JPS624651B2 - - Google Patents
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- JPS624651B2 JPS624651B2 JP6537281A JP6537281A JPS624651B2 JP S624651 B2 JPS624651 B2 JP S624651B2 JP 6537281 A JP6537281 A JP 6537281A JP 6537281 A JP6537281 A JP 6537281A JP S624651 B2 JPS624651 B2 JP S624651B2
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- Japan
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- coil spring
- rotational speed
- measuring device
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 25
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/16—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type
- G01L3/22—Rotary-absorption dynamometers, e.g. of brake type electrically or magnetically actuated
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、コイルバネ式の回転体トルク測定装
置において、回転速度によつて検出トルク値に誤
差が生じるのを補正して回転速度全体にわたつて
正確なトルクを測定することのできるトルク測定
装置に関するものである。
置において、回転速度によつて検出トルク値に誤
差が生じるのを補正して回転速度全体にわたつて
正確なトルクを測定することのできるトルク測定
装置に関するものである。
工作機等の加工監視を行う駆動機としてトルク
計内蔵のインダクシヨンモータが開発されている
が、その方式としては、当初は特願昭53―65223
号において開示したようなトーシヨンバーを用い
る方式から、外形上有利なコイルバネ方式（特願
昭55―145364号において開示）に移行して来てい
る。後者のコイルバネ方式では、回転数によりコ
イルバネの受ける遠心力が変り、それによつてコ
イルバネに捩り変位が生じ、トルク出力の零点に
変化が生じる現象があるため、可変速で高精度の
トルク検出を行うためには何らかの対策が必要と
なる。
計内蔵のインダクシヨンモータが開発されている
が、その方式としては、当初は特願昭53―65223
号において開示したようなトーシヨンバーを用い
る方式から、外形上有利なコイルバネ方式（特願
昭55―145364号において開示）に移行して来てい
る。後者のコイルバネ方式では、回転数によりコ
イルバネの受ける遠心力が変り、それによつてコ
イルバネに捩り変位が生じ、トルク出力の零点に
変化が生じる現象があるため、可変速で高精度の
トルク検出を行うためには何らかの対策が必要と
なる。
本発明は、このようなコイルバネ式のトルク測
定装置における従来の問題点を解消し、回転速度
に応じて検出トルクの値を補正し、高精度なトル
ク測定を行うことを目的とするものである。
定装置における従来の問題点を解消し、回転速度
に応じて検出トルクの値を補正し、高精度なトル
ク測定を行うことを目的とするものである。
第１図と第２図及び第３図と第４図は、それぞ
れコイルバネ式のトルク測定装置をもつプーリ装
置及びインダクシヨンモータの各断面図と各コイ
ルバネを示すものである。
れコイルバネ式のトルク測定装置をもつプーリ装
置及びインダクシヨンモータの各断面図と各コイ
ルバネを示すものである。
まず、第１図及び第２図に示すプーリ装置につ
いて説明すれば、駆動側又は負荷側のシヤフト１
にはキー及びキー溝によりボス２が固定されてお
り、このボス２には第２図に示すようなコイルバ
ネ３の固定環３ａが締り嵌めされ、可動環３ｂは
ボス２にニードルベアリング４により回転可能に
取り付けられている。この可動環３ｂにはプーリ
ベルト溝を形成したベルト装着リング５が固定さ
れ、同リング５の他端はコイルバネ３の固定環３
ａの外周にニードルベアリング６にて回転可能に
支持されている。固定環３ａには周部に円周を等
