JP2005069716A - トルク検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達される回転軸の回転トルクを精度良く適切に管理できると共に、回転軸を備える既存の装置に対しても安価かつコンパクトに取り付けることのできるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより混合ミキサー11に設けられた回転軸13bを回転駆動させる混合攪拌装置10において、回転軸13bの回転トルクを検出するためのトルク検出装置であって、トルク演算検出器23と、変速機19を挟んだ回転モータ20側に設けられ、駆動時における回転モータ20への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る電圧・電流検出手段24と、変速機19を挟んだ混合ミキサー11側に設けられ、変速機19の出力軸の回転数を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る回転数検出手段25とを備えている。
【選択図】 図2
【解決手段】変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより混合ミキサー11に設けられた回転軸13bを回転駆動させる混合攪拌装置10において、回転軸13bの回転トルクを検出するためのトルク検出装置であって、トルク演算検出器23と、変速機19を挟んだ回転モータ20側に設けられ、駆動時における回転モータ20への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る電圧・電流検出手段24と、変速機19を挟んだ混合ミキサー11側に設けられ、変速機19の出力軸の回転数を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る回転数検出手段25とを備えている。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク検出装置に関し、特に変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達されることにより装置本体に設けられた回転軸を回転駆動させる回転駆動装置において、回転軸の回転トルクを検出するためのトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば流動性を有する洗剤、シャンプー、練り歯磨き、化粧料、食品等の液体製品やゲル状製品を、複数の材料を混合して形成する場合、攪拌羽根を取り付けた回転軸を備える混合攪拌装置が一般的に用いられる。このような混合攪拌装置によれば、材料の種類や濃度によって、攪拌中の混合材料の粘度が相違することになるため、混合材料の粘度や攪拌速度等から予想される回転トルクに充分に耐え得る強度の攪拌羽根や回転軸を使用する必要がある。また、混合材料によって過大な回転トルクが負荷されて、攪拌羽根や回転軸に破損を生じるおそれがある場合には、これをいち早く検知して、攪拌作業を中断する必要がある。特に、攪拌中の混合材料に、例えば乳化剤等が添加されて粘度が著しく増加する場合には、攪拌用の攪拌羽根や回転軸に過度の負荷がかからないようにその回転トルクを適切に管理して、これらの破損を確実に防止できるようにする必要がある。
【0003】
このような回転軸の回転トルクを管理する方法としては、回転軸に直接、あるいは歯車機構等を介して回転軸と連結する駆動軸に、トルク検出器やトルクリミッター等を取り付け、回転軸に負荷される回転トルクが過度に大きくなった場合には、混合攪拌装置を停止するようにしたものが知られているが、これらのトルク検出器やトルクリミッターは、高価であると共に、特に既存の混合攪拌装置に増設しようとする場合には、大掛かりな移設工事や改造工事が必要になる。
【0004】
一方、例えばホイストクレーンの駆動装置において、ケーブルを巻取る回転軸としてのケーブルドラムの回転トルクを、ホイストクレーンを駆動する誘導電動機への供給電圧や供給電流を検出すると共に誘導電動機の回転数を検出することによって、管理する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−180688号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の回転軸の回転トルクを管理する方法によれば、誘導電動機(駆動用電動機)への供給電圧や供給電流を検出して電気的に処理することにより、検出機構をコンパクトに構成することが可能であるが、単に誘導電動機への入力側の供給電圧や供給電流等を検出するものであるため、例えば電動モータ等の駆動用電動機と装置本体に設けられた回転軸との間に変速機を設けたものの如く、変速機を挟んだ両側の回転トルクの割合が一定になるとは限らない機構の場合には、装置本体における回転軸の回転トルクを正確に管理することが困難である。また特許文献1に記載の回転軸の回転トルクを管理する方法によれば、荷重を降下させる際の着床時におけるケーブルの緩みを検出するためのものであることから、その精度が低く、回転軸に生じた過大な回転トルクによる負荷を精度良く瞬時に検知して、混合攪拌装置の攪拌中における破損を未然に防止するために用いるのには適していない。
