JPS5965737A

JPS5965737A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPS5965737A
Application number: JP17727082A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Makishima; 一雄巻島
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1984-04-14
Also published as: JPH0159529B2

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】本発明は、トルク伝達軸に生じるトルクの大きさに比例
したねじれ角を光電的に位相差信号に変換して取出すト
ルク検出器に関する。

産業上の利用分野トルクは、エンジン、モータ等の原動機の性能を表わす
重要な特性直の−ってあり、原動機の検査、あるいは研
究開発における評価試験はもちろん、その原動機と結合
されるポンプ等の負荷装置纜の性能試、暎において１〜
ルクの測定は欠かせない。トルク検出器は、このような
試験に広く利用されるものである。

従来技術先ず、公知のものについて簡単に説明する。

第１図において、軸方向に間隔を隔てた軸１上の２点に
は２項体１１．［１の基部が固着されてその各開放端面
に一体的に固着された円板１２゜２２は近接して対向し
、その円板１２．２２の周辺に穿設された等ピンチで、
チューティに１のスリット列を挾んで発光素子３０と受
光素子４０が対向する状態に配置されている。

以上のものに」６いて、いま、　１ｉ１１．ｌ　］か１
〜ルクを云達し、それ（こより軸１がねじられ、環体１
１゜２１の基部間の１咄１にねじれ角θか生じると２円
板１２と２２も一体的に相対角変位θを生じ、したかっ
て１両円板１２と２２のスリットの重合面積も角変位θ
に比しＩＪして変わり、その結果、投光素子３０からそ
の重合面積部分を介して受光素子４０に達する光性が変
イ）す、受光素子・１０の出力を変化させることになる
。

さて、第２図は円板１２．２２のスリ、ト１２’、　２
２’の重合状態と受光素子４０の出力との関係を表わし
た図である。、先ず２円板１２を基準にして円板２２か
角変位し、その結果、スリン１〜１２′に対し２２′か
右方に移動する場合の角変位θと両スリツ１−１２’、
　２２’の重合面積の関係をみるのに、いま、完全に非
重合の状態（ス’Ｊ　ｙ　ト１２’の左端と２２′の右
端の位置が一致）から円板２２が右方に回動すると１重
合面積はその回動角変位に比例して増加し、その角変位
がスリットピッチ角θ、の１／２に達した際、完全に重
合する。続いて、そのθｐ／２からさらに右方に回！１
のすると、前記とは逆に１回動角変位に比例して減、少
し、θｐに達するさ、再び・元の状態の非重合さなる。

以上のように、ス’）　ノｌ−１２’、　２２’の重合
面積は、角変位θに対して三角波状に変化するわけであ
る。次に。

その重合面積と受光素子４０の出力の関係をみるのに、
理想的には両者は等しい変化となるはすであるか、実際
には両円板１２．２２間での光の回折や発光面、受光面
か円形であること等に影響″されて前記のように重合面
積が三角波状に変化した場合、受光素子４０の出力はサ
イン波あるいはサイン波に極めて近似した（ｏ）に示す
ような変化を生しることになる。

したかって、この受光素子４０の出力Ｖθを測定しても
、それは角変位θとは比例せず、直接θは求められない
。

これを改善するものとして２位相差方式のも図の円板１
２と２２の間隙を犬にしてその間の軸上にヘアリンクを
介して円筒体を支承し、その円筒体の左右端面には２円
板１２．２２とそれぞれ対向するように別の円板をそれ
ぞれ固着し、左右のそれぞれにおいて２円板対を恍んで
発光素子と受光素子を対向させ、前記円筒体を外ＨＨモ
ークと係合させて常時１ＩＩＩｌｌの回転方向と反対方
向に回転させるようにしたものである。これによれは、
　＋ｇｌ＋が静止していても円板１２．２２とそれぞれ
対向する別の円板が回転させられているのでそのスリッ
トピンチθｐ回転ごとに谷受光素子にはサイン波の１周
期分が発生し、その二つのサイン波の位４目差αは角変
位θに比例することになる。

しかし、このものは、全体に大形化してしまうことか避
けられｒ、また、構造も複雑化し。

組立に多大の手数を要すると共に、それたけ各構成？ｒ
ＶＳ品にも敞しい加工精度か要求される問題点がある。

また、このものにおいては、軸回転数が低くなれはなる
ほと１突出間隙か長くなり。

広い軸回転数範囲にわたって一様の応答特性てトルクを
求められない問題点か残る。

発明が解決しようとする問題点本発明は、上記した従来技術の欠点を除き。

部品数が少なく、シかも小形でありながら、静止状態を
含む広い軸回転数・阻１ノ」４に４つたって高い応答特
性をもつトルク暎出器を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段そこで２本発明は１位相変−４検出力式の検出原理をね
しれ角の検出に利用したものであり。

