JP2004295788A - 回転体トルク測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の回転体トルク測定装置10は、駆動側フランジ部12と負荷側フランジ部14との間に中空体部13が形成された回転体11と、回転体11の外周に設けられ、中空体部13の中空部19に取付けられるトルク検出部21よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子27a〜27nと、光信号を拡散する拡散板34と、回転体11の外側に設けられた筺体17に取付けられ、拡散板34を介し光信号を受光する受光ファイバー31とを備えることとした
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体のトルクを回転部に非接触で測定するトルク測定装置に関し、特に、受光ファイバーの取付けの作業性の向上と、光信号の受光効率の向上を図る回転体トルク測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
回転体トルク測定装置は、駆動側の回転軸と負荷側の回転軸との間に取付けられ回転トルクを非接触で測定するもので、例えば、自動車の車輪により回転させられるシャーシダイナモにおいて測定ロ―ラとブレーキ装置との間の回転トルクの測定に用いられるものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図6は、従来の回転体トルク測定装置の正面図であり、図7は、従来の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【0004】
図6と図7とに示すように、従来の回転体トルク測定装置50は、駆動側の回転軸91と負荷側の回転軸93との間に取付けられる回転体51と、回転体51の外側に固定される固定体55とで構成され、駆動側の回転軸91と負荷側の回転軸93との間に取付けられる。回転体51は、駆動側の回転軸91のフランジ92に取付けられる駆動側フランジ部52と、負荷側の回転軸93のフランジ94に取付けられる負荷側フランジ部54と、駆動側フランジ部52と負荷側フランジ部54の間の中空体部53とが一体に形成されたものであり、固定体55は、負荷側フランジ部54の外側に設けられる環状部56と、取付固定部58を介し環状部56が固定される筺体57とで構成されている。
【0005】
負荷側フランジ部54の外側に設けられる環状部56には一次コイル87が設けられ、負荷側フランジ部54の外周部には二次コイル88が設けられ、一次コイル87と二次コイル88とで回転トランス89が構成されて回転体51に電力供給が行われる。
【0006】
中空体部53の中空部59には歪ゲージのトルク検出部61が設けられ、トルク検出部61よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子67a〜67nが負荷側フランジ部54の外周に沿って複数設けられ、環状部56には一次コイル82と並んで発光素子67a〜67nよりの光信号を受光する受光ファイバー71が取付けられ、受光ファイバー71の端部には電気信号に変換する光信号変換部(図示せず)が設けられている。
【0007】
従って、回転体トルク測定装置50は、駆動側の回転軸91が回転駆動するとき、トルク検出部61よりの出力が発光素子67a〜67nと受光ファイバー71とを介し光信号変換部により検出され、回転トルクの測定が行われる。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−22566号公報
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたごとく、従来の回転体トルク測定装置50は、駆動側の回転軸91と負荷側の回転軸93との間に取付けられ、回転トルクを非接触で測定することができるが、発光素子67a〜67nよりの光信号を受光する受光ファイバー71は、傷などが発生すると光信号の特性が損なわれる可能性があるため環状部56の溝に沿って慎重に取付けを行う必要があり、さらなる作業性の向上が要望されていた。
【0009】
また、受光ファイバー71は、発光素子67a〜67nよりの光信号を受光し、受光した光信号は受光ファイバー71の中を伝送される。受光ファイバー71は、光信号を環状の受光ファイバー71の中心方向から受光するため、即ち受光ファイバー71の環状方向に対し直角方向から受光するため、環状方向に伝送され難く、光信号の受光効率の向上も要望されていた。
【0010】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、回転体よりトルクの光信号を受光する受光ファイバーの取付けの作業性の向上を図るとともに、光信号の受光効率の向上も図る回転体トルク測定装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転体トルク測定装置は、駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記光信号を拡散する拡散部と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記拡散部を介し前記光信号を受光する受光ファイバーとを備えることとした。