【0007】
本発明は、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達される回転軸の回転トルクを精度良く適切に管理できると共に、特に回転軸を備える既存の装置に対しても安価かつコンパクトに取り付けることのできるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達されることにより装置本体に設けられた回転軸を回転駆動させる回転駆動装置において、前記回転軸の回転トルクを検出するためのトルク検出装置であって、トルク演算検出器と、前記変速機を挟んだ前記駆動用電動機側に設けられ、駆動時における前記駆動用電動機への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る電圧・電流検出手段と、前記変速機を挟んだ前記装置本体側に設けられ、前記変速機の出力軸の回転数を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る回転数検出手段とを備えており、前記トルク演算検出器は、前記電圧・電流検出手段から送られる前記供給電圧及び供給電流に基づいて前記回転軸の基礎トルクを演算し、前記回転数検出手段から送られる前記回転数に基づいて前記変速機の効率を鑑みた補正係数を演算し、演算された前記基礎トルクと前記補正係数から前記回転軸の回転トルクを検出するトルク検出装置を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい一実施形態に係るトルク検出装置は、例えば図1に示すように、液体製品やゲル状製品として、例えばシャンプーや練り歯磨き等を複数の材料を混合して製造するための回転駆動装置である3軸式混合攪拌装置10に設けられ、攪拌装置10の装置本体である混合ミキサー11において回転可能に配設された攪拌羽根12b,12cを有する回転軸13b,13cが、混合材料の攪拌中に過度の回転トルクが負荷されて破損するのを効果的に防止するために、これらの回転軸13b,13cの回転トルクをコンパクトな構成によって精度良く適切に管理できるようにすることを目的として採用されたものである。
【0010】
本実施形態によれば、3軸式混合攪拌装置10の混合ミキサー11には、下端部分に攪拌羽根12aとしてホモタービンやホモディスパーが取り付けられた円柱ロッド状の第1回転軸13aと、攪拌羽根12bとして複数のタービンが外周部分に取り付けられた円筒ロッド状の第2回転軸13bと、攪拌羽根12cとして複数のパドルが内周部分に取り付けられた円筒ケーシング状の第3回転軸13cとが設けられており、これらの回転軸13a,13b,13cは、第1回転軸13aの軸心を中心として同心状に配置されている。また、各回転軸13a,13b,13cは、同心状に配置された、混合ミキサー11から上方に突出するホモシャフト14、ステータ回転支持筒15、及びパドル回転支持筒16と各々連結されている。
【0011】
さらに、本実施形態によれば、第2回転軸13bと連結するステータ回転支持筒15、及び第3回転軸13cと連結するパドル回転支持筒16は、各々、例えば傘歯車によるギア機構17b,17cを介して、第2駆動軸18b及び第3駆動軸18cと連結されており、これらの第2駆動軸18bと第3駆動軸18cは、変速機19を介して駆動用電動機としての回転モータ20と各々連結している。
【0012】
そして、本実施形態のトルク検出装置は、例えばこのような変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより、混合ミキサー11に設けられた第2回転軸13b及び第3回転軸13cを回転駆動させる3軸式混合攪拌装置10において、例えば攪拌羽根12b,12cが取り付けられた第2回転軸13bや第3回転軸13cによって攪拌中の混合材料が、例えば乳化剤の投入によってその粘度が急激に増大し、回転トルクが上昇して回転軸13b,13cに予期しない過度の回転荷重が負荷される場合でも、このような過度の回転トルクを電気的に速やかに検知して例えば回転軸13b,13cの回転駆動を停止することにより、回転軸13b,13cの破損を効果的に防止することが可能なように設けられたものである。
