JPH0439554Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、トルク検出装置に係り、特に電動
機に内蔵させたトルク検出装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕 第５図は従来のトルク検出装置を示す。

図において、１は電動機側に設置した駆動側ピ
ツクアツプ、２は負荷側に設置した出力側ピツク
アツプ、３は駆動側の回転体、４は出力側の回転
体、５，６は波形整形器、７は位相判別器、８は
差動増幅器、９はローパスフイルタ、１０は駆動
側１０Ｄから出力負荷側１０Ｌへトルクを伝達し
得るトーシヨンバーなど一定長さの弾性を有する
トルク伝達手段である。

ピツクアツプ１，２は、例えば電磁式ピツクア
ツプであり、歯車である回転体３，４の突起によ
る磁束の変化を電気信号Ｓ１，Ｓ２として出力す
る。

回転体３，４は、前述のようにそれぞれ外周に
複数の突起を有する歯車であり、わずかの「ねじ
れ」が可能であるトーシヨンバー１０の長手方向
に沿つて一定間隔でこのトーシヨンバー１０に固
定されている。

波形整形器５，６は、ピツクアツプ１，２の交
番出力信号を後の処理がし易いように整形する。
位相判別器７は、波形整形器５，６の出力信号Ｓ
１，Ｓ２の位相差に応じて、位相が進んでいると
きは進みパルスτ⁺を、遅れているときは遅れパル
スτ^-をそれぞれ送出する。差動増幅器８はこれら
のパルス信号の差τ⁺−τ^-＝τを演算出力する。ロ
ーパスフイルタ９はこの演算出力信号τを平滑す
る。

次に、この従来例の動作を説明する。

トーシヨンバー１０が、電動機などの駆動側１
０Ｄから出力側１０Ｌへトルクを伝達する。しか
し、この際トーシヨンバー１０にはわずかに「ね
じれ」が生じ、歯車３，４が同じものであつたと
しても、ピツクアツプ１，２の出力信号Ｓ１，Ｓ
２には位相差が生ずる。波形整形器５，６及び位
相判別器７を介して、この位相差に対応する信号
が形成され、ローパスフイルタ９はこれを平滑す
ることにより、伝達トルクに比例した信号Ｓ３を
得る。

以上のようなトルク検出装置を有する電動機を
工作機械の加工監視制御や、フイルム材の巻取り
のトルク（張力）制御などに適用される場合、イ
ンバータなどの可変速駆動装置で零付近から高速
域にわたる広い速度範囲で可変速運転される。

この場合、例えば正弦波PWM方式のインバー
タで駆動したとすると、インバータ出力の正弦波
PWM波形のエツジ部分に応答する電磁ノイズ
が、電磁式ピツクアツプに混入してしまう。特
に、界磁コイルなどのコイル端に近接した側の電
磁式ピツクアツプ１に電磁ノイズが重畳し易く、
またノイズレベルも大きい。

従来、このように電磁ノイズの重畳したピツク
アツプ出力をローパスフイルタに通し、ノイズを
低減させていた。しかし、このような信号処理方
法によると、次のような欠点があつた。

(1) 電磁ノイズを低減するためローパスフイルタ
の遮断周波数はかなり低く設定しなければなら
ない。このため、ピツクアツプの出力にそれぞ
れ接続するローパスフイルタの周波数伝達特性
（位相特性）に差ができ、回転速度に対してト
ルクの零点に変化が生じてしまつていた。

(2) ピツクアツプに混入するノイズの大きさは電
動機の回転数に関係無く一定であるのに対し
て、ピツクアツプの出力振幅は回転数に比例す
る。このため、低速度域でのＳ／Ｎ比が悪く、
ローパスフイルタによつても超低速回転（400
〜0rpm）付近でのトルク計測ができなかつた。

〔考案の目的〕

この考案は、以上の従来技術の欠点を除去しよ
うとして成されたものであり、Ｓ／Ｎ比が良好で
正確なトルクの計測が超低速域から可能なトルク
検出装置を提供することを目的とする。