【0012】
また、前記拡散部は、前記光信号を拡散する拡散板とし、前記拡散板を前記筺体の前記回転体側に取付けることとした。
【0013】
また、前記拡散部は、前記受光ファイバーの表面に設けた拡散層とすることとした。
【0014】
さらに、本発明の回転体トルク測定装置は、駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記光信号を平面部で受光し、前記平面部に沿って前記光信号を導光する導光板とを備えることとした。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0016】
図1は、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の正面図であり、図2は、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【0017】
図1と図2とに示すように、本発明の実施の形態の回転体トルク測定装置10は、駆動側の回転軸91と負荷側の回転軸93との間に取付けられる回転体11と、回転体11の外側に固定される固定体15とで構成され、駆動側の回転軸91と負荷側の回転軸93との間に取付けられる。回転体11は、駆動側の回転軸91のフランジ92に取付けられる駆動側フランジ部12と、負荷側の回転軸93のフランジ94に取付けられる負荷側フランジ部14と、駆動側フランジ部12と負荷側フランジ部14の間の中空体部13とが一体に形成されたものであり、固定体15は、負荷側フランジ部14の外側に設けられる半割構造の環状部16と、半割構造の環状部16が固定される筺体17とで構成されている。
【0018】
駆動側フランジ部12は、ねじ(図示せず)がフランジ92の取付穴92aを介し駆動側フランジ部12のねじ穴12aに取付けられ、フランジ92に固定される。また、負荷側フランジ部14は、ねじ(図示せず)がフランジ94の取付穴94aを介し負荷側フランジ部14のねじ穴14aに取付けられ、フランジ94に固定される。中空体部13は、駆動側フランジ部12と負荷側フランジ部14とによりねじられ、起歪体となる。
【0019】
半割構造の環状部16は、半割環状部16a、16bの上端どうしが導電性の連結部16Tにより連結されたもので、半割環状部16a、16bの下端は筺体17に取付けられた取付固定部18a、18bに絶縁状態で固定されている。即ち、半割構造の環状部16は、下端が切り欠かれた不連続の環状形状で絶縁状態にされ固定されているため、半割構造の環状部16を一次コイルとすることができ、また、取付け取外しも容易に行うことができる。この一次コイルと、負荷側フランジ部14の外周部に設けられた二次コイル38とにより回転トランス39を構成し、回転体11に電力供給を行うことができる。
【0020】
中空体部13の中空部19には歪ゲージのトルク検出部21が設けられ、負荷側フランジ部14には外周に沿ってトルク検出部21よりの出力により発光し、光信号Lを送信する発光素子27a〜27nが複数設けられている。筺体17には、コンパクトに筺体17に収納するために両端部をそれぞれL字形に折り曲げられた直線形状で発光素子27a〜27nよりの光信号Lを受光する受光ファイバー31が取付けられている。また、筺体17には、オイルミストや塵などの内部への侵入を防止するとともに受光ファイバー31の保護も行い、光信号を拡散して通過させる拡散板34が取付けられている。
【0021】
受光ファイバー31の端部面側には、光ハイパスフィルタ32a、32bを介し光信号を受光し電気信号に変換する光信号変換部33a、33bが設けられている。実装基板28には、回転体11の電子部品が実装されている。
【0022】
図3は、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置に用いられる受光ファイバーが光信号を受光するときの状況図を示し、図3(a)は、受光ファイバーの端部側で光信号を受光するときの状況図であり、図3(b)は、受光ファイバーの中央部で光信号を受光するときの状況図であり、図3(c)は、光信号を拡散する拡散板の拡大断面図である。
【0023】
図3(a)に示すように、受光ファイバー31の右端部方向への発光素子27aよりの傾斜した光信号Lrは拡散板34で拡散されるため、受光ファイバー31で受光した光信号Lrは、受光ファイバー31の中を左右方向に向い伝送され、効率的に受光が行われる。受光ファイバー31の中を左方向に伝送された光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32aを介し光信号変換部33aで受光することができ、右方向に伝送された光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32bを介し光信号変換部33bで受光することができる。