【0013】
なお、本実施形態によれば、円柱ロッド状の第1回転軸13aと連結してこれを支持するホモシャフト14には、変速機を介することなく、回転ベルト21を介して回転モータ22からの駆動力が伝達されるようになっている。
【0014】
また、本実施形態によれば、第2回転軸13b及び第3回転軸13cの各回転トルクを検出するための機構として、同様の構成のトルク検出装置が各々設けられていることから、以下においては、これらを代表して、第2回転軸13bの回転トルクを検出するための装置について説明する。
【0015】
すなわち、本実施形態のトルク検出装置は、変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより混合ミキサー11に設けられた第2回転軸13bを回転駆動させる混合攪拌装置10において、第2回転軸13bの回転トルクを検出するための装置であって、図2にも示すように、トルク演算検出器23と、変速機19を挟んだ回転モータ20側に設けられ、駆動時における回転モータ20への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る電圧・電流検出手段24と、変速機19を挟んだ混合ミキサー11側に設けられ、変速機19の出力軸である第2駆動軸18bの回転数を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る回転数検出手段25とを備えている。
【0016】
そして、本実施形態によれば、トルク演算検出器23は、電圧・電流検出手段24から送られる検出された供給電圧及び供給電流に基づいて、第2回転軸13bの基礎トルクとして変速機19の入力軸の回転トルクを演算し、回転数検出手段25から送られる検出された回転数に基づいて変速機25の効率を鑑みた補正係数を演算し、演算された基礎トルクと補正係数から第2回転軸13bの回転トルクを検出するようになっている。
【0017】
本実施形態のトルク検出装置を構成するトルク演算検出器23は、例えば公知の各種の演算回路やトランスデューサ等を備えており、当該トルク演算検出器23に組み込まれた各種の演算ソフト等によって、例えば後述する演算方法に従って、電圧・電流検出手段24から取り込んだ回転モータ20への供給電圧及び供給電流に基づいて、第2回転軸13bの基礎トルクを演算することができるようになっている。
【0018】
また、トルク演算検出器23には、例えば変速機19の製品カタログや説明書に記載されている変速機19の規格やスペック等に基づいて、変速機19の入力軸のトルクが変速機19の出力軸である第2駆動軸18bに伝達される際の回転数と効率との関係を示す数値が入力されると共に、例えば減速機効率、変速機効率、及び減速比を含む一体化した補正係数(η)と、第2駆動軸18bの回転数(rpm)との相関関係が、線形補間によって予め演算されて記憶されており、この相関関係に従って、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数(rpm)から、補正係数(η)を容易に演算することができるようになっている。
【0019】
さらに、トルク演算検出器23は、演算された基礎トルクや回転トルク等をディスプレイ等に表示するモニタ機能を備えていると共に、回転トルクのしきい値が設定されていて、検出された第2回転軸13bの回転トルクが予め設定されたしきい値に達した際に、装置停止信号を発して即座に混合攪拌装置10を停止させる機能を備えている。
【0020】
電圧・電流検出手段24は、例えば電圧要素用ノイズフィルタや電流要素用ノイズフィルタ等を備えていて、混合攪拌装置10の駆動時における回転モータ20への入力側の供給電圧及び供給電流を測定検出すると共に、測定した供給電圧及び供給電流を、トルク演算検出器23のトランスデューサ等に送って入力することができるようになっている。
【0021】
回転数検出手段25は、例えばエンコーダ、電磁式回転検出器、光電式回転検出器等からなり、変速機19の出力軸である第2駆動軸18bに取り付けられて、当該第2駆動軸18bの回転数(rpm)を測定検出すると共に、測定した回転数(rpm)をトルク演算検出器23の演算回路等に送って入力することができるようになっている。なお、第2駆動軸18bと、第2回転軸13bのステータ回転支持筒15とは、傘歯車によるギア機構17bを介して連結していることにより、そのギア比によって、第2駆動軸18bの回転数から、ステータ回転支持筒15及び第2回転軸13bの回転数を容易かつ正確に算出可能であると共に、第2駆動軸18bによる回転トルクが、第2回転軸13bに効率良く正確に伝達されるようになっている。
