JPH0463328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、モータ等のトルクの検出を行なうト
ルク検出装置に関し、特にトルク応答性に優れた
トルク検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来、モータ等のトルクの検出を行なうトルク
検出装置は第７図に示すものが知られている。

この第７図で、トルクが計測されるたとえばモ
ータは、ドラム６０を取付けた軸６１に連結さ
れ、このドラム６０に負荷機構６２によつて負荷
が加えられることにより、モータのトルクが計測
される。

上記負荷機構６２に説明すると、ギアモータ６
３にネジ棒６４が連結されており、このネジ棒６
４の回転によつて、ナツト６５を取付けたブラケ
ツト６６が前後にストローク運動を行なう。この
ブラケツト６６の切欠き部に植設されたピン６
７，６８は、支軸６９，７０で軸支されたアーム
７１，７２の長孔７３，７４に挿入されており、
ブラケツト６６のストローク運動がアーム７１，
７２のてこの動きに変えられる。またアーム７
１，７２には圧着ピン７５，７６が付いており、
アーム７１，７２のこのてこの動きによつて、支
軸７７，７８で軸支されたブレーキライニング７
９，８０が、強力な力でドラム６０側に押し付け
られる。このドラム６０への圧着力によつて、ト
ルクが計測されるモータに負荷が与えられる。

またブラケツト６６には、一端がハウジングに
固定された図示しないコイルバネの他端が取付け
られており、ドラム６６に圧着力が加えられる
際、上記負荷機構６２全体は、コイルバネと平衡
するまで反作用で回転する。この回転を磁気ポテ
ンシヨンメータ等の角度センサで検知し、電気回
路を通してトルクに比例した電圧に変換すること
で、トルクの計測が行なわれる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記トルク検出装置では、負荷機構
６２全体がコイルバネで制御されるようになつて
おり、トルクが検出されるモータから見た慣性が
大きく、トルク応答が悪いという問題点がある。
特にステツピングモータのトルクを検出しようと
する場合、慣性が大きいと、駆動パルス信号に追
従できずモータに脱調が起こり、精度よくトルク
が検出できなくなるという問題が生じる。

また、上記負荷機構６２では、ドラム６０に圧
着力を与える力の伝達経路が長く、モータに負荷
をスムーズに加えることができないという問題が
ある。

また、上記負荷機構６２では上記伝達経路に力
のロスがあることから、負荷を可変する際、伝達
時間に遅れが生じるようになり、負荷応答性が悪
いという問題がある。

そこで本発明は、このような従来の問題点を解
決するために提案されたものであり、トルクが検
出されるモータから見た慣性を小さくすることが
できトルク応答性がよく、またモータにスムーズ
に負荷を加えることができるトルク検出装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明のトルク検出
装置は、検出回転機の回転軸に連結軸を連結して
回転するドラムと、このドラムのドラム面に水平
に圧着するブレーキライニングを一端部に取付け
た板バネと、固定レールおよび固定レール上を上
記ドラム面に対して垂直に摺動する移動レールか
ら成りこの移動レールに上記板バネの他端部を取
付け上記板バネを上記ドラム面に対して水平に支
持するリニアガイドテーブルと、上記移動レール
内に上記ドラム面に対して垂直に形成された雌ネ
ジ部に螺合し平ギアを取付けたネジ棒と、この平
ギアか噛合うギアを取付けたギアモータと、上記
板バネの他端部において支持されたセンサ取付板
に上記板バネ面に対して垂直に取付けられ上記板
バネの一端部の撓み量を無接触に検知する変位セ
ンサとを有し、上記ギアモータを駆動して上記ブ
レーキライニングを上記ドラムに圧着し上記板バ
ネの撓み量を上記変位センサで検知して上記被検
出回転機のトルクを検出することを特徴とする。

［作用］ したがつて本発明では板バネに取付けたブレー
キライニグをドラムに圧着し板バネの撓み量を検
知してモータ等の被検出回転機のトルクを検出し
ていることから、被検出回転機から見た負荷が小
さくなりトルク応答性が改善される。

またギアモータとネジジヤツクにより負荷を印
加しているため、ドラムにスムーズに負荷を加え
られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。

