JP2000314666A - トルク測定装置 - Google Patents
トルク測定装置Info
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）。
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）。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】本発明に係るトルク測定装置を示す分解組立
図。
図。
【図２】カップリングの係合状態を示す断面図。
【図３】超磁歪ロッドの応力−歪み特性を示すグラフ。
【図４】無負荷状態のパルス信号を示す図。
【図５】負荷がかかったときのパルス信号を示す図。
【図６】演算処理装置を示す説明図。
【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
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
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11124563A JP2000314666A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | トルク測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11124563A JP2000314666A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | トルク測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000314666A true JP2000314666A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14888587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11124563A Pending JP2000314666A (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | トルク測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000314666A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019219169A (ja) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 日本精工株式会社 | トルク測定装置 |
| CN115096585A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-09-23 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 联轴器三向加载试验装置和联轴器扭转角度测量方法 |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP11124563A patent/JP2000314666A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019219169A (ja) * | 2018-06-15 | 2019-12-26 | 日本精工株式会社 | トルク測定装置 |
| JP7067297B2 (ja) | 2018-06-15 | 2022-05-16 | 日本精工株式会社 | トルク測定装置 |
| CN115096585A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-09-23 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 联轴器三向加载试验装置和联轴器扭转角度测量方法 |
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