【0022】
そして、本実施形態のトルク検出装置によれば、トルク演算検出器23において、電圧・電流検出手段24によって検出された供給電圧及び供給電流と、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数とに基づいて、基礎トルクと第2駆動軸18bの回転トルク、及び攪拌羽根12bが取り付けられた第2回転軸13bの回転トルクとが、例えば以下のようにして演算されることになる。
【0023】
すなわち、まず測定された供給電圧(V)及び供給電流(I)から、例えば下記(式1)によって、回転モータ20の出力動力(P)が求められる。
【0024】
【数1】
【0025】
また、入力軸を介した変速機19への入力トルクは、回転モータ20の出力トルクと等しいことから、(式1)によって求められた回転モータ20の出力動力(P)に基づいて、例えば下記(式2)によって、変速機19への入力トルクが、第2駆動軸18bの基礎トルク(τ’)として求められる。
【0026】
【数2】
【0027】
一方、トルク演算検出器23には、第2駆動軸18bの回転数(rpm)と補正係数(η)との相関関係が予め演算されて記憶されており、この相関関係に、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数(rpm)をあてはめることにより、当該回転数(rpm)に対する補正係数(η)が容易に演算されると共に、求められた補正係数(η)を基礎トルク(τ’)に乗じることによって、例えば下記(式3)から、第2駆動軸18bの回転トルク(τ)がトルク演算検出器23において精度良く瞬時に演算されることになる。
【0028】
【数3】
【0029】
また、第2駆動軸18bの回転トルク(τ)が精度良く瞬時に演算されることにより、当該第2駆動軸18bと一定のギア比のギア機構17bを介して連結しているステータ回転支持筒15及び第2回転軸13bの回転トルクもまた、精度良く瞬時に演算されることになる。
【0030】
そして、本実施形態のトルク検出装置によれば、変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達される第2回転軸13bの回転トルクを精度良く適切に管理することができると共に、特に回転トルクが過度に負荷された際に装置を停止させるためのトルク検出器やトルクリミッターを備えていない、既存の混合攪拌装置10に対しても、安価かつコンパクトに取り付けることができる。すなわち、本実施形態によれば、トルク演算検出器23と、電圧・電流検出手段24と、回転数検出手段25とからなる安価かつ簡易な構成によって、変速機19の出力軸の回転数と、回転モータ20の動力と、変速機19の効率に基づいて、第2駆動軸18bや第2回転軸13bの回転トルクを演算して管理すると共に、変速機19を挟んだ回転モータ20側の供給電圧や供給電圧のみならず、第2回転軸13bの回転トルクが直接反映される変速機19を挟んだ混合ミキサー11側の第2駆動軸18bの回転数を検出して回転トルクを管理するので、回転数によって変速機19の効率が変化する場合でも、当該回転数から変速機効率等を鑑みた補正係数(η)を演算して、供給電圧や供給電圧から演算された基礎トルクを補正する機能を備えていることにより、回転トルクの高精度の検出、管理を行うことが可能になる。
【0031】
また、本実施形態のトルク検出装置は、電気的に接合されたトルク演算検出器23と、電圧・電流検出手段24と、回転数検出手段25とによって簡易に構成することができるので、各々を所定の場所に取り付けることにより、トルク検出装置を備えていない既存の混合攪拌装置10に対して当該装置を増設する場合でも、大掛かりな移設工事や改造工事を要することなく容易に設置することが可能になる。
【0032】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば補正係数は、製品カタログや説明書に記載された変速機に関する性能表示から得られるものである必要は必ずしもなく、また管理すべき回転軸は、3軸式混合攪拌装置に設けられた回転軸や、その他の攪拌装置に設けられた回転羽根を有する回転軸に限定されることなく、攪拌装置以外の種々の装置に用いられる回転軸の回転トルクを管理するために用いることもできる。
【0033】
【発明の効果】
