JPH04194631A - トルク検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、フォトインタラプタや電磁ピックアップのよ
うな回転センサを用いた非接触型のトルク検出装置に関
する。

〈従来の技術〉 従来のトルク検出装置には、フォトインタラプタや、電
磁ピックアップのような回転センサを用いた非接触型の
ものがある。フォトインタラプタを用いるものでは、ト
ルク伝達軸の軸方向２個所にそれぞれスリット円板が取
り付けられ、このスリット円板のスリットに対向する位
置にフォトインタラプタが設けられる。電磁ピックアッ
プは、トルク伝達軸の軸方向２個所に取り付けられた一
対のギアにそれぞれ対設される。

上記のトルク検出装置では、トルク伝達軸にトルクが加
わり、該紬にねじれが生じると、そのねじれ量は、一対
の回転センサの回転パルス間の位相差として現れる。そ
こで、両回転パルスから、その位相差に相当する位相差
パルスが作られ、その位相差パルスのパルス幅が計測さ
れる。

ところで、各回転センサから得られる回転パルス間のパ
ルス間隔には、種々の理由で、回転角度によりばらつき
があり、各回転角度毎のトルクは一定しない。

そこで、通常は、前記の位相差パルスのパルス幅を１回
転、もしくはそれ以下の広い角度範囲にわたって計測し
、その計測範囲内での平均値を計測データとして出力す
るようにしている。

あるいは、各スリット円板に対して２個の光電センサを
直径方向２個所に設け、これら光電センサから得られる
回転パルスを合成し、このようにして得られた回転パル
スから位相差パルスを生成することで、回転角度毎の計
測データのばらつきを解消している。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記従来の方式では、トルクの回転角度毎の変動が平均
化されて、安定した計測データが得られるのであるが、
場合によっては、各回転角度毎の計測データが必要とな
ることがある。

例えば、エンジンの駆動軸や、エンジンに駆動される回
転機械の回転軸では、周期的な角速度の変動があり、ト
ルクも周期的に変動するのであって、その動作解析には
、最大トルクや最小トルク等、トルクの変動状態に関す
る計測データの採取が望まれる。

本発明は、上記のような必要性に鑑み、各回転角度毎の
トルクの検出を行うことができ、最大トルクや最小トル
クの値も得られるトルク検出装置を提供することを課題
とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記の課題を達成するために、トルク伝達軸
の軸方向２個所にそれぞれ対設された非接触型の回転セ
ンサによりトルクを検出する装置であって、位相差回路
と、基準発振器と、第１および第２の両ＡＮＤゲートと
、第１および第２の両カウンタと、基本回転パルス発生
手段と、前段カウンタと、後段カウンタと、演算手段と
、メモリとを備え、位相差回路は、両回転センサの回転
パルス間の位相差に相当する位相差パルスを生成し、第
１　ＡＮＤゲートは、基準発振器からの基準パルスと位
相差パルスとを導入し、第２ＡＮＤゲートは、一方の回
転センサの回転パルスと基準パルスとを導入し、第１お
よび第２の各カウンタは、それぞれ対応するＡＮＤゲー
トを通過する基準パルスをカウントするものであり、基
本回転パルス発生手段は、トルク伝達軸の１回転毎に単
発の基本回転パルスを発生し、前段カウンタは、基本回
転パルスをカウントしてそのカウント数をプリセット値
として後段カウンタに与え、後段カウンタは、前段カウ
ンタからのプリセット値に基づいて一方の回転パルスを
カウントして、そのカウント終了に伴い計測パルスを出
力し、この計測パルスにより第１および第２の両カウン
タでの基準パルスのカウント動作を規制するものであり
、演算手段は、計測パルスによる各計測タイミングでの
第１および第２の各カウンタのカウント数を取り入れて
各回転角度毎のトルクを演算するものであり、メモリは
、各計測タイミングでの計測データを記憶するものであ
る構成とした。