〔考案の概要〕

この目的を達成するため、この考案によれば、
少なくとも２つのある回転体の双方又は前記電動
機に近接する側の一方に、更にピツクアツプを設
け、駆動側の電動機の極数ｐに応じて、１つの回
転体における２つのピツクアツプの間隔を調整す
るようにする。すなわち、２つのピツクアツプの
間隔は、360k／ｐ度（ただし、ｋは奇数）であ
るようにし、またこの２つのピツクアツプは電気
的に互いに直列に接続するようにする。

〔考案の実施例〕

以下、添付図面に従つてこの考案の実施例を説
明する。なお、各図において同一の符号は同様の
対象を示す。

第１図はこの考案の実施例に係るトルク検出装
置を内蔵した電動機の一切切欠断面図である。

図において、符号１〜４及び１０の構成要素は
第５図で説明した通りであり、１０１は固定子、
１０２は固定子１０１を固定し電動機の主要部分
を覆うフレーム、１０３は回転子、１０４及び１
０５はそれぞれ反負荷側及び負荷側のブラケツ
ト、１０６〜１０９は回転子軸１１０及びこれと
同軸の出力軸１１１を回動可能に支持するベアリ
ング、１１４はトルク検出バネ１０の保護手段、
１１５は冷却フアン、１１６はフアンカバー、及
び１１７は界磁コイルのコイル端部である。

ここで、電動機を構成する各種の要素及び第５
図で説明した各種の要素は、更に詳しい説明を要
しないと思われる。従つて、以下この考案の中心
的要素であるピツクアツプ１，２とその周辺につ
いて説明する。

第２図は、第１図のピツクアツプ１及び第１図
では図示してない第２のピツクアツプ２０と、こ
れらに対応する回転体３とを示すものである。こ
こでは、コイル端に近い側の電磁式ピツクアツプ
にノイズの影響が大きいため、ピツクアツプ１に
ついて説明するが、ピツクアツプ２について同様
の構成を重ねて採ることは更に望ましいため、対
応するこれらの符号を括弧内に示した。

第２図ａは電動機の磁極数ｐが２極である場合
を示す。第１の電磁式ピツクアツプ１に対して第
２のピツクアツプ２０は、駆動側の回転体３の一
直径方向Ａに関して丁度機械的に180度隔たつた
位置に配置してある。両ピツクアツプ１，２０の
出力位相は同相であるようにする。負荷側の回転
体４にもこのような構成を持たせる場合も、２つ
のピツクアツプ２，２１を同様に180度隔てて配
置する。以下の各場合でも同様である。

同図ｂは電動機の磁極数ｐが４極である場合を
示す。第１の電磁式ピツクアツプ１に対して第２
のピツクアツプ２０は、駆動側の回転体３の一直
径方向Ａに関して時計方向に丁度機械的に90度隔
たつた直径方向Ｂの位置に配置してある。

同図ｃは電動機の磁極数ｐが６極である場合を
示す。第１の電磁式ピツクアツプ１に対して第２
のピツクアツプ２０は、駆動側の回転体３の一直
径方向Ａに関して時計方向に丁度機械的に60度隔
たつた直径方向Ｂの位置に配置してある。

以上から分かるように、この考案によれば、第
１のピツクアツプ１と第２のピツクアツプ２０と
は、 360k／ｐ度（ただし、ｋは奇数） だけ回転方向に隔てて配置する。

ただし、回転体の歯数で１ピツチ程度のずれで
あれば、正確に上式に合致していなくともよい。

ここで、負荷側のピツクアツプ２は電磁ノイズ
発生源のコイル端部から遠くにあり、また駆動側
の回転体３が磁気シールドの役目を果たすため、
駆動側のピツクアツプ１に比べて混入するノイズ
レベルは低い。このため、以上では駆動側の回転
体３のみに第２のピツクアツプを設けた場合につ
いて説明したが、双方の回転体で同様の構成とす
ることにより装置全体に対する電磁ノイズの影響
を更に低減させることができる。

また、この考案によれば、第３図に示すよう
に、第１の電磁式ピツクアツプ１と第２の電磁式
ピツクアツプ２０（従つて、双方の回転体に設け
る場合は、ピツクアツプ２と２１も）互いに直列
に接続する。