本発明のトルク検出装置によれば、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達される回転軸の回転トルクを精度良く適切に管理できると共に、特に回転軸を備える既存の装置に対しても安価かつコンパクトに取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るトルク検出装置を3軸式混合攪拌装置に取り付けた装置構成の説明図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るトルク検出装置の装置構成の説明図である。
【符号の説明】
10 3軸式混合攪拌装置
11 混合ミキサー(装置本体)
12a,12b,12c 攪拌羽根
13a 第1回転軸
13b 第2回転軸
13c 第3回転軸
14 ホモシャフト
15 ステータ回転支持筒
16 パドル回転支持筒
17b,17c ギア機構
18b 第2駆動軸
18c 第3駆動軸
19 変速機
20,22 回転モータ
23 トルク演算検出器
24 電圧・電流検出手段
25 回転数検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク検出装置に関し、特に変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達されることにより装置本体に設けられた回転軸を回転駆動させる回転駆動装置において、回転軸の回転トルクを検出するためのトルク検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば流動性を有する洗剤、シャンプー、練り歯磨き、化粧料、食品等の液体製品やゲル状製品を、複数の材料を混合して形成する場合、攪拌羽根を取り付けた回転軸を備える混合攪拌装置が一般的に用いられる。このような混合攪拌装置によれば、材料の種類や濃度によって、攪拌中の混合材料の粘度が相違することになるため、混合材料の粘度や攪拌速度等から予想される回転トルクに充分に耐え得る強度の攪拌羽根や回転軸を使用する必要がある。また、混合材料によって過大な回転トルクが負荷されて、攪拌羽根や回転軸に破損を生じるおそれがある場合には、これをいち早く検知して、攪拌作業を中断する必要がある。特に、攪拌中の混合材料に、例えば乳化剤等が添加されて粘度が著しく増加する場合には、攪拌用の攪拌羽根や回転軸に過度の負荷がかからないようにその回転トルクを適切に管理して、これらの破損を確実に防止できるようにする必要がある。
【0003】
このような回転軸の回転トルクを管理する方法としては、回転軸に直接、あるいは歯車機構等を介して回転軸と連結する駆動軸に、トルク検出器やトルクリミッター等を取り付け、回転軸に負荷される回転トルクが過度に大きくなった場合には、混合攪拌装置を停止するようにしたものが知られているが、これらのトルク検出器やトルクリミッターは、高価であると共に、特に既存の混合攪拌装置に増設しようとする場合には、大掛かりな移設工事や改造工事が必要になる。
【0004】
一方、例えばホイストクレーンの駆動装置において、ケーブルを巻取る回転軸としてのケーブルドラムの回転トルクを、ホイストクレーンを駆動する誘導電動機への供給電圧や供給電流を検出すると共に誘導電動機の回転数を検出することによって、管理する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−180688号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の回転軸の回転トルクを管理する方法によれば、誘導電動機(駆動用電動機)への供給電圧や供給電流を検出して電気的に処理することにより、検出機構をコンパクトに構成することが可能であるが、単に誘導電動機への入力側の供給電圧や供給電流等を検出するものであるため、例えば電動モータ等の駆動用電動機と装置本体に設けられた回転軸との間に変速機を設けたものの如く、変速機を挟んだ両側の回転トルクの割合が一定になるとは限らない機構の場合には、装置本体における回転軸の回転トルクを正確に管理することが困難である。また特許文献1に記載の回転軸の回転トルクを管理する方法によれば、荷重を降下させる際の着床時におけるケーブルの緩みを検出するためのものであることから、その精度が低く、回転軸に生じた過大な回転トルクによる負荷を精度良く瞬時に検知して、混合攪拌装置の攪拌中における破損を未然に防止するために用いるのには適していない。
【0007】