〈作用〉 上記構成において、トルク伝達軸がねじれのある状態で
回転していると、一対の回転センサがらそれぞれ出力さ
れる回転パルスの間には、位相差かあり、この位相差に
相当する位相差パルスが、位相差回路で生成される。位
相差パルスのパルス幅は、次段の第１　ＡＮＤゲートに
より、基準パルスの数に変換され、その基準パルスの数
は、第１カウンタでカウントされる。また、位相差の割
合を出すために、いずれか一方の回転センサの回転パル
スのパルス幅が、第２ＡＮＤゲートにより基準パルスの
数に変換されて、その数が第２カウンタによりカウント
される。

ここで、第１および第２の各カウンタは、計測パルスの
タイミングで、各回転角度での基準パルスの数をカウン
トする。

すなわち、後段カウンタは、前段カウンタによる基本回
転パルスのカウント数をプリセット値として、回転パル
スをカウントし、カウント終了時にその終了信号を計測
パルスとして出力する。したがって、計測パルスは、ト
ルク伝達軸の１回転当たり１発生成され、そのタイミン
グは、１回転毎に、回転パルスの１周期分ずつ遅れてい
く。

これで、各カウンタは、トルク伝達軸の回転か進む毎に
、順次後続の回転角度における基準パルスのゲート通過
数をカウントし、このようにして、全周にわたって、各
回転角度でのトルク算出のためのカウント数が得られる
。演算手段は、これらのカウント数を取り込んで、各回
転角度でのトルクを算出し、メモリは、各回転角度での
計測データを記憶する。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２図はスリ
ット円板の正面図、第３図および第４図はいずれも動作
説明に供するタイミングチャートである。

第１図に示すように、この実施例のトルク検出装置は、
トルク伝達軸ｌと、第１および第２の両スリット円板２
．３と、回転センサとしての第１および第２のフォトイ
ンタラプタ４．５と、基本回転パルス発生手段としての
第３のフォトインタラプタ６とを備えている。

第１および第２のスリット円板２．３は、トルク伝達軸
１の軸方向２個所にそれぞれ取り付けられ、いずれも、
第２図に示すように、周部に同一のピッチで多数（この
例では３°ピツチで１２０本）のスリット２ａ　、３ａ
が形成されている。このうち、第１スリット円２板には
、スリット２ａの列とは別に、周方向−個所に透孔２ｂ
が形成されている。

第１フオトインタラプタ４は、第１スリット円板２のス
リット２ａに、また、第２フオトインタラプタ５は第２
スリット円板３のスリット３ａにそれぞれ対向する。第
３フオトインタラプタ６は、第１スリット円板２の透孔
２ｂに対向しうる位置に設けられる。

この実施例のトルク検出装置は、また、第１および第２
のＤフリップフロップ７．８と、位相差回路としてのＡ
ＮＤゲート（以下、位相差用ＡＮＤゲートという）９と
、基準発振器１ｏと、第１および第２のＡＮＤゲート１
１．＋２と、第１および第２のカウンタ１３．１４と、
マイクロコンピュータ１５と、ＥＥＰＲＯＭ１６と、前
段カウンタ１７と、後段カウンタ１８と、操作部１９と
、表示器２０とを備えている。

第１Ｄフリツプフロツプ７は、第１回転センサ４の回転
パルスを、また第２Ｄフリツプフロツプ８は、第２回転
センサ５の回転パルスをそれぞれ導入し、いずれも回転
パルスの１／２分周を行うとともに、デユーティ比５０
％の方形波に波形整形する。

位相差用ＡＮＤゲート９は、第１および第２の両Ｄフリ
ップフロップ７．８の出力を導入し、その出力パルスの
重なり部分、要するに両川力の位相差に相当する位相差
パルスを出力する。

第１　ＡＮＤゲートｌＩは、基準発振器１ｏがらの基準
パルスと位相差パルスとを導入するもので、位相差パル
スか立ち上がっている間に基準パルスを通過させること
で、位相差パルスのパルス幅を基準パルスの数に変換す
る。

第２ＡＮＤゲート１２は、第２Ｄフリツプフロツプの出
力である分周回転パルスと基準パルスとを導入して、分
周回転パルスのパルス幅を基準パルスの数に変換する。

これら両ＡＮＤケート１１．１２は、後段カウンタ１８
のカウント終了信号である計測パルスも導入しており、
それぞれのゲート動作は計測パルスによっても制御され
るが、この点については後段カウンタ１８の説明に併せ
て後述する。

