Further, TERFENOL-D is used as the elastic body.
If you use a giant magnetostrictive rod such as
With a wide elastic deformation range and moderate stiffness, not only can a wide range of torque be measured accurately, but also the response time of strain to a load change is extremely short, a few microseconds, so high-speed response is also possible. There is an effect of being excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るトルク測定装置を示す分解組立
図。
FIG. 1 is an exploded view showing a torque measuring device according to the present invention.

【図2】カップリングの係合状態を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing an engagement state of the coupling.

【図3】超磁歪ロッドの応力−歪み特性を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing stress-strain characteristics of a giant magnetostrictive rod.

【図4】無負荷状態のパルス信号を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a pulse signal in a no-load state.

【図5】負荷がかかったときのパルス信号を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a pulse signal when a load is applied.

【図6】演算処理装置を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an arithmetic processing device.

【符号の説明】 1・・・・トルク測定装置 2A,2B・・・回
転中心 3A・・・原動軸(原動回転体) 3B・・・従動軸
(従動回転体) 4A,4B・・カップリング 6A,6B・・・切
欠部 7・・・弾性体 8・・・超磁歪ロッ
ド 9・・・バイアス用磁石 10・・・ヨーク 11A,11B・・ロータリーエンコーダ(パルス発生
器) 20・・・演算処理装置 21・・・パルス位
相差検出手段 22・・・トルク算出手段
[Description of Signs] 1... Torque measuring device 2A, 2B... Rotation center 3A... Drive shaft (drive rotor) 3B. Drive shaft (drive rotor) 4A, 4B. 6A, 6B Notch 7 Elastic body 8 Giant magnetostrictive rod 9 Bias magnet 10 Yoke 11A, 11B Rotary encoder (pulse generator) 20 Calculation Processing device 21 ・ ・ ・ Pulse phase difference detecting means 22 ・ ・ ・ Torque calculating means

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転中心(2A,2B)が同軸的に配され
た原動回転体(3A)と従動回転体(3B)との間に生
ずる相対角度変位に基づいてトルクを測定するトルク測
定装置において、前記原動回転体(3A)と従動回転体
(3B)が一対のカップリング(4A,4B)を介して
連結されると共に、当該カップリング(4A,4B)間
に、一端を原動側に、他端を従動側に取り付けた弾性体
(7)が介装され、原動側から従動側に伝わる回転力に
より前記弾性体(7)を回転方向に伸縮変形させて前記
各回転体(3A,3B)間に相対角度変位を生じさせる
ように成されたことを特徴とするトルク測定装置。
1. A torque measuring device for measuring a torque based on a relative angular displacement generated between a driving rotating body (3A) and a driven rotating body (3B) whose rotation centers (2A, 2B) are coaxially arranged. In the above, the driving rotator (3A) and the driven rotator (3B) are connected via a pair of couplings (4A, 4B), and one end is located between the couplings (4A, 4B) on the driving side. An elastic body (7) having the other end attached to the driven side is interposed, and the elastic body (7) is expanded and contracted in the rotational direction by a rotational force transmitted from the driving side to the driven side, thereby forming each of the rotating bodies (3A, 3B) A torque measuring device characterized in that a relative angular displacement is caused between them.
【請求項2】前記弾性体(7)として、所定の磁気バイ
アスを印加した超磁歪ロッド(8)が用いられている請
求項1記載のトルク測定装置。
2. The torque measuring device according to claim 1, wherein a giant magnetostrictive rod (8) to which a predetermined magnetic bias is applied is used as said elastic body (7).
【請求項3】前記超磁歪ロッド(8)のバイアス用磁石
(9)として、NeFeB磁石又は、SmCo磁石が用
いられ、当該バイアス用磁石(9)と、ヨーク(10)
と、前記超磁歪ロッド(8)で閉磁回路が形成されてな
る請求項2記載のトルク測定装置。
3. A NeFeB magnet or an SmCo magnet is used as the bias magnet (9) of the giant magnetostrictive rod (8), and the bias magnet (9) and the yoke (10) are used.
3. A torque measuring device according to claim 2, wherein a closed magnetic circuit is formed by said giant magnetostrictive rod.
【請求項4】原動回転体(3A)と従動回転体(3B)
の夫々に回転角に応じた周期でパルス信号を出力するパ
ルス発生器(11A, 11B)が取り付けられ、前記原動回転
体(3A)により従動回転体(3B)を回転させたとき
の前記各パルス発生器(11A, 11B)から出力される夫々
のパルス信号に基づいてその位相差を検出するパルス位
相差検出手段(21)と、予め設定されたトルクとパルス
位相差の関係からトルクを算出するトルク算出手段(2
2)とを備えた請求項1,2又は3記載のトルク測定装
置。
4. A driving rotator (3A) and a driven rotator (3B).
Each of which is provided with a pulse generator (11A, 11B) for outputting a pulse signal at a cycle corresponding to a rotation angle, and the respective pulses when the driven rotating body (3B) is rotated by the driving rotating body (3A). Pulse phase difference detecting means (21) for detecting the phase difference based on the respective pulse signals output from the generators (11A, 11B), and the torque is calculated from a preset relationship between the torque and the pulse phase difference. Torque calculation means (2
4. The torque measuring device according to claim 1, wherein the torque measuring device comprises:
【請求項5】前記パルス発生器がロータリーエンコーダ
(11A, 11B)である請求項4記載のトルク測定装置。
5. The torque measuring device according to claim 4, wherein said pulse generator is a rotary encoder (11A, 11B).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019219169A (en) * 2018-06-15 2019-12-26 日本精工株式会社 Torque measurement device
CN115096585A (en) * 2022-07-14 2022-09-23 株洲时代新材料科技股份有限公司 Coupling three-way loading test device and coupling torsion angle measuring method

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