分した割出角で突極１１ａが形成されている第１
の検出板１１が固定され、またベルト装着リング
５には同じく円周を等分した割出角で突極１２ａ
が周部に形成された第２の検出板１２が固定され
ている。これら両検出板の突極の数は等しく設定
されている。検出素子取付枠１３には前記第１及
び第２の検出板１１及び１２のそれぞれの突極に
近接して第１及び第２の検出素子１４及び１５が
取り付けられ、前記取付枠１３は両検出板１１，
１２の突極と両検出素子１４，１５間のギヤツプ
を一定に保つため、ベルト装置リング５の端部外
周にボールベアリング１６にて支持されている。
いて説明すれば、駆動側又は負荷側のシヤフト１
にはキー及びキー溝によりボス２が固定されてお
り、このボス２には第２図に示すようなコイルバ
ネ３の固定環３ａが締り嵌めされ、可動環３ｂは
ボス２にニードルベアリング４により回転可能に
取り付けられている。この可動環３ｂにはプーリ
ベルト溝を形成したベルト装着リング５が固定さ
れ、同リング５の他端はコイルバネ３の固定環３
ａの外周にニードルベアリング６にて回転可能に
支持されている。固定環３ａには周部に円周を等
分した割出角で突極１１ａが形成されている第１
の検出板１１が固定され、またベルト装着リング
５には同じく円周を等分した割出角で突極１２ａ
が周部に形成された第２の検出板１２が固定され
ている。これら両検出板の突極の数は等しく設定
されている。検出素子取付枠１３には前記第１及
び第２の検出板１１及び１２のそれぞれの突極に
近接して第１及び第２の検出素子１４及び１５が
取り付けられ、前記取付枠１３は両検出板１１，
１２の突極と両検出素子１４，１５間のギヤツプ
を一定に保つため、ベルト装置リング５の端部外
周にボールベアリング１６にて支持されている。
図中７はオーバートルクでコイルスプリング３
が永久変形しないようにボス２に設けた保護スト
ツパである。
が永久変形しないようにボス２に設けた保護スト
ツパである。
検出素子１４，１５は突極１１ａ，１２ａが通
過する毎に１個のパルスを発生するように構成さ
れ、既に知られているように、磁束変化を検出す
る方式のもの、電磁誘導型のもの、静電誘導型の
もの、あるいは光電型のものなどを用いることが
できる。
過する毎に１個のパルスを発生するように構成さ
れ、既に知られているように、磁束変化を検出す
る方式のもの、電磁誘導型のもの、静電誘導型の
もの、あるいは光電型のものなどを用いることが
できる。
第３図及び第４図はコイルバネ式トルク検出装
置をインダクシヨンモータに内蔵したものの例を
示すもので、主軸２１はモータケーシング２２に
軸受２３，２３で支承され、また第４図に示すよ
うなコイルバネ３′の固定環３a′が主軸２１に嵌
着されている。また、主軸２１には、回転子軸２
４がニードルベアリング２５，２５により回動可
能に支承されており、該回転子軸２４の一端部に
は前記コイルバネ３′の可動環３b′が取り付けら
れている。そして前記固定環３a′には上述した実
施例と同様の第１の検出板１１が、また可動環３
b′には第２の検出板１２がそれぞれ取り付けら
れ、モータケーシング２２に固定された検出素子
取付枠１３には、各検出板１１，１２の突極１１
ａ，１２ａに近接して検出素子１４，１５が設け
られている。図中２６は回転子軸２４に取り付け
られた回転子、２７はモータケーシングに固定さ
れた固定子である。
置をインダクシヨンモータに内蔵したものの例を
示すもので、主軸２１はモータケーシング２２に
軸受２３，２３で支承され、また第４図に示すよ
うなコイルバネ３′の固定環３a′が主軸２１に嵌
着されている。また、主軸２１には、回転子軸２
４がニードルベアリング２５，２５により回動可
能に支承されており、該回転子軸２４の一端部に
は前記コイルバネ３′の可動環３b′が取り付けら
れている。そして前記固定環３a′には上述した実
施例と同様の第１の検出板１１が、また可動環３
b′には第２の検出板１２がそれぞれ取り付けら
れ、モータケーシング２２に固定された検出素子
取付枠１３には、各検出板１１，１２の突極１１
ａ，１２ａに近接して検出素子１４，１５が設け
られている。図中２６は回転子軸２４に取り付け
られた回転子、２７はモータケーシングに固定さ
れた固定子である。
このような構成におけるコイルバネ３又は３′
の、回転速度による誤差について以下説明する。
の、回転速度による誤差について以下説明する。
コイルバネの中心軸線を中心にして回転したと
き、コイルバネの素線の単位長に働く遠心力Ｆ
は、 Ｆ＝ρＳγω２ …… （但し、；コイル素線の密度〔Kg／m3〕、Ｓ；
コイル素線の断面積〔m2〕、γ；コイルの半径