第１および第２の各カウンタ１３，１４は、それぞれ第
１もしくは第２のＡＮＤゲート１１．１２を通過する基
準パルスをカウントするものであり、そのカウント動作
は、マイクロコンピュータエ５および後段カウンタ１８
により制御される。

マイクロコンピュータＩ５は、前段カウンタ１７や第１
および第２の各カウンタｌ　３，１４の動作を制御する
とともに、第１および第２の各カウンタ１３，１４から
カウント数を取り込むもので、そのＣＰＵ２　＋は、特
許請求の範囲に記した演算手段として、またＲＡＭ２２
は計測データのメモリとしてそれぞれ機能する。ＣＰｔ
Ｊ２１は、その割り込み端子に遅延回路２３を介して計
測パルスを導入し、まｔ：　ＯＲゲート２４を通して前
段カウンタ１７にクリア信号を与える。ＥＥＰＲＯＭ＋
６は、ＣＰＵ２１でのトルク演算に必要な演算式、演算
定数、零点調整に伴う補正量等を記憶する。

前段カウンタ１７は、第３フオトインクラブタロからの
基本回転パルスを導入して該基本回転パルスをカウント
するアップカウンタであって、そのカウント数をプリセ
ット値として後段カウンタ１８に与える。また、この前
段カウンタ１７のカウント出力端子には、カウント数の
判別回路２５が接続されており、該判別回路２５は、カ
ウント数が一定数（ここでは５９）に達すると、そのこ
とを示す判別信号をＯＲゲート２４を通じて前段カウン
タ１７のクリア端子に与える。

後段カウンタ】８は、基本回転パルスの入力に応答して
前段カウンタ１７からのプリセット値を取り込み、その
プリセット値に基づいて第２７リツブフロツプ８からの
分周回転パルスをカウントするダウンカウンタてあって
、そのカウント終了を示すカウントダウン信号が計測パ
ルスとして、第１および第２の各ＡＮＤゲートＩＩ、＋
２に与えられ、また、第１および第２の各カウンタ１３
゜１４にはインバータ２６を介してストア信号として与
えられる。

したがって、第１および第２の各ＡＮＤゲート１１．１
２では、前記の計測パルスが立ち上がっている間、基準
パルスを通過させ、また、第１および第２の各カウンタ
１３，１４では、その通過基準パルスをカウントするこ
とになる。

次に、上記構成の動作を第３図および第４図のタイミン
グチャートに基づいて説明する。

トルク伝達軸１が、ねじれの生じている状態で回転して
いる場合は、第１および第２の各フォトインクラブタ４
．５からは、第３図の（ａ　Ｘｂ　）に示す回転パルス
が出力される。

各回転パルス（ａ　）（ｂ　）は、対応するＤフリップ
フロップ７．８て分周されて、同図（ｃ　）（ｄ　）に
示すパルスとなる。これら分周回転パルス（Ｃ）（ｄ　
）の間には、トルク伝達軸１のねしれ量に対応した位相
差があるから、両分周回転パルス（ｃ　Ｘｄ　）が入力
する位相差用ＡＮＤゲート９からは、両分周回転パルス
（ｃ　Ｘｄ　）の時間的な重なり部分てあって両者の位
相差に対応する位相差パルス（ｅ　）が出力される。

この位相差パルス（ｅ　）は、高周波数の基準パルス（
ｆ　）とともに第２ＡＮＤゲート１２に入力するから、
位相差パルス（ｅ　）が立ち上かっている間に基準パル
ス（ｆ　）が通過し、位相差パルス（ｅ　）のパルス幅
が基準パルス（ｆ　）の数に変換されるのであるが、こ
の第１　ＡＮＤゲート１１には、計測パルス（ｇ　）も
入力しているから、第３図の（ｈ　）に示すように、計
測パルス（ｇ　）が立ち上がっている間だけ、位相差パ
ルス（ｅ　）のパルス幅を示す基準パルス（ｆ）が通過
する。