本発明は、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達される回転軸の回転トルクを精度良く適切に管理できると共に、特に回転軸を備える既存の装置に対しても安価かつコンパクトに取り付けることのできるトルク検出装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達されることにより装置本体に設けられた回転軸を回転駆動させる回転駆動装置において、前記回転軸の回転トルクを検出するためのトルク検出装置であって、トルク演算検出器と、前記変速機を挟んだ前記駆動用電動機側に設けられ、駆動時における前記駆動用電動機への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る電圧・電流検出手段と、前記変速機を挟んだ前記装置本体側に設けられ、前記変速機の出力軸の回転数を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る回転数検出手段とを備えており、前記トルク演算検出器は、前記電圧・電流検出手段から送られる前記供給電圧及び供給電流に基づいて前記回転軸の基礎トルクを演算し、前記回転数検出手段から送られる前記回転数に基づいて前記変速機の効率を鑑みた補正係数を演算し、演算された前記基礎トルクと前記補正係数から前記回転軸の回転トルクを検出するトルク検出装置を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい一実施形態に係るトルク検出装置は、例えば図1に示すように、液体製品やゲル状製品として、例えばシャンプーや練り歯磨き等を複数の材料を混合して製造するための回転駆動装置である3軸式混合攪拌装置10に設けられ、攪拌装置10の装置本体である混合ミキサー11において回転可能に配設された攪拌羽根12b,12cを有する回転軸13b,13cが、混合材料の攪拌中に過度の回転トルクが負荷されて破損するのを効果的に防止するために、これらの回転軸13b,13cの回転トルクをコンパクトな構成によって精度良く適切に管理できるようにすることを目的として採用されたものである。
【0010】
本実施形態によれば、3軸式混合攪拌装置10の混合ミキサー11には、下端部分に攪拌羽根12aとしてホモタービンやホモディスパーが取り付けられた円柱ロッド状の第1回転軸13aと、攪拌羽根12bとして複数のタービンが外周部分に取り付けられた円筒ロッド状の第2回転軸13bと、攪拌羽根12cとして複数のパドルが内周部分に取り付けられた円筒ケーシング状の第3回転軸13cとが設けられており、これらの回転軸13a,13b,13cは、第1回転軸13aの軸心を中心として同心状に配置されている。また、各回転軸13a,13b,13cは、同心状に配置された、混合ミキサー11から上方に突出するホモシャフト14、ステータ回転支持筒15、及びパドル回転支持筒16と各々連結されている。
【0011】
さらに、本実施形態によれば、第2回転軸13bと連結するステータ回転支持筒15、及び第3回転軸13cと連結するパドル回転支持筒16は、各々、例えば傘歯車によるギア機構17b,17cを介して、第2駆動軸18b及び第3駆動軸18cと連結されており、これらの第2駆動軸18bと第3駆動軸18cは、変速機19を介して駆動用電動機としての回転モータ20と各々連結している。
【0012】
そして、本実施形態のトルク検出装置は、例えばこのような変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより、混合ミキサー11に設けられた第2回転軸13b及び第3回転軸13cを回転駆動させる3軸式混合攪拌装置10において、例えば攪拌羽根12b,12cが取り付けられた第2回転軸13bや第3回転軸13cによって攪拌中の混合材料が、例えば乳化剤の投入によってその粘度が急激に増大し、回転トルクが上昇して回転軸13b,13cに予期しない過度の回転荷重が負荷される場合でも、このような過度の回転トルクを電気的に速やかに検知して例えば回転軸13b,13cの回転駆動を停止することにより、回転軸13b,13cの破損を効果的に防止することが可能なように設けられたものである。
【0013】
なお、本実施形態によれば、円柱ロッド状の第1回転軸13aと連結してこれを支持するホモシャフト14には、変速機を介することなく、回転ベルト21を介して回転モータ22からの駆動力が伝達されるようになっている。
【0014】
また、本実施形態によれば、第2回転軸13b及び第3回転軸13cの各回転トルクを検出するための機構として、同様の構成のトルク検出装置が各々設けられていることから、以下においては、これらを代表して、第2回転軸13bの回転トルクを検出するための装置について説明する。
【0015】