【0024】
矢印Rで示すように負荷側フランジ部14が回転し発光素子27aが回転移動すると、図3(b)に示すように、受光ファイバー31の中央部への発光素子27aよりの垂直の光信号Lcは拡散板34で拡散されるため、受光ファイバー31で受光した光信号Lcは受光ファイバー31の中を左右方向に向い伝送され、効率的に受光が行われる。受光ファイバー31の中を左方向に伝送された光信号Lcは、光ハイパスフィルタ32aを介し光信号変換部33aで受光することができ、右方向に伝送された光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32bを介し光信号変換部33bで受光することができる。矢印Rで示すように負荷側フランジ部14がさらに回転し、受光ファイバー31の左端部方向への発光素子27aよりの傾斜した光信号も同様に受光ファイバー31で受光することができる。このように受光ファイバー31では、発光素子27aよりの受光動作が連続的に行われ、引き続き発光素子27b〜27nよりの受光動作も連続的に行われる。
【0025】
図3(c)に示すように、拡散板34は、拡散層34aが形成されており、受光した光信号Lは拡散層34aのビーズ部34bにより拡散される。
【0026】
なお、受光ファイバー31は、両端でL字形状に曲げられた部分で光信号を受光した場合には、光ファイバーの屈折により受光量が受光ファイバー31の中心にあるときに比較して大きくなる。受光ファイバー31で受光した光量を極力均一にするために受光ファイバー31の両端でL字形状に曲げられた部分の上部には遮光板36が設けられている。
【0027】
また、本発明の実施の形態の回転体トルク測定装置は、複数の発光素子27a〜27nよりのいずれかの光信号を受光ファイバー31で常に受光できるように発光素子27a〜27nの設置数の設定を行っているため、回転軸が停止しているときでも低速回転しているときでも回転トルクの測定を行うことができる。
【0028】
次に、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の動作につき説明する。
【0029】
図1に示す起歪体の中空体部13の中空部19には円周方向に沿って歪ゲージが貼付され、貼付された歪ゲージがホイートストーンブリッジに組まれてトルク検出部21が形成されている。トルク検出部21よりのアナログ出力は、発光素子27a〜27nにより光信号Lに変換され送出される。
【0030】
固定体15では、発光素子27a〜27nよりの光信号Lを拡散板34で拡散した後に受光ファイバー31により受光し、受光した光信号Lは、受光ファイバー31の中を左右方向に伝送され、光ハイパスフィルタ32a、32bで蛍光灯などによる外光が除去され、光信号変換部33a、33bにより電気信号のトルク信号に変換され、トルクの検出が行われる。
【0031】
固定体15では、所定の周波数信号が発信され、その周波数信号は、回転トランス部39を介し回転体側に送られ直流にされて、回転体11の電力として供給される。
【0032】
以上に述べたように、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置10は、駆動側の回転軸91が作動するとき、トルク検出部21よりの出力が発光素子27a〜27nにより光信号Lに変換されて送出され、光信号Lを受光する受光ファイバー31は筺体17に取付けられているため、受光ファイバーの取付け取外しを容易にでき、受光ファイバーの取付けの作業性とメンテナンスの作業性を向上することができる。また、発光素子27a〜27nよりの光信号Lは、拡散板34で拡散されるため、受光ファイバー31で効率的に受信することができる。
【0033】
なお、受光ファイバー31を複数本とし、両端でそれぞれ一個または複数個の光信号変換部で受光することもできる。
【0034】
図4(a)は、本発明の第2の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部正面図であり、図4(b)は、使用する拡散層付受光ファイバーの一部拡大図である。
【0035】
図4(a)は、筺体17に取付けられた拡散層付受光ファイバーが光信号を受信するときの状況を示し、断面図で示す拡散層付受光ファイバー35は、図1に示す拡散板34の代わりに表面に光拡散層35aが設けられたものである。この拡散層付受光ファイバー35と、筺体17に設けられる透明板37以外の構成は本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置と同じのためその説明は省略する。
【0036】