軸方向の間隔を隔てた２点にそれぞれの基部を固着した
２枚の円板を近１夛して対向させ、一方の円板の周辺上
には等ピッチに第１のスリット列を形成し、他方の円板
の半径の異なる周辺上には第１のスリット列と同一ピッ
チて、互に配列位置が１／４ピツチずつすれた第２．ｍ
３．第４、第５のスリット列をそれぞれ穿設し、その第
１と第２．第１と第３．第１と第４．第１と彊５の各ス
リン１−列の対を各別に挾んで一方に第１．第２．第３
．第４の発光素子を、他方に第１．第２．第３．第４の
受光素子を配置して対向させ、その第ｊ〜第４の発光素
子は２点灯制御υ１１部により互に９０１Ｗずつの位相
差をもつサイン波状出力で容態に点灯制御させ、第１〜
第４の受光素子出力の合成出力の位相変化を測定するよ
うにしたものである。

実ＭＬｌｉ列以下２本発明の実施クリにつき図面に基づいて詳＾、（
旧こ、況明する。

１浅溝部を示す第３図において、前記第１図と同番号を
付したｍ１１１．取付環体１１．２１は第１図と同様の
ものであり、その対向する環体１１，２１の開放端部に
は円板、１３．２３がそれぞれ固着されている。その円
板１３には第」図に示すように等ピッチにチー−ティ１
：１の第１のスリット列１４が形成さイｔ、それと対向
する他方の円板２３の周辺には第５図に示すように第１
のスリット列１４と同じピッチを有し、各々は配列位ｆ
ｇが互に１／４ピソヂすつず・ｊｔた第２〜第５の４個
のスリｙｌ〜列■５〜１８が外周から内周方向にｌｌｌ
ｆｆｌ次形成されでいる。そして、その第１のスリット
列１４と各画２．第３．第４．第５のスリ　）　トタ１
］１５〜１８をそれぞれ挾んで対向する状態に第１の発
光素子３１と受光素子４１の対、第２の発光素子３２と
受光素子・１２の対、第３の発光素子３３と受光素子４
３の対および第４の発光素子３４と受光素子４４の対か
自己設されている。

第６図は、ぞの第１〜側４の発光素子３１〜３４の発光
量を制御する点灯！１ｕｌｌ　１ｉ１井市５０の実施例
であり１発振で；テ５１の谷９０度位相のすれたｓｉｎ
ω［々ｃｏｓωｔの出力端子はそれぞれ前記帛１．第２
の′星光電子５４　、　’　５５の入力端子と結−さイ
すると共に。

インパーク５２．５３の各入力端子とそれぞれ結線され
ている。そして、インパーク５２．５３の出力端子は、
前記受光素子３３．３４の駆動回路５６．５７の入力端
子とそれぞれ結線されている。

以ヒのもの（こおいて、いま２発振器５１によりトルク
を求めよ・うとする時間１−隔Ｔに基づいて予め定めた
角速度ω（−２π／Ｔ）のサイン波およびコサイン波を
発振させて駆動回路５４　＋’　５５に人力させると同
時０？−、インバータ５２．５３によりそれを反転させ
て、駆動回路５６．５７に入力さぜると、その各１駆動
回路５４〜５７により各発光素子３１−３４は、イゝれ
そノルサイン波、コザイン波２反転サイン波２反転コサ
イン波状す発光量か制御される。たたし、この場合負の
発光量はあり伯すいから、ある正の発光量の範囲１例え
は、０〜２Ａの間で周期的変化を生じさせることになり
。

それぞれ第１〜第４の発光素子３１〜３４の発光量は、
　Ａ（ｓｉｎωｔ＋１　）、　Ａ（ｃｏｓωｔ＋］　）
、　Ａ（−５ｉｎωｔ＋　１　）、　Ａ（−ｃｏｓω１
＋１）となる。そして、この各光量は、それぞれか対向
する第１のスリット列１・１と各第２．第３．第４．第
５のスリット列１５〜１８の重合部を透過して各対応す
る受光素子４１〜４旧こ達し、そこで電気信号に変換さ
れること　　　′になる。したかって、受光素子４１〜
４４に発生するＩＮ電気信号またそれぞれ角速度ωのサ
イン波、　　ｊコサイン波９反転すイン波２反転コサイ
ン波であり、その波高が光の透過面積、すなわち、谷対
向するスリットの重合面積の大きさに応じて変わること
になる。