まず、第５図および第６図を参照して本発明の
基本的な考え方を説明する。

図において、同心軸上にドラム１０５を取付け
た連結軸１０３には、トルクを計測しようとする
モータ等の被検出回転機の回転軸が連結される。
またこのドラム１０５には、板バネ１３２，１３
３にブレーキホルダ１４０，１４５を介して取付
けたブレーキライニング１０６，１０７によつて
強力な圧着力が上下から加えられる。この圧着力
の印加は、板バネ１３２，１３３の支持点O₁，
O₂側に設けられるネジシヤツクとギアモータに
よつて行なわれる。上下に板バネ１３２，１３３
が設けられているのは、ドラム１０５の上下に均
等に圧着力を加えて力を平衡させるためと、両回
転方向のトルクの計測を行なえるようにするため
である。

ここで、上記ドラム１０５の直径をＤ、ブレー
キライニング１０６，１０７による圧着力（全法
圧力）をＰ、圧着力Ｐによつてドラム１０５の接
線方向に働く力をＦ、ドラム１０５とブレーキラ
イニング１０６，１０７間の摩擦係数をμ、ドラ
ム１０５に作用しているトルクをＴとすれば、ト
ルクＴは、 Ｔ＝Ｆ・Ｄ＝μP・Ｄ となる。この式から、圧着力Ｐを大きくするかま
たは摩擦係数μを大きくすることで、ドラム１０
５の直径Ｄを小さくすることができる。トルクＴ
の検出においては、モータ側から見た慣性を小さ
くする必要があることから、直径Ｄを小さくして
ドラム１０５をできるだけ小型化する必要があ
る。

また上記板バネ１３２，１３３は、接線方向に
働く力Ｆに比例して撓むことから、板バネ１３
２，１３３のバネ定数をＫ、板バネ１３２，１３
３の撓み量をδとすれば、この撓み量δは、 δ＝Ｋ・Ｆ となる。この式よりＦ＝δ／Ｋとなり、これを前式 に代入すればトルクＴは、 Ｔ＝δ／Ｋ・Ｄ となる。

したがつて、板バネ１３２，１３３の撓み量δ
を検出することにより、モータのトルクＴを測定
することができる。

この撓み量δは、板バネ１３２，１３３の先端
側方に配設される磁気変位センサ等の変位センサ
１３８，１３９により無接触に検出される。図示
の例では、ドラム１０５が右方向に回転している
ことから、センサに対して遠くのように撓む板バ
ネ１３３の撓み量δを変位センサ１３９により検
出するようにしている。

上記変位センサ１３８，１３９は、板バネ１３
２，１３３の支持点O₁，O₂部でスペーサを介し
て固定されるセンサ取付板に取付けられる。

なお、ブレーキライニング１０６，１０７がド
ラム１０５に圧接する時、板バネ１３２，１３３
は支持点O₁，O₂を中心にした回転変位になるが、
板バネ１３２，１３３の長さを撓み量δに対して
充分大きく取れば直線変位とみなすことができ
る。

このように本発明のトルク検出装置は、従来の
ように前記負荷機構６２全体が回転するのではな
く、ブレーキライニング１０６，１０７を取付け
た板バネ１３２，１３３が変位すだけであり、ト
ルクが検出されるモータから見た慣性が小さく、
トルク応答性が良好である。

つぎに上記トルク検出装置の一実施例を第１図
の側面図、第２図の平面図、第３図の要部を示す
正面図を参照して説明する。

図において、筐体１の前面板１ａに設けられた
軸受２，２により連結軸３が回転自在に軸支され
ており、この連結軸３の先端部には、トルクが計
測されるモータ等の被検出回転機の回転軸が連結
されるアタツチメント４が取付けられている。ま
た連結軸３には、複数枚のフイン構造からなるド
ラム５が同心状に取付けられており、このドラム
５は筐体１内に収容されている。ドラム５をこの
ようにフイン構造としたことにより、後述のブレ
ーキライニング６，７によつて強力に圧着された
時に生ずる発熱を効果的に放熱することができ
る。上記連結軸３の後端部は、支持板８に設けら
れた軸受９によつて軸支されている。また支持板
８の後方には、連結軸３に連結されるモータの回
転数を測るロータリエンコーダ１０が配設されて
いる。回転数の検出は、連結軸３の端部に取付け
られた円板１１の穴等をフオトセンサ等で検知し
て行なう。

