JPS6238329A - 非接触トルク検出装置 - Google Patents
非接触トルク検出装置Info
- Publication number
- JPS6238329A JPS6238329A JP17698385A JP17698385A JPS6238329A JP S6238329 A JPS6238329 A JP S6238329A JP 17698385 A JP17698385 A JP 17698385A JP 17698385 A JP17698385 A JP 17698385A JP S6238329 A JPS6238329 A JP S6238329A
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- JP
- Japan
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- light
- coupling
- pulse
- machine
- pulse vibration
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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。
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〕
本発明は駆動機と負荷機で構成された回転機系における
トルク検出装譚に関する。
トルク検出装譚に関する。
従来、この種の回転機系におけるトルクの検出は、回転
部にストレーン・ゲージを貼り付け、ブラシで取り出す
ことにより行なわれていた。
部にストレーン・ゲージを貼り付け、ブラシで取り出す
ことにより行なわれていた。
上述した従来の方法は、ブラシで取り出しているためノ
イズを拾い易く、摺動面を綺麗にし−なければならない
という欠点があった。
イズを拾い易く、摺動面を綺麗にし−なければならない
という欠点があった。
本発明の目的ル、回転機系のトルクを非接触で検出する
非接触トルク検出装置を提供することである。
非接触トルク検出装置を提供することである。
本発明の非接触トルク検出装置は、
駆動機と負荷機の回転軸の両輪端をキーとともに結合す
る、歪と応力の関係が著しい非線形の材質でできたカッ
プリングと、 前記駆動機または前記負荷機の一方の非回転部分に取付
けられた第１の発光器と。
る、歪と応力の関係が著しい非線形の材質でできたカッ
プリングと、 前記駆動機または前記負荷機の一方の非回転部分に取付
けられた第１の発光器と。
前記駆動機または前記負荷機の回転部分またはカップリ
ングに第１の発光器と対向して取付けられ、カップリン
グの１回転毎に第１の発光器からの光を受光してパルス
信号を発生する第１の受光器と、 第１の受光器からパルス信号が発生する毎にパルス振動
を発生するパルス振動発生手段と、パルス振動発生手段
からのパルス振動を受信してパルス信号を発生するパル
ス振動受信手段と、 前記駆動機または前記負荷機の回転部分またはカップリ
ングに取付けられ、第１の受光器およびパルス振動受信
手段からパルス信号が出力される毎に発光する第２の発
光器と、 前記駆動機または前記負荷機の他方の非回転部分に第２
の発光器と対向するように取付け′られ。
ングに第１の発光器と対向して取付けられ、カップリン
グの１回転毎に第１の発光器からの光を受光してパルス
信号を発生する第１の受光器と、 第１の受光器からパルス信号が発生する毎にパルス振動
を発生するパルス振動発生手段と、パルス振動発生手段
からのパルス振動を受信してパルス信号を発生するパル
ス振動受信手段と、 前記駆動機または前記負荷機の回転部分またはカップリ
ングに取付けられ、第１の受光器およびパルス振動受信
手段からパルス信号が出力される毎に発光する第２の発
光器と、 前記駆動機または前記負荷機の他方の非回転部分に第２
の発光器と対向するように取付け′られ。
第２の発光器からの光を受光し、パルス信号を発生する