拡散層付受光ファイバー35の右端部方向へ向う発光素子27aより発信する傾斜した光信号Lrは、光拡散層35aで拡散される。拡散された光信号Lrは、拡散層付受光ファイバー35の中を左右方向に向い伝送され、左方向に伝送された光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32aを介し光信号変換部33aで受光することができ、右方向に伝送された光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32bを介し光信号変換部33bで受光することができる。
【0037】
矢印Rで示すように負荷側フランジ部14がさらに回転したとき、発光素子27aより発信する垂直の光信号Lcは、光拡散層35aで拡散される。拡散された光信号Lcは、拡散層付受光ファイバー35の中を左右方向に向い伝送され、光信号Lrと同様に光ハイパスフィルタ32a、32bを介し光信号変換部33a、33bで受光することができる。矢印Rで示すように負荷側フランジ部14がさらに回転し、受光ファイバー31の左端部方向へ向う発光素子27aよりの傾斜した光信号Llも同様に光拡散層35aで拡散され、光信号Lrと同様に光ハイパスフィルタ32a、32bを介し光信号変換部33a、33bで受光することができる。このように拡散層付受光ファイバー35では、発光素子27aよりの受光動作が連続的に行われ、引き続き順次図1に示す発光素子27b〜27nよりの受光動作も連続的に行われる。光信号変換部33a、33bにより受光した光信号は電気信号のトルク信号に変換され、トルクの検出が行われる。
【0038】
以上に述べたように、本発明の第2の実施の形態の回転体トルク測定装置は、発光素子よりの光信号を受光する受光ファイバーを拡散層付として筺体17に取付けたため、受光ファイバーの取付け取外しを容易にでき、受光ファイバーの取付けの作業性とメンテナンスの作業性を向上することができるとともに、発光素子よりの光信号を効率的に受信することができる。
【0039】
なお、拡散層付受光ファイバー35は、側面を除き外周を拡散層で覆うこととしたが、外周の直線部分を覆うようにすることも、外周の直線部分の上面側を覆うようにすることもできる。
【0040】
さらに、拡散層付受光ファイバー35を複数本とし、両端でそれぞれ一個または複数個の光信号変換部で受光することもできる。
【0041】
図5(a)は、本発明の第3の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部側面図であり、図5(b)は、使用する導光板の斜視図である。
【0042】
図5(a)に示すように、本発明の第3の実施の形態の回転体トルク測定装置は、本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の受光ファイバー31と拡散板34とを使用せず、導光板41a、41bと、筺体17に設けられる透明板37とを使用する。導光板41a、41bと透明板37以外の構成は本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置と同じのためその説明は省略する。
【0043】
図5(b)に示すように、導光板41a、41bは、それぞれ水平に設置される上面aU、bUに対し下面ad、bdが傾斜しているものであり、上面aU、bUに入射した光信号を傾斜した下面ad、bdで反射させて水平方向に伝送し、側面から送出するものである。導光板41a、41bは、互いに逆方向に配置され、側面同士が近接または接合して筺体17に取付けられている。
【0044】
導光板41bの右端部方向へ向う発光素子27aより発信する傾斜した光信号Lrは、導光板41bには上面bUから入射して下面bdで反射し、導光板41bの中を右方向に向って伝送され、右側面から出力する。導光板41bから出力した光信号Lrは、光ハイパスフィルタ32bを介し光信号変換部33bで受光することができる。
【0045】
負荷側フランジ部14が矢印Rで示すようにさらに回転したとき、発光素子27aから発信する垂直の光信号Lcは、導光板41aには上面aUから入射して下面adで反射し、導光板41aの中を左方向に向って伝送され、左側面から出力し、導光板41bには上面bUから入射して下面bdで反射し、導光板41bの中を右方向に向って伝送され、右側面から出力する。導光板41a、41bから出力した光信号Lcはそれぞれ光ハイパスフィルタ32a、32bを介して光信号変換部33a、33bでそれぞれ受光することができる。
【0046】
矢印Rで示すように負荷側フランジ部14がさらに回転し、導光板41aの左端部方向へ向う発光素子27aよりの傾斜した光信号Llは、導光板41aに上面aUより入射して下面adで反射し、導光板41aの中を左方向に向って伝送され、左側面より出力する。導光板41aより出力した光信号Llは、光ハイパスフィルタ32aを介して光信号変換部33aで受光することができる。このように導光板41a、41bでは、発光素子27aよりの受光動作が連続的に行われ、引き続き順次図1に示す発光素子27b〜27nよりの受光動作も連続的に行われる。光信号変換部33a、33bにより受光した光信号は電気信号のトルク信号に変換され、トルクの検出が行われる。