〔ｍ〕、ω；回転速度〔γad／sec〕） で表される。この遠心力によりコイルの半径が△
γだけ大きくなつたき、コイルバネが受けた素線
単位長当りのエネルギーは、 Ｕ＝１／２Ｓγω２△γ …… となる。今、第６図に示すように２πγの長さの
バネ素線が半径γから半径（γ＋△γ）に大きく
なり、このため中心軸線より見たバネ素線の角度
が２πから（２π―△θ）に変つたとすると、バ
ネ素線の長さは一定であるから、２πγ＝（２π
―△θ）（γ＋△γ）なる関係が成り立つ。これ
より △γ≒γ△θ／２πまた、素線の単位長当りの捩
り角度を△φとすると、△φ＝△θ／２πγであ
るから、これら２つの関係式より、 △γ＝γ２△φ …… が成り立ち、この式と前記式により下式が導
かれる。
き、コイルバネの素線の単位長に働く遠心力Ｆ
は、 Ｆ＝ρＳγω２ …… （但し、；コイル素線の密度〔Kg／m3〕、Ｓ；
コイル素線の断面積〔m2〕、γ；コイルの半径
〔ｍ〕、ω；回転速度〔γad／sec〕） で表される。この遠心力によりコイルの半径が△
γだけ大きくなつたき、コイルバネが受けた素線
単位長当りのエネルギーは、 Ｕ＝１／２Ｓγω２△γ …… となる。今、第６図に示すように２πγの長さの
バネ素線が半径γから半径（γ＋△γ）に大きく
なり、このため中心軸線より見たバネ素線の角度
が２πから（２π―△θ）に変つたとすると、バ
ネ素線の長さは一定であるから、２πγ＝（２π
―△θ）（γ＋△γ）なる関係が成り立つ。これ
より △γ≒γ△θ／２πまた、素線の単位長当りの捩
り角度を△φとすると、△φ＝△θ／２πγであ
るから、これら２つの関係式より、 △γ＝γ２△φ …… が成り立ち、この式と前記式により下式が導
かれる。
Ｕ＝１／２ρＳγ３ω２△φ ……
一方、素線が△φの曲げを受けたとき、素線に
貯えられるエネルギーU′は、下式で表される。
貯えられるエネルギーU′は、下式で表される。
U′＝１／２EI△φ２ ……
但し、Ｅはコイル素線の縦弾性係数、Ｉはコイ
ル素線の断面２次モーメントである。
ル素線の断面２次モーメントである。
上記２つのエネルギーＵ，U′は等しいので
△φ＝ρＳγ３ω２／EI ……
が成立する。これよりコイルバネ１周当りの捩れ
角△θは、 △θ＝２πγ４ρＳ／ＥＩω２ …… となる。この△θが補正トルク△Ｔに比例するこ
とになる。例えば、コイルバネ素線の断面が長方
形で、半径方向の辺をｈ、軸方向の辺をｂとする
と △θ＝24πγ４ρ／Ｅｈ２ω２ …… となる。
角△θは、 △θ＝２πγ４ρＳ／ＥＩω２ …… となる。この△θが補正トルク△Ｔに比例するこ
とになる。例えば、コイルバネ素線の断面が長方
形で、半径方向の辺をｈ、軸方向の辺をｂとする
と △θ＝24πγ４ρ／Ｅｈ２ω２ …… となる。
このようにコイルバネを用いて回転速度が変化
するときのトルクを測定しようとすると、遠心力
によつてコイル自体が捩れ、トルク計の零点変動
誤差を生じる。
するときのトルクを測定しようとすると、遠心力
によつてコイル自体が捩れ、トルク計の零点変動
誤差を生じる。
１つの実施例について△θの大きさを見積ると
γ＝35×10-3m、ｈ＝11×10-3m、ρ＝7.8×103
Kg／m3、Ｅ＝200×109N／m2、ω＝２π×30γ
ad／sec（＝1800rpm）とした場合、△θ＝1.3×
10-3γad（＝0.074度）となる。
γ＝35×10-3m、ｈ＝11×10-3m、ρ＝7.8×103
Kg／m3、Ｅ＝200×109N／m2、ω＝２π×30γ
ad／sec（＝1800rpm）とした場合、△θ＝1.3×
10-3γad（＝0.074度）となる。
コイルバネの両端部は半径方向の変化が固定環
及び可動環により拘束されているので、この角度
変化は小さくなるが、被測定トルクによるバネの
捩りが１周当り１度程度とすると、上記の例で数
％の速度誤差が生じることになる。本発明では、
この速度誤差を補正することによつてコイルバネ
方式で高精度のトルク測定を行うものである。
及び可動環により拘束されているので、この角度
変化は小さくなるが、被測定トルクによるバネの
捩りが１周当り１度程度とすると、上記の例で数
％の速度誤差が生じることになる。本発明では、
この速度誤差を補正することによつてコイルバネ
方式で高精度のトルク測定を行うものである。
第５図は、本発明による速度補正を行つたトル
ク測定装置の構成を示すブロツク図である。この
図において、第１の検出板１１及び第２の検出板
１２の回転数に応じた周波数のパルス又は正弦波
が第１の検出素子１４及び第２の検出素子１５か
ら出力され、それぞれ波形整形回路３１，３２に