第２の受光器と、 第２の受光器のパルス信号の間隔から、カップリングに
捩り応力が作用したときの前記パルス振動の伝播時間を
求める伝播時間計測手段と。
第２の受光器と、 第２の受光器のパルス信号の間隔から、カップリングに
捩り応力が作用したときの前記パルス振動の伝播時間を
求める伝播時間計測手段と。
前記パルス振動の伝播距離と前記伝播時間。
カップリングの質量密度からカップリングの縦弾性係数
、したがって横弾性係数を求め、予めわかっている捩り
角と横弾性係数の関係から捩り角、したがって捩り応力
を求め、この捩り応力とカップリングの断面２成極モー
メントから捩りトルクを算出する計算処理部を有する。
、したがって横弾性係数を求め、予めわかっている捩り
角と横弾性係数の関係から捩り角、したがって捩り応力
を求め、この捩り応力とカップリングの断面２成極モー
メントから捩りトルクを算出する計算処理部を有する。
カップリングの材質は、第３図に示すように、歪（′と
応力σの関係が著しい非線形であるので、そ、の縦弾性
係数Ｅは次式（１）・で示され、歪εの大きさ、で変わ
る。
応力σの関係が著しい非線形であるので、そ、の縦弾性
係数Ｅは次式（１）・で示され、歪εの大きさ、で変わ
る。
Ｅ＝Δσ／Δ（＝ｆ（ε−） ・・・・・・（１）一
方、金属材の内１部を長手方向に伝播する超音波振動（
縦波）の伝播速度Ｃ，は（２）式で表わされ、縦弾性係
数Ｅの麦乗に比例する。
方、金属材の内１部を長手方向に伝播する超音波振動（
縦波）の伝播速度Ｃ，は（２）式で表わされ、縦弾性係
数Ｅの麦乗に比例する。
Ｃ＝４７７ ・・・・・・（２）（ρ：質量密度
） また、カップリングの長さく超音波振動の伝播［ 距離）を見とし、カップリングに捩り応力が作用
［、えよ３ｒｖ−、ヵ、５イ、〜、□。。ヶ□
１間をΔｔとすると、Δ、ｔは（３）式で表わさ
れる。 ｊΔｔ ＝ｌ／Ｃ・・・・・・
（３） （２）、 （３）式から応力作用時の縦弾性係数Ｅは（
０式で表わされる。
） また、カップリングの長さく超音波振動の伝播［ 距離）を見とし、カップリングに捩り応力が作用
［、えよ３ｒｖ−、ヵ、５イ、〜、□。。ヶ□
１間をΔｔとすると、Δ、ｔは（３）式で表わさ
れる。 ｊΔｔ ＝ｌ／Ｃ・・・・・・
（３） （２）、 （３）式から応力作用時の縦弾性係数Ｅは（
０式で表わされる。
Ｅ＝ （皇／Δｌ）２ρ ・・・・・・（０したが
って、（４）式から伝播時間Δｔを計測すると、縦弾性
係数Ｅが求まる。
って、（４）式から伝播時間Δｔを計測すると、縦弾性
係数Ｅが求まる。
また、縦弾性係数Ｅと横弾性係数Ｇの間には式（５）の
関係、捩り応力τｌと単位長さ当りの捩り角０の間には
式ＣＢ）の関係、捩りトルクＴと捩り 二応
力τｌの間には式（７）や関係がある。
関係、捩り応力τｌと単位長さ当りの捩り角０の間には
式ＣＢ）の関係、捩りトルクＴと捩り 二応
力τｌの間には式（７）や関係がある。
Ｇ＝Ｅ／２ （１＋ν） ・・・・・・（５）τ１＝
θ ・Ｇｒ２ ・・１・−（６）Ｔ＝Ｉ
ｐ・τＩ／ｒ２・・・・・・（７）。
θ ・Ｇｒ２ ・・１・−（６）Ｔ＝Ｉ
ｐ・τＩ／ｒ２・・・・・・（７）。
ただし、シ：ボアソン比（〜０．３） 。
ｌｐ：カップリングの断面２次極モー
メント
（４（Ｔ２３Ｔ’＋３）
ｒ２：カップリングの外径
ｒ、二カップリングの外径
したがって、伝播時間Δｔを計ΔＩｎ Ｌ、（４）式に
より縦弾性係数Ｅがわかれば、（５）式から横弾性係％
Ｇがわかるので、第４図に示すような捩り角θと横弾性
係数Ｇの関係を予め静的に知っておけｌｆ、（８）式か
ら捩り応力τｌが計算で５るので。
より縦弾性係数Ｅがわかれば、（５）式から横弾性係％
Ｇがわかるので、第４図に示すような捩り角θと横弾性
係数Ｇの関係を予め静的に知っておけｌｆ、（８）式か
ら捩り応力τｌが計算で５るので。
（７）式より捩りトルクＴが計算できる。つまり、伝播
時間Δｔを計測することで瞬時の捩りトルクＴが非接触
で計測でき、トルク制御にも応用できる。
時間Δｔを計測することで瞬時の捩りトルクＴが非接触
で計測でき、トルク制御にも応用できる。