さて、すてに前記第２図にて説明したように。

二つのスリット列の重合面積は、角変位θが〇からスリ
ットピッチθ、まで変化する間に三角波状に変化するか
、その重合面積とそこを透過する光量の関係はサイン波
状に変化する。したがって、受光素子４１〜４４の出力
は、それぞれ角速度ωで周期的に変化しながらその旨さ
も角変位θに応じてサイン波状　コサイン波状２及転サ
イン波状１反転コサイン波状に変化することになる。す
なイっち、前記した各発光素子３１〜３４の発光量は、
対向する二つのスリット列が完全に非重合の場合、受光
素子４１〜４４には達しないものとしてそのときの受光
素子４１〜４４の出力を０゜完全に重合したときの出力
を０とおき、また。

スリットピッチ角θ、を２π吉する角変位θに導芯した
電気角をα（−２πθ／θｐ）とおりす、受光素子４１
〜４４の出力ｅ１〜ｃ４は次のように表される。

ＣＩ　””　（１３／　２Ｘ　ｓｉｎα＋１　）（５ｉ
ｎ（ｖｊ　＋　１　）ｃ２−（１３／２　）（ｃｏｓα
＋ＩＸｃｏｓωｔ＋１）ｅ３　　＝　　（Ｂ／２　）（
−ｓｉｎα＋１　）（−ｓ■（υｔ＋　１　　）ｃ　４
　＝　（Ｂ／　２　）（−ｃｏｓａ＋１　）（−ｃｏｓ
　（υｔ−１−１　）結局、この出力ｅ、〜ｅ４は角速
度（Ｖで、互に位相が９０　Ｉｒｅずつすれた殿送彼を
、各々か９０度の位相ずれをもち、角変位θに対応する
′電気角αによって正弦波状に振幅変調させたものとな
る。

以下、これら各出力ｅｌ−ｅ４は加真器６０によって加
算合成されることになり、その出力ｅは次のようになる
。

ｅ　＝　Ｂ　［ＣＯ５’（ωｔ−α）＋２〕し７１）シ
て、この合成出力ｅは、角速度ωのサイン波出力であり
、その位相αが角変位θに対応して変化することになる
。したがって、この合成出力Ｃの位相αを前記発振器５
１の出力、あるいはその反転出力のいずれかを基準にθ
１ｊ定することにより、所定の周期Ｔ（−２π／ω）ご
とに角変位θ、すなわち、それに比例するトルクが求め
られることになる。

なお、上記実施例においては、受光素子４１〜４４の出
力をそのまま加算する場合につき例示したが、フィルタ
を介して直流成分を除去した一ヒで加算させても同様で
あり、さらに受光素子４１〜４４を共進の受光素子に置
き換えて合成機能も併せ持つようにしてもよい。

効果以上のとおりであり１本発明は、ねじれ角θに応じて相
対的に角変位させられる円板により互に９０度ずつの位
相ずれをもつ４個のス・リット列対の群にスリットの重
合変化を生じさせると共に、その各重合部に投光する光
量も互に９０度ずつ位相のすれたサイン波状に変化させ
、さらにそこを透過した光量の合成出力を取り出すこと
により、ねじれ角を合成出力の位相変化に変換している
ので、ねじれ角に比例するトルクは。

合成出力の一定の周期ごとに取り出すことができ、軸の
静止中から高速まで広いｌｑ１回転数にわたって篩い応
答性をもってトルクが求められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のものの検出部を示す正面図。２４３２図はその動作説明図、第３図は本発明の検出１
幾構部の英施しリを示す正面図、第４，５図は円板の実
施例を示す側面図、第６図は本発明の点灯制御部の実施
例を示すブロック線図である。１３．２３：円板、１４〜１８ニスリット例、３１〜３
４：発光素子、４１〜４４：受光素子、５〇二点灯制師
部出１顧人廿　１　国＋２　同

Claims

【特許請求の範囲】］、　　Ｈ１１１方向の間隔を隔てた２点にそれそ°れ
の基部を固着した２枚の円板を近接、して対向させ。一方の円板の周辺上には等ピンチに第１のスリシト列を
穿設し、ｉＩ！２方の円板の半径の異なる周辺上には第
１のスリット列と同一ピンチで、互に配列位１置カ月／
４ピッチずつすれた第２、ｇ３．ｇ４．第５のスリット
列をそれぞれ穿設し、その第１と第２．第１と第３．第
１と第４．第１と第５の各スリット列の対の一方側には
それぞれ第１．第２．第３．第４の発光素子を配設して
その発光量を互に９０度ずつの位相ずれをもつサイン波
状に各別に点灯１１ｉｌ制御部により制御させ、その各
透過光量の合成光量に対応した出力の位相の変化量を取
り出すところのトルク検出装置凌。