すなわち、本実施形態のトルク検出装置は、変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達されることにより混合ミキサー11に設けられた第2回転軸13bを回転駆動させる混合攪拌装置10において、第2回転軸13bの回転トルクを検出するための装置であって、図2にも示すように、トルク演算検出器23と、変速機19を挟んだ回転モータ20側に設けられ、駆動時における回転モータ20への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る電圧・電流検出手段24と、変速機19を挟んだ混合ミキサー11側に設けられ、変速機19の出力軸である第2駆動軸18bの回転数を検出して検出結果をトルク演算検出器23に送る回転数検出手段25とを備えている。
【0016】
そして、本実施形態によれば、トルク演算検出器23は、電圧・電流検出手段24から送られる検出された供給電圧及び供給電流に基づいて、第2回転軸13bの基礎トルクとして変速機19の入力軸の回転トルクを演算し、回転数検出手段25から送られる検出された回転数に基づいて変速機25の効率を鑑みた補正係数を演算し、演算された基礎トルクと補正係数から第2回転軸13bの回転トルクを検出するようになっている。
【0017】
本実施形態のトルク検出装置を構成するトルク演算検出器23は、例えば公知の各種の演算回路やトランスデューサ等を備えており、当該トルク演算検出器23に組み込まれた各種の演算ソフト等によって、例えば後述する演算方法に従って、電圧・電流検出手段24から取り込んだ回転モータ20への供給電圧及び供給電流に基づいて、第2回転軸13bの基礎トルクを演算することができるようになっている。
【0018】
また、トルク演算検出器23には、例えば変速機19の製品カタログや説明書に記載されている変速機19の規格やスペック等に基づいて、変速機19の入力軸のトルクが変速機19の出力軸である第2駆動軸18bに伝達される際の回転数と効率との関係を示す数値が入力されると共に、例えば減速機効率、変速機効率、及び減速比を含む一体化した補正係数(η)と、第2駆動軸18bの回転数(rpm)との相関関係が、線形補間によって予め演算されて記憶されており、この相関関係に従って、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数(rpm)から、補正係数(η)を容易に演算することができるようになっている。
【0019】
さらに、トルク演算検出器23は、演算された基礎トルクや回転トルク等をディスプレイ等に表示するモニタ機能を備えていると共に、回転トルクのしきい値が設定されていて、検出された第2回転軸13bの回転トルクが予め設定されたしきい値に達した際に、装置停止信号を発して即座に混合攪拌装置10を停止させる機能を備えている。
【0020】
電圧・電流検出手段24は、例えば電圧要素用ノイズフィルタや電流要素用ノイズフィルタ等を備えていて、混合攪拌装置10の駆動時における回転モータ20への入力側の供給電圧及び供給電流を測定検出すると共に、測定した供給電圧及び供給電流を、トルク演算検出器23のトランスデューサ等に送って入力することができるようになっている。
【0021】
回転数検出手段25は、例えばエンコーダ、電磁式回転検出器、光電式回転検出器等からなり、変速機19の出力軸である第2駆動軸18bに取り付けられて、当該第2駆動軸18bの回転数(rpm)を測定検出すると共に、測定した回転数(rpm)をトルク演算検出器23の演算回路等に送って入力することができるようになっている。なお、第2駆動軸18bと、第2回転軸13bのステータ回転支持筒15とは、傘歯車によるギア機構17bを介して連結していることにより、そのギア比によって、第2駆動軸18bの回転数から、ステータ回転支持筒15及び第2回転軸13bの回転数を容易かつ正確に算出可能であると共に、第2駆動軸18bによる回転トルクが、第2回転軸13bに効率良く正確に伝達されるようになっている。
【0022】
そして、本実施形態のトルク検出装置によれば、トルク演算検出器23において、電圧・電流検出手段24によって検出された供給電圧及び供給電流と、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数とに基づいて、基礎トルクと第2駆動軸18bの回転トルク、及び攪拌羽根12bが取り付けられた第2回転軸13bの回転トルクとが、例えば以下のようにして演算されることになる。
【0023】
すなわち、まず測定された供給電圧(V)及び供給電流(I)から、例えば下記(式1)によって、回転モータ20の出力動力(P)が求められる。
【0024】
【数1】
【0025】