同様に、第２フオトインクラブタ５の回転パルス（ｂ　
）も分周されて、基準パルス（ｆ　）とともに第２ＡＮ
Ｄゲート１２に入力するから、その分周回転パルス（ｄ
　）のパルス幅が基準パルス（ｆ　）の数に変換される
。第２ＡＮＤゲート１２にも、計測パルス（ｇ　）か入
力しているから、第３図の（］）に示すように、計測パ
ルス（ｇ　）が立ち上がっている間だけ、パルス幅を示
す基準パルス（ｆ）が通過する。

さて、計測パルス（ｇ　）は、−足手角度範囲（この例
では６°範囲）に対応し、第２の分周回転パルスの立ち
上がりから次の立ち上がりまでの一周期のパルス幅を有
するもので、第３フオトインタラプタ６と、前段カウン
タ１７と、後段カウンタ１８とて生成される。その関連
動作を第４図に基づいて説明する。

まず、トルク伝達軸ｌの１回転毎に、第３フオトインタ
ラプタ６は、−発の基本回転パルス（ａ）を出力してい
る。前段カウンタ１７は、第４図（ｍ）に示すように、
基本回転パルス（０をカウントする。一方、後段カウン
タ１８は、基本回転パルス（Ｃ）の入力に応答して、そ
のときの前段カウンタ】７のカウント数をプリセット値
として取り込み、第２Ｄフリツプフロツプ８からの分周
回転パルス（ｄ　）のカウントを開始する。

今、前段カウンタ１７に１発の基本回転パルス（り）か
入力した状態では、後段カウンタ１８でのプリセット値
は「　１」であり、後段カウンタ１８は、第４図の（ｎ
　）に示すように、１発の分周回転パルス（ｄ　）をカ
ウントしただけでカウントを終了して計測パルス（ｇ　
）を発生する。次に、前段カウンタ１７に２発目の基本
回転パルス（夕）が入力すると、後段カウンタ１８ては
２発の分周回転パルス（ｄ　）がカウントされ、３発目
の基本回転パルス（０に対しては、３発の分周回転パル
ス（ｄ　）かカウントされ、このようにして、基本回転
パルス（ｆｆ）の積算カウント数が増えるにつれて、後
段カウンタ１８での分周回転パルス（ｄ　）のカウント
数が増え、カウント終了までの時間が長くなり、計測パ
ルス（ｇ　）の発生タイミングは、基本回転パルス（０
に対して順次、分周回転パルス（ｄ　）のＩ周期分ずつ
遅れていく。

このように、計測パルス（ｇ　）の発生タイミングが順
次遅れていくことで、第１および第２の各ＡＮＤゲート
１１．１２は、トルク伝達軸ｌの回転が進む毎に、順次
後続の回転角度におけるトルクを示す基準パルス（ｆ　
）を通過させ、対応する各カウンタｌ　３．１４は、そ
れぞれ基準パルス（ｆ　）のゲート通過数をカウントし
たのち、そのカウント数をストアする。このようにして
、全周にわたって、各回転角度でのトルク算出のための
カウント数が得られる。

次に、ＣＰＵ２１は、計測パルス（ｇ　）が生成される
毎に、第１および第２の各カウンタ１３，１４にストア
されているカウント数を取り込み、トルクを演算する。

この演算に当たっては、予め、無負荷時に、第１カウン
タＩ３でのカウント数Ｓｏ＋と第２カウンタ１４のカウ
ント数Ｓｏｗとから、その比率Ｔｏ（−Ｓ　ｏ＋／　Ｓ
　ｏりを算出し、同様に、定格トルクを負荷した状態で
の第１カウンタ１３のカウント数５ｆｆｌｌと第２カウ
ンタ１４のカウント数Ｓｍ、とから、その比率Ｔ　ｍ（
−５ｍ＋／　Ｓ　ｍ２）を算出し、これらの値Ｔｏ、Ｔ
ｍをＥＥＰＲＯＭＩ　６に格納しておく。