以丁１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明の非接触トルク検出装置の一実施例を示
すブロック図、第２図はその外観図である。
すブロック図、第２図はその外観図である。
駆動機ｌと負荷機２のそれぞれのシャフト４３゜４４は
＋−５，、５２でキー１にめされた。内部損失および振
動減衰性の大きい材質、つまり歪εと応力σの関係が著
しい非線形となる防振合金製のカップリング３で結合さ
れている。カップリング３の駆動機側の端面には受光ダ
イオード７１、負荷機側の端面には発光ダイオード９５
が取付けられている。駆動機１および負荷機２の非回転
部分には受光ダイオード７、と発光ダイオード ９５に
対向して発光ダイオード４２と受光ダイオード１１、が
それぞれ取付けられている。カー２ブリング３にはさら
に、受光ダイオード７１からのパルス信号でパルス振動
を発生するピエゾ素子７４および、このパルス振動の弾
性波８Ｉを受信してパルス信号を発生するピエゾ素子９
．が備えられている。なお１発光ダイオード４２、受光
ダイオード７Ｉ、ピエゾ素子７４、ピエゾ素子９１、発
光ダイオード ９５、受光ダイオード１１．には増幅器
ａ、、 ７２．７３．９２．９４．１１２がそれぞれ付
属している。オア回路３３は増幅器７２から信号８２
と増幅器９２を経由したピエゾ素子９１からのパルス信
号の論理和をとる。計数回路１２は増幅器１１２を経由
した受光ダイオード１１．のパルス信号の時間開田（伝
播時間）Δｔを内部で発生させたクロックパルスの数を
カウントすることにより計測し、そのモ均値Δｔ （精
度を上げるため）を求める。計算処理部１３は、計数回
路１２で求められた伝播時間Δｔとパルス振動の伝播距
＃文、カップリング３の質量密度ρから（４）式により
カップリング３の縦り１性係数Ｅを求め、次に（５）式
により横りｉ性係数Ｇを求め１次に予め静的にわかって
いる捩り角０と横９１性係数Ｇの関係から捩り角０を求
め、次に （６）式により捩り応力で１を求め、最終的
に（７）式により捩りトルクＴを求める。この求められ
た捩りトルクＴは表示部１４に表示される。
＋−５，、５２でキー１にめされた。内部損失および振
動減衰性の大きい材質、つまり歪εと応力σの関係が著
しい非線形となる防振合金製のカップリング３で結合さ
れている。カップリング３の駆動機側の端面には受光ダ
イオード７１、負荷機側の端面には発光ダイオード９５
が取付けられている。駆動機１および負荷機２の非回転
部分には受光ダイオード７、と発光ダイオード ９５に
対向して発光ダイオード４２と受光ダイオード１１、が
それぞれ取付けられている。カー２ブリング３にはさら
に、受光ダイオード７１からのパルス信号でパルス振動
を発生するピエゾ素子７４および、このパルス振動の弾
性波８Ｉを受信してパルス信号を発生するピエゾ素子９
．が備えられている。なお１発光ダイオード４２、受光
ダイオード７Ｉ、ピエゾ素子７４、ピエゾ素子９１、発
光ダイオード ９５、受光ダイオード１１．には増幅器
ａ、、 ７２．７３．９２．９４．１１２がそれぞれ付
属している。オア回路３３は増幅器７２から信号８２
と増幅器９２を経由したピエゾ素子９１からのパルス信
号の論理和をとる。計数回路１２は増幅器１１２を経由
した受光ダイオード１１．のパルス信号の時間開田（伝
播時間）Δｔを内部で発生させたクロックパルスの数を
カウントすることにより計測し、そのモ均値Δｔ （精
度を上げるため）を求める。計算処理部１３は、計数回
路１２で求められた伝播時間Δｔとパルス振動の伝播距
＃文、カップリング３の質量密度ρから（４）式により
カップリング３の縦り１性係数Ｅを求め、次に（５）式
により横りｉ性係数Ｇを求め１次に予め静的にわかって
いる捩り角０と横９１性係数Ｇの関係から捩り角０を求
め、次に （６）式により捩り応力で１を求め、最終的
に（７）式により捩りトルクＴを求める。この求められ
た捩りトルクＴは表示部１４に表示される。
なお、受光ダイオード１１．は、受光タイオード７重が
発光ダイオード４２に対向したとき発光ダイオード９．