また上記筐体１内の後方部には、支持板１２に
ギアモータ１３が逆さに固定されており、ギアモ
ータ１３の駆動軸にはピニオンギア１４が取付け
られている。このギアモータ１３の図中左側に
は、リニアガイドテーブル１５，１６が上下に設
けられている。このリニアガイドテーブル１５，
１６は、それぞれ固定レール１７，１８と移動レ
ール１９，２０から成つている。そして上部の移
動レール１９の突出部１９Ａ内にはたとえば左ネ
ジが形成されており、下部の移動レール２０の突
出部２０Ａ内には逆ネジのたとえば右ネジが形成
されている。またこれら突出部１９Ａ，２０Ａ内
のそれぞれ逆ネジに螺合するネジ棒２２が、支持
板１２の軸受２３、およびその下方の支持板２１
の軸受２４に回転自在に軸支されている。このネ
ジ棒２２の上下には、逆ネジの雄ネジが形成され
ている。上記突出部１９Ａと支持板１２間には、
移動レール１９を上方に付勢するコイルバネ２５
がネジ棒２２の外周に設けられており、突出部２
０Ａと支持板２１間には、移動レール２０を下方
に付勢するコイルバネ２６がネジ棒２２の外周に
設けられている。上記ネジ棒２２には、上記ピニ
オンギア１４と噛合う平ギア２７が支持板１２，
２１間に取付けられている。これにより、ギアモ
ータ１３が回転することで、固定レール１７，１
８上を移動レール１９，２０が、互いに近づくよ
うに摺動するか、互いに遠のくように摺動する。
この移動レール１９，２０の摺動の上限下限は、
フオトインタラプタ２８，２９により検知され
る。

また上記移動レール１９，２０の段部１９Ｂ，
２０Ｂには、ビス３０，３１により板バネ３２，
３３が固定されている。また移動レール１９，２
０の上記突出部１９Ａ，２０Ａ面には、ビス３
４，３５によりセンサ取付板３６，３７が板バネ
３２，３３の右側方に固定されている。このセン
サ取付板３６，３７には、板バネ３２，３３の先
端の撓み量を検出する変位センサ３８，３９が板
バネ３２，３３面に垂直に取付けられている。

また上段の板バネ３２のドラム５側先端部に
は、ブレーキライニング６を取付けたブレーキホ
ルダ４０がブツシユ４１を介してピン４２により
スライド自在に設けられている。このブレーキホ
ルダ４０にはブレーキランニング６の中心とドラ
ム５の中心とを位置合わせするスライド調整ネジ
４３，４４が左右に設けられている。

同様に下段の板バネ３３のドラム５側先端部に
も、ブレーキライニング７を取付けたブレーキホ
ルダ４５がブツシユ４６を介してピン４７により
スライド自在に設けられている。このブレーキホ
ルダ４５の左右には、スライド調整ネジ４８，４
９が設けられている。

上記ドラム５の上下に配されるブレーキライニ
ング６，７は、摩擦係数が高く圧着方向に変形が
少ないウレタンゴム、アスベスト、硬質カーボン
等から形成されている。

このように構成される上記トルク検出装置で
は、板バネ３２，３３が互いに近づくようにギア
モータ１３を駆動した時、固定レール１７，１８
上を案内されて移動レール１９，２０が摺動し、
ブレーキライニング６，７が強力な圧着力でドラ
ム５のドラム面５ａを押し付ける。この時、連結
軸３に連結されるモータのトルクに比例して板バ
ネ３２，３３が撓むのでこの撓み量を上記変位セ
ンサ３８，３９で検出することで、モータの起動
トルクまたは回転トルクを計測することができ
る。

たとえば板バネ３２，３３の厚さが２mmで幅が
14mm、板バネ３２，３３の支持点からドラム５の
中心までの距離が70mmとした時、トルクが
800g・cmの場合、撓み量はたとえば0.3mmとなる。
この撓み量のたとえば０〜１mmが、たとえば1μm
の分解能の上記変位センサ３８，３９により検出
される。

ここで、上記トルク検出装置にはリニアガイド
テーブル１５，１６が用いられていることから、
板バネ３２，３３の支持点部ががたつくことがな
く、ドラム５の上下に均等な圧着力が作用するよ
うなる。