そして、実測時に得られ１こ各カウンタ１３，１４のカ
ウント数Ｓｎｌ、Ｓｎ２から、その比率Ｔ　ｎ（＝Ｓ　
ｎ＋／　Ｓ　ｎｘ）を算出した後、次の算式でトルクＸ
ｔを求める。

Ｘ　ｔ＝　（（Ｔ　ｎ　−Ｔ　ｏ）／　（Ｔ　ｍ−Ｔ　
ｏ））ＸＦＸＫ　　　　　・・・・・・・・・（１）こ
こで、Ｆは定格トルクを示し、Ｋは所定のデイメンジョ
ンとするための定数である。

ＣＰＵ２１は、ある回転角度でのトルクを演算する毎に
、前回の演算結果と大小比較することで、トルクの最大
値と最小値とが得られる。ＣＰＵ２１が演算した各回転
角度でのトルクの値は、次々、ＲＡＭ２２に格納される
。ＲＡＭ２２には、トルク演算用のカウント数を格納す
るようにしてもよい。

なお、上記実施例では、基本回転パルス（ｇ）を発生す
る手段としてフォトインクラブタロを用いたが、第１も
しくは第２フオトインタラプタ４゜５に、スリット円板
２．３のスリット２ａ　、３ａの数と同数のカウント数
を宵するカウンタを接続し、このカウンタからトルク伝
達軸１の１回転毎に一発のパルスを発生させるようにて
もよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように、本発明では、トルク伝達軸の回転毎
にタイミングをずらしながら、位相差パルス等のパルス
幅を示す基準パルスのカウント数を取り込むようにした
から、各回転角度毎にトルクを計測することができ、ト
ルクの最大値や最小値の算出も可能で、トルク変動のあ
る機械の動作解析を容易に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２図はスリ
ット円板の正面図、第３図および第４図はいずれも動作
説明に供するタイミングチャートである。 ■・・・トルク伝達軸、４．５・・第１．第２フオトイ
ンタラプタ（回転センサ）、６・・・第３フオトインタ
ラプタ（基本回転パルス発生手段）、９・・・位相差用
ＡＮＤゲート（位相差回路）、ＩＯ・・・基準発振器、
１１．１２・・・第１．第２ＡＮＤゲート、１３．１４
・・・第１．第２カウンタ、１７・・・前段カウンタ、
１８・・・後段カウンタ、２１・・・ＣＰＵ（演算手段
）、２２・・ＲＡＭ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルク伝達軸の軸方向２個所にそれぞれ対設され
   た非接触型の回転センサによりトルクを検出する装置で
   あって、 位相差回路と、基準発振器と、第１および第２の両ＡＮ
   Ｄゲートと、第１および第２の両カウンタと、基本回転
   パルス発生手段と、前段カウンタと、後段カウンタと、
   演算手段と、メモリとを備え、 位相差回路は、両回転センサの回転パルス間の位相差に
   相当する位相差パルスを生成し、 第１ＡＮＤゲートは、基準発振器からの基準パルスと位
   相差パルスとを導入し、 第２ＡＮＤゲートは、一方の回転センサの回転パルスと
   基準パルスとを導入し、 第１および第２の各カウンタは、それぞれ対応するＡＮ
   Ｄゲートを通過する基準パルスをカウントするものであ
   り、 基本回転パルス発生手段は、トルク伝達軸の１回転毎に
   単発の基本回転パルスを発生し、 前段カウンタは、基本回転パルスをカウントしてそのカ
   ウント数をプリセット値として後段カウンタに与え、 後段カウンタは、前段カウンタからのプリセット値に基
   づいて一方の回転パルスをカウントして、そのカウント
   終了に伴い計測パルスを出力し、この計測パルスにより
   第１および第２の両カウンタでの基準パルスのカウント
   動作を規制するものであり、 演算手段は、計測パルスによる各計測タイミングでの第
   １および第２の各カウンタのカウント数を取り入れて各
   回転角度毎のトルクを演算するものであり、 メモリは、各計測タイミングでの計測データを記憶する
   ものである、 ことを特徴とするトルク検出装置。