と対向するように取付けられ、かつその受光面も受光ダ
イオード７１に比べて広くなって１発光ダイオード９５
からのカップリング３の捩れに起因する光の受光タイミ
ングのずれをゼロに抑えている。
発光ダイオード４２に対向したとき発光ダイオード９．
と対向するように取付けられ、かつその受光面も受光ダ
イオード７１に比べて広くなって１発光ダイオード９５
からのカップリング３の捩れに起因する光の受光タイミ
ングのずれをゼロに抑えている。
次に、本実施例の動作を説明する、
駆動機ｌが負荷機２の駆動を開始し、シャフト４３、４
４が回転し始めると、その１回転毎に発光ダイオード４
２からの光が受光ダイオード７１ で検出され、増幅器
７２からパルス信号が出力される。このパルス信号はオ
ア回路９３を通って増幅器９４に入力して発光ダイオー
ド９５が発光し、受光ダイオード１１．で受光されて増
幅器１１２からパルス信号が出力される。計数回路１２
はこのパルス信号により内部のクロックパルスの計数を
開始する。一方、増幅器７２からのパルス信号は増幅器
７３にも入力されてピエゾ素子７４がらパルス振動が発
生され、このパルス振動の弾性波８１ がピエゾ素子９
Ｉ で受信されて増幅器９２からパルス信号が発生する
。このパルス信号により、前述したのと同様にして計数
回路１２にパルス信号が入力され、これによりクロック
パルスの計数が停止され、伝播時間Δｔが求められる。
４が回転し始めると、その１回転毎に発光ダイオード４
２からの光が受光ダイオード７１ で検出され、増幅器
７２からパルス信号が出力される。このパルス信号はオ
ア回路９３を通って増幅器９４に入力して発光ダイオー
ド９５が発光し、受光ダイオード１１．で受光されて増
幅器１１２からパルス信号が出力される。計数回路１２
はこのパルス信号により内部のクロックパルスの計数を
開始する。一方、増幅器７２からのパルス信号は増幅器
７３にも入力されてピエゾ素子７４がらパルス振動が発
生され、このパルス振動の弾性波８１ がピエゾ素子９
Ｉ で受信されて増幅器９２からパルス信号が発生する
。このパルス信号により、前述したのと同様にして計数
回路１２にパルス信号が入力され、これによりクロック
パルスの計数が停止され、伝播時間Δｔが求められる。
この伝播時間Δ【の計測は所定の回数、行なわれてその
平均Δｔが求められる。そして計算処理部１３で捩りト
ルクＴが演算され、表示部１４に表示される。
平均Δｔが求められる。そして計算処理部１３で捩りト
ルクＴが演算され、表示部１４に表示される。
以と説明したように本発明は１回転機系のトルクを非接
触で検出することにより、ノイズを拾う、メンテナンス
に時間がかかるといった従来の問題点が無くなる効果が
ある。
触で検出することにより、ノイズを拾う、メンテナンス
に時間がかかるといった従来の問題点が無くなる効果が
ある。
第１図は本発明の非接触トルク検出装置の一実施例を示
すブロック図、第２図はその外観図、第３図はカップリ
ングの歪（ε）と応力（σ）の関係を示すグラフ、第４
図はカップリングの捩り角θと横弾性係数Ｇの関係を示
すグラフである。 ｌ・・・駆動機、 ２・・・負荷機、３・・・カ
ップリング、、 ４３．４４・・・シャフト。 ４１＋ ７２＋ ７３．９２＋ ９４ ＋ ｔｔ２・・
・増幅器、４２、９５・・・発光ダイオード、 ？、、１１．・・・受光ダイオード、 ？、１．９．・・・ピエゾ素子、ＢＩ・・・弾性波。 ８２・・・増幅器７２の出力信号。 ９３・・・オア回路、 １２・・・計数回路。 １３・・・計算処理部、 １４・・・表示部。
すブロック図、第２図はその外観図、第３図はカップリ
ングの歪（ε）と応力（σ）の関係を示すグラフ、第４
図はカップリングの捩り角θと横弾性係数Ｇの関係を示
すグラフである。 ｌ・・・駆動機、 ２・・・負荷機、３・・・カ
ップリング、、 ４３．４４・・・シャフト。 ４１＋ ７２＋ ７３．９２＋ ９４ ＋ ｔｔ２・・