またギアモータ１３とネジジヤツキにより力を
倍加してドラム５に圧着力を印加しているが、ブ
レーキライニング６，７とドラム５間のギヤツプ
は狭く設定でき、圧着後のドラム５方向への変位
量は極わずかであることから、ギアモータ１３、
および平ギア２７とピニオンギア１４のギア比や
ネジ棒２２のネジピツチを圧着力がさらに増加す
るように設定することができる。

また板バネ３２，３３はセンサ取付板３６，３
７と平行に上下動することから、ノイズ成分が入
らず、回転トルク成分のみを検出できる。

また従来のトルク計測時間（スキヤン時間）は
１分近くかかつていたが、上記トルク検出装置で
はギアモータ１３の回転が直接ネジ棒２２に伝わ
るとともに、ドラム５を圧着するブレーキライニ
ング６，７に伝わるため、トルク計測時間が５秒
程度に短縮される。

つぎに、上記変位センサ３８，３９から出力さ
れるセンサ出力をトルクに比例した電圧に変換す
る回路を第４図に基づき説明する。

第４図で、変位センサ３８または３９からの出
力は、専用アンプ５０で増幅され、後段のオペア
ンプ５１でトルクに比例した電圧に変換される。
そして、出力端子５２からトルク検出信号が出力
される。可変抵抗５３はゼロ点調整用である。

なお、本発明はモータ以外に内燃機関等の被検
出回転機のトルク検出にも適用することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、ブレーキライ
ニングを取付けた板バネをギアモータとネジジヤ
ツキでドラムに圧着し、板バネの撓み量を変位セ
ンサで無接触に検出してトルクを計測している。

したがつて、トルクが検出されるモータから見
た負荷が小さくなり、トルク応答性が良好とな
る。特に本発明のトルク検出装置をステツピング
モータのトルクの検出に用いた場合、脱調が起こ
らず良好にトルクの検出を行なうことができる。

またギアモータとネジジヤツクによりドラムに
圧着力を印加しているため、負荷をスムーズに加
えることができ、トルクの計測時間を短縮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のトルク検出装置の
側断面図、第２図は上記トルク検出装置を上部か
ら見た断面図、第３図は上記トルク検出装置の要
部を示す正面図、第４図は上記トルク検出装置で
板バネの撓み量の検出に用いられる検出回路図、
第５図は本発明の考え方を説明するための正面
図、第６図は第５図の斜視図、第７図は従来のト
ルク検出装置の要部を示す斜視図である。 ３，１０３……連結軸、４……アタツチメン
ト、５，１０５……ドラム、６，７，１０６，１
０７……ブレーキライニング、１３……ギアモー
タ、１４……ピニオンギア、１５，１６……リニ
アガイドテーブル、１７，１８……固定レール、
１９，２０……移動レール、２２……ネジ棒、２
７……平ギア、３２，３３，１３２，１３３……
板バネ、３６，３７……センサ取付板、３８，３
９，１３８，１３９……変位センサ、４０，４
５，１４０，１４５……ブレーキホルダ、４２，
４７……ピン、４３，４４，４８，４９……スラ
イド調整ネジ、５０……専用アンプ、５１……オ
ペアンプ、５２……出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検出回転機の回転軸に連結軸を連結して回
   転するドラムと、このドラムのドラム面に水平に
   圧着するブレーキライニングを一端部に取付けた
   板バネと、固定レールおよび固定レール上を上記
   ドラム面に対して垂直に摺動する移動レールから
   成りこの移動レールに上記板バネの他端部を取付
   け板バネを上記ドラム面に対して水平に支持する
   リニアガイドテーブルと、上記移動レール内に上
   記ドラム面に対して垂直に形成された雌ネジ部に
   螺合し平ギアを取付けたネジ棒と、この平ギアに
   噛合うギアを取付けたギアモータと、上記板バネ
   の他端部において支持されたセンサ取付板に上記
   板バネ面に対して垂直に取付けられ上記板バネの
   一端部の撓み量を無接触に検知する変位センサと
   を有し、上記ギアモータを駆動して上記ブレーキ
   ライニングを上記ドラムに圧着し上記板バネの撓
   み量を上記変位センサで検知して上記被検出回転
   機のトルクを検出することを特徴とするトルク検
   出装置。