より矩形波に整形された後、時間差検出回路３３
に入力され、２つの検出波形の位相差に応じた出
力を出すように構成される。即ち、負荷トルクが
大きくなると、コイルバネの捩れにより駆動側の
第１の検出板１１よりも負荷側の第２の検出板１
２の回転位相が遅れ、逆に減速時などは負荷側の
慣性モーメントにより第２の検出板１２の回転位
相の方が進み、その位相時間差に応じた電気信号
がこの時間差検出回路３３より、その進み遅れの
符号と共に出力される。そして次の増幅器３４に
よつてその出力を増幅し、その増幅度を所要の値
に選ぶことにより補正前のトルク出力を得る。こ
のトルク出力は下記の構成で補正される。即ち、
波形整形回路３２（又は３１の方でもよい）によ
り得られる回転数に比例した周波数の矩形波を、
単安定マルチバイブレータ３５に与え、その出力
パルスを平滑回路３６に入力して回転速度に比例
した直流電圧を得る。この出力を次の補正値設定
回路３７に入力し、前掲式の補正値を作る。補
正量は速度の２乗に比例した量となるが、速度変
化幅によつては速度の１次近似値でも良い。この
補正値は、増幅器３４の出力と共に減算回路３８
に入力され、トルクの真値がこれより出力され
る。図の３９は正逆転切換スイツチであり、駆動
側より見てコイルバネの巻方向と回転方向が一致
するときは減算して補正するように、逆方向に回
転するときは加算して補正するように切換えるも
のである。この切換スイツチ３９は、回転体の回
転方向を検出することにより自動的に行うことも
できる。
ク測定装置の構成を示すブロツク図である。この
図において、第１の検出板１１及び第２の検出板
１２の回転数に応じた周波数のパルス又は正弦波
が第１の検出素子１４及び第２の検出素子１５か
ら出力され、それぞれ波形整形回路３１，３２に
より矩形波に整形された後、時間差検出回路３３
に入力され、２つの検出波形の位相差に応じた出
力を出すように構成される。即ち、負荷トルクが
大きくなると、コイルバネの捩れにより駆動側の
第１の検出板１１よりも負荷側の第２の検出板１
２の回転位相が遅れ、逆に減速時などは負荷側の
慣性モーメントにより第２の検出板１２の回転位
相の方が進み、その位相時間差に応じた電気信号
がこの時間差検出回路３３より、その進み遅れの
符号と共に出力される。そして次の増幅器３４に
よつてその出力を増幅し、その増幅度を所要の値
に選ぶことにより補正前のトルク出力を得る。こ
のトルク出力は下記の構成で補正される。即ち、
波形整形回路３２（又は３１の方でもよい）によ
り得られる回転数に比例した周波数の矩形波を、
単安定マルチバイブレータ３５に与え、その出力
パルスを平滑回路３６に入力して回転速度に比例
した直流電圧を得る。この出力を次の補正値設定
回路３７に入力し、前掲式の補正値を作る。補
正量は速度の２乗に比例した量となるが、速度変
化幅によつては速度の１次近似値でも良い。この
補正値は、増幅器３４の出力と共に減算回路３８
に入力され、トルクの真値がこれより出力され
る。図の３９は正逆転切換スイツチであり、駆動
側より見てコイルバネの巻方向と回転方向が一致
するときは減算して補正するように、逆方向に回
転するときは加算して補正するように切換えるも
のである。この切換スイツチ３９は、回転体の回
転方向を検出することにより自動的に行うことも
できる。
上述したように本発明では、回転体の駆動側と
被駆動側とをコイルバネを介して連結し、駆動側
と被駆動側間の回転位相差及び前記コイルバネの
定数により伝達トルクを検出する装置において、
前記回転体の回転速度を検出する手段と、前記コ
イルバネの機械的定数と回転速度とより決定され
る補正トルクを前記検出された回転速度に基づい
て算出する手段と、算出された補正トルク値に基
づいて前記検出した伝達トルク値を補正する手段
とを具備した構成としたので、コイルバネの零点
が回転速度により変化しそのために生じていた検
出トルクの誤差を解消して正確なトルクの測定を
行うことができ、トーシヨンバー方式と同様の精
度を得ることができると共にコイルバネ方式の利
点である外形上の有利さを生かすことができると
いう効果を奏するものである。
被駆動側とをコイルバネを介して連結し、駆動側
と被駆動側間の回転位相差及び前記コイルバネの
定数により伝達トルクを検出する装置において、
前記回転体の回転速度を検出する手段と、前記コ
イルバネの機械的定数と回転速度とより決定され
る補正トルクを前記検出された回転速度に基づい
て算出する手段と、算出された補正トルク値に基
づいて前記検出した伝達トルク値を補正する手段
とを具備した構成としたので、コイルバネの零点
が回転速度により変化しそのために生じていた検