次に、以上の実施例の作用を説明する。

先ず、この考案で問題とする可変速装置のノイ
ズについて考察する。

可変速装置が正弦波PWM方式インバータであ
り、４極の三相誘導電動機を駆動するとすると、
その出力波形は第４図ａに示すようである。この
とき、電磁式ピツクアツプ１に現われるノイズは
第４図ｂに示すようであり、出力パルス（第４図
ａ）のエツジ部分に対応している。

ところで、このピツクアツプ１から回転方向に
90度だけ隔たつた位置のノイズ波形を調べると、
第４図ｃに示すようである。すなわち、ピツクア
ツプ１の位置のノイズ（第４図ｂ）に比べて電磁
ノイズの極性が反転していることが分かる。同様
にして、２極電動機の場合は180度、６極電動機
の場合は60度の位置で電磁ノイズの極性が反転す
ることが分かる。これらは、電動機の極数に起因
して生ずる。

従つて、電動機の極数に応じた前述の式の位置
だけ互いに隔てて第１及び第２の電磁式ピツクア
ツプを配置し、これらを電気的に直列に接続すれ
ば、可変速装置の出力に起因する電磁ノイズを相
殺することができる。

この考案の実施例の動作を説明する。

電動機の始動によりトルク伝達軸１０が回転す
ると、この回転に伴いピツクアツプ１，２には正
弦波状の交番電圧が発生する。このとき、ピツク
アツプ２０，２１にも同様の交番信号が発生して
いるが、電磁ノイズの極性は前述のように反転し
ている。

このため、出力信号Ｓ１，Ｓ２の出力レベルは
２倍になるがノイズは相殺される。

このように電磁ノイズの相殺された交番信号Ｓ
１，Ｓ２を波形整形器５，６で整形して位相判別
器７に入力し、位相の進み及び遅れをそれぞれ独
立の出力端から幅Δtのパルス信号として得る。
差動増幅器８は、τ⁺−τ^-＝τの演算を行ない、出
力τ^-を負電圧のパルスに変換して、フイルタ９で
平滑し、トルク伝達軸１０のねじれ角すなわちト
ルクに比例した出力信号Ｓ３を得る。

〔考案の効果〕

この考案によれば、以上のように第１のピツク
アツプに対して電磁ノイズを相殺するような特定
の位置に第２のピツクアツプを配置することによ
り、電磁ノイズを相殺できると共に、検出信号自
体のレベルを２倍にすることができるため、Ｓ／
Ｎ比が極めて良好なトルク検出装置を得ることが
できる。

また、これにより、次のような効果を奏するト
ルク検出装置を得ることができる。

(1) 400rpm以下の超低速域でもトルク計測が可
能となる。

(2) ノイズ低減用のローパスフイルタの遮断周波
数を従来よりも高く設定できるため、周波数伝
達特性の差により生じていた速度に対するトル
クの零点変化を小さくすることができ、トルク
計測の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例の一部切欠側面図、
第２図はこの考案の機械的要部説明図、第３図は
この考案の電気的要部説明図、第４図はこの考案
の作用を説明する波形図、第５図は従来装置の系
統図である。 １，２……第１のピツクアツプ、３，４……回
転体、１０……トルク伝達軸、２０，２１……第
２のピツクアツプ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 駆動側の電動機から出力側へトルクを伝達し得
   る一定長さのトルク伝達手段と、このトルク伝達
   手段の長手方向に沿つて一定間隔で固定しそれぞ
   れ外周に所定数の突起を形成した少なくとも２つ
   の回転体と、この各回転体の前記突起の凹凸に応
   答するそれぞれ第１のピツクアツプとを備え、前
   記各回転体に対応する前記ピツクアツプの出力の
   位相差からトルクを検出するようにしたトルク検
   出装置において、 前記電動機の極数ｐに応じて前記少なくとも２
   つの回転体の双方、又は前記電動機に近接する側
   の一方に更に１つの第２のピツクアツプを追加
   し、前記各回転体についての前記第１及び第２の
   ピツクアツプは、互いに約 360k／ｐ度（ただし、ｋは奇数） の間隔で配置し、また前記各回転体についての前
   記第１及び第２のピツクアツプは互いに電気的に
   直列に接続するようにしたことを特徴とするトル
   ク検出装置。