【0047】
なお、光信号Lrは導光板41aにも入射するが、右水平方向への反射は少ないため導光板41aの右側での受光は行わず、また、光信号Llは導光板41bにも入射するが、左水平方向への反射は少ないため導光板41bの左側での受光は行わない。
【0048】
以上に述べたように、本発明の第3の実施の形態の回転体トルク測定装置は、発光素子よりの光信号を導光板41a、41bで受光し、導光板41a、41bは筺体17に取付けられるため、取付け取外しの作業性とメンテナンスの作業性を向上することができるとともに、発光素子よりの光信号を効率的に受信することができる。
【0049】
【発明の効果】
本発明の回転体トルク測定装置は、駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記光信号を拡散する拡散部と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記拡散部を介し前記光信号を受光する受光ファイバーとを備えることとしたため、回転体よりトルクの光信号を受光する受光ファイバーの取付けの作業性の向上を図るとともに、拡散部により光信号の受光効率を向上することもできる。
【0050】
また、前記拡散部は、前記光信号を拡散する拡散板とし、前記拡散板を前記筺体の前記回転体側に取付けることとしたため、拡散板により受光ファイバーの保護を行うとともに光信号の受光効率を向上することもできる。
【0051】
また、前記拡散部は、前記受光ファイバーの表面に設けた拡散層とすることとしたため、簡潔構造で光信号の受光効率を向上することもできる。
【0052】
さらに、本発明の回転体トルク測定装置は、駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記光信号を平面部で受光し、前記平面部に沿って前記光信号を導光する導光板とを備えることとしたため、回転体よりトルクの光信号を受光する受光ファイバーの取付けの作業性の向上を図るとともに、導光板により光信号の受光効率を向上することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の正面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【図3】受光ファイバーが光信号を受光するときの状況図を示し、図3(a)は、受光ファイバーの端部側で光信号を受光するときの状況図であり、図3(b)は、受光ファイバーの中央部で光信号を受光するときの状況図であり、図3(c)は、光信号を拡散する拡散板の拡大断面図である。
【図4】(a)は本発明の第2の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部正面図であり、(b)は、使用する拡散層付受光ファイバーの一部拡大図である。
【図5】(a)は本発明の第3の実施の形態の回転体トルク測定装置の一部正面図であり、(b)は、使用する導光板の斜視図である。
【図6】従来の回転体トルク測定装置の正面図である。
【図7】従来の回転体トルク測定装置の一部を切欠いた側面図である。
【符号の説明】
10 回転体トルク測定装置
11 回転体
12 駆動側フランジ部
13 中空体部
14 負荷側フランジ部
15 固定体
16 半割構造の環状部
16a、16b 半割環状部
17 筺体
27a〜27n 発光素子
31 受光ファイバー
32a、32b 光ハイパスフィルタ
33a、33b 光信号変換部
34 拡散板
34a、35a 拡散層
35 拡散層付受光ファイバー
36 遮光板
37 透明板
38 二次コイル
39 回転トランス
41a、41b 導光板
Claims (4)
- 駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記光信号を拡散する拡散部と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記拡散部を介し前記光信号を受光する受光ファイバーとを備えたことを特徴とする回転体トルク測定装置。
- 前記拡散部は、前記光信号を拡散する拡散板とし、前記拡散板を前記筺体の前記回転体側に取付けることを特徴とする請求項1に記載の回転体トルク測定装置。
- 前記拡散部は、前記受光ファイバーの表面に設けた拡散層とすることを特徴とする請求項1に記載の回転体トルク測定装置。
- 駆動側フランジ部と負荷側フランジ部との間に中空体部が形成された回転体と、前記回転体の外周に設けられ、前記中空体部の中空部に取付けられるトルク検出部よりの出力により発光し光信号を出力する発光素子と、前記回転体の外側に設けられた筺体に取付けられ、前記光信号を平面部で受光し、前記平面部に沿って前記光信号を導光する導光板とを備えたことを特徴とする回転体トルク測定装置。
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