出トルクの誤差を解消して正確なトルクの測定を
行うことができ、トーシヨンバー方式と同様の精
度を得ることができると共にコイルバネ方式の利
点である外形上の有利さを生かすことができると
いう効果を奏するものである。
第１図はコイルバネ式のトルク測定装置を備え
たプーリ装置を示す要部断面図、第２図はそれに
用いるコイルバネの実施例を示す側面図、第３図
はコイルバネ式のトルク測定装置を備えたインダ
クシヨンモータを示す半断面側面図、第４図はそ
れに用いるコイルバネの実施例を示す一部切欠側
面図、第５図は本発明に係るトルク測定装置の構
成を示すブロツク図、第６図はコイルバネの捩れ
と径の変化を説明する説明図である。
たプーリ装置を示す要部断面図、第２図はそれに
用いるコイルバネの実施例を示す側面図、第３図
はコイルバネ式のトルク測定装置を備えたインダ
クシヨンモータを示す半断面側面図、第４図はそ
れに用いるコイルバネの実施例を示す一部切欠側
面図、第５図は本発明に係るトルク測定装置の構
成を示すブロツク図、第６図はコイルバネの捩れ
と径の変化を説明する説明図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回転体の駆動側と被駆動側とをコイルバネを
介して連結し、駆動側と被駆動側間の回転位相差
及び前記コイルバネの定数により伝達トルクを検
出する装置において、前記回転体の回転速度を検
出する手段と、前記コイルバネの機械的定数と回
転速度とより決定される補正トルクを前記検出さ
れた回転速度に基づいて算出する手段と、算出さ
れた補正トルク値に基づいて前記検出した伝達ト
ルク値を補正する手段とを具備したことを特徴と
するトルク測定装置。 ２ 伝達トルクの補正量は、回転速度の２乗に比
例する量である特許請求の範囲第１項記載のトル
ク測定装置。 ３ 伝達トルクの補正量は、ある回転速度幅にお
ける回転速度の１次近似値である特許請求の範囲
第１項記載のトルク測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6537281A JPS57179633A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Torque measuring apparatus |
| US06/309,734 US4492906A (en) | 1980-10-15 | 1981-10-08 | Electric motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6537281A JPS57179633A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Torque measuring apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57179633A JPS57179633A (en) | 1982-11-05 |
| JPS624651B2 true JPS624651B2 (ja) | 1987-01-31 |
Family
ID=13285062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6537281A Granted JPS57179633A (en) | 1980-10-15 | 1981-04-30 | Torque measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57179633A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016205932A (ja) * | 2015-04-20 | 2016-12-08 | 三ツ星ベルト株式会社 | 補機トルクの測定方法 |
-
1981
- 1981-04-30 JP JP6537281A patent/JPS57179633A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016205932A (ja) * | 2015-04-20 | 2016-12-08 | 三ツ星ベルト株式会社 | 補機トルクの測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57179633A (en) | 1982-11-05 |
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