・増幅器、４２、９５・・・発光ダイオード、 ？、、１１．・・・受光ダイオード、 ？、１．９．・・・ピエゾ素子、ＢＩ・・・弾性波。 ８２・・・増幅器７２の出力信号。 ９３・・・オア回路、 １２・・・計数回路。 １３・・・計算処理部、 １４・・・表示部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 駆動機と負荷機で構成された回転機系において、 前記駆動機と前記負荷機の回転軸の両軸端をキーととも
に結合する、歪と応力の関係が著しい非線形の材質でで
きたカップリングと、 前記駆動機または前記負荷機の一方の非回転部分に取付
けられた第１の発光器と、 前記駆動機または前記負荷機の回転部分またはカップリ
ングに第１の発光器と対向して取付けられ、カップリン
グの１回転毎に第１の発光器からの光を受光してパルス
信号を発生する第１の受光器と、 第１の受光器からパルス信号が発生する毎にパルス振動
を発生するパルス振動発生手段と、パルス振動発生手段
からのパルス振動を受信してパルス信号を発生するパル
ス振動受信手段と、 前記駆動機または前記負荷機回転部分またはカップリン
グに取付けられ、第１の受光器およびパルス振動受信手
段からパルス信号が出力される毎に発光する第２の発光
器と、 前記駆動機または前記負荷機の他方の非回転部分に第２
の発光器と対向するように取付けられ、第２の発光器か
らの光を受光し、パルス信号を発生する第２の受光器と
、 第２の受光器のパルス信号の間隔から、カップリングに
捩り応力が作用したときの前記パルス振動の伝播時間を
求める伝播時間計測手段と、前記パルス振動の伝播距離
と前記伝播時間、カップリングの質量密度からカップリ
ングの縦弾性係数、したがって横弾性係数を求め、予め
わかっている捩り角と横弾性係数の関係から捩り角、し
たがって捩り応力を求め、この捩り応力とカップリング
の断面２次極モーメントから捩りトルクを算出する計算
処理部を有する非接触トルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17698385A JPS6238329A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 非接触トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17698385A JPS6238329A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 非接触トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6238329A true JPS6238329A (ja) | 1987-02-19 |
Family
ID=16023126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17698385A Pending JPS6238329A (ja) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | 非接触トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6238329A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006300715A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Ono Sokki Co Ltd | トルクセンサ |
-
1985
- 1985-08-13 JP JP17698385A patent/JPS6238329A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006300715A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Ono Sokki Co Ltd | トルクセンサ |
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