また、入力軸を介した変速機19への入力トルクは、回転モータ20の出力トルクと等しいことから、(式1)によって求められた回転モータ20の出力動力(P)に基づいて、例えば下記(式2)によって、変速機19への入力トルクが、第2駆動軸18bの基礎トルク(τ’)として求められる。
【0026】
【数2】
【0027】
一方、トルク演算検出器23には、第2駆動軸18bの回転数(rpm)と補正係数(η)との相関関係が予め演算されて記憶されており、この相関関係に、回転数検出手段25によって検出された第2駆動軸18bの回転数(rpm)をあてはめることにより、当該回転数(rpm)に対する補正係数(η)が容易に演算されると共に、求められた補正係数(η)を基礎トルク(τ’)に乗じることによって、例えば下記(式3)から、第2駆動軸18bの回転トルク(τ)がトルク演算検出器23において精度良く瞬時に演算されることになる。
【0028】
【数3】
【0029】
また、第2駆動軸18bの回転トルク(τ)が精度良く瞬時に演算されることにより、当該第2駆動軸18bと一定のギア比のギア機構17bを介して連結しているステータ回転支持筒15及び第2回転軸13bの回転トルクもまた、精度良く瞬時に演算されることになる。
【0030】
そして、本実施形態のトルク検出装置によれば、変速機19を介して回転モータ20からの駆動力が伝達される第2回転軸13bの回転トルクを精度良く適切に管理することができると共に、特に回転トルクが過度に負荷された際に装置を停止させるためのトルク検出器やトルクリミッターを備えていない、既存の混合攪拌装置10に対しても、安価かつコンパクトに取り付けることができる。すなわち、本実施形態によれば、トルク演算検出器23と、電圧・電流検出手段24と、回転数検出手段25とからなる安価かつ簡易な構成によって、変速機19の出力軸の回転数と、回転モータ20の動力と、変速機19の効率に基づいて、第2駆動軸18bや第2回転軸13bの回転トルクを演算して管理すると共に、変速機19を挟んだ回転モータ20側の供給電圧や供給電圧のみならず、第2回転軸13bの回転トルクが直接反映される変速機19を挟んだ混合ミキサー11側の第2駆動軸18bの回転数を検出して回転トルクを管理するので、回転数によって変速機19の効率が変化する場合でも、当該回転数から変速機効率等を鑑みた補正係数(η)を演算して、供給電圧や供給電圧から演算された基礎トルクを補正する機能を備えていることにより、回転トルクの高精度の検出、管理を行うことが可能になる。
【0031】
また、本実施形態のトルク検出装置は、電気的に接合されたトルク演算検出器23と、電圧・電流検出手段24と、回転数検出手段25とによって簡易に構成することができるので、各々を所定の場所に取り付けることにより、トルク検出装置を備えていない既存の混合攪拌装置10に対して当該装置を増設する場合でも、大掛かりな移設工事や改造工事を要することなく容易に設置することが可能になる。
【0032】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば補正係数は、製品カタログや説明書に記載された変速機に関する性能表示から得られるものである必要は必ずしもなく、また管理すべき回転軸は、3軸式混合攪拌装置に設けられた回転軸や、その他の攪拌装置に設けられた回転羽根を有する回転軸に限定されることなく、攪拌装置以外の種々の装置に用いられる回転軸の回転トルクを管理するために用いることもできる。
【0033】
【発明の効果】
本発明のトルク検出装置によれば、変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達される回転軸の回転トルクを精度良く適切に管理できると共に、特に回転軸を備える既存の装置に対しても安価かつコンパクトに取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るトルク検出装置を3軸式混合攪拌装置に取り付けた装置構成の説明図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るトルク検出装置の装置構成の説明図である。
【符号の説明】
10 3軸式混合攪拌装置
11 混合ミキサー(装置本体)
12a,12b,12c 攪拌羽根
13a 第1回転軸
13b 第2回転軸
13c 第3回転軸
14 ホモシャフト
15 ステータ回転支持筒
16 パドル回転支持筒
17b,17c ギア機構
18b 第2駆動軸
18c 第3駆動軸
19 変速機
20,22 回転モータ
23 トルク演算検出器
24 電圧・電流検出手段
25 回転数検出手段
Claims (4)
- 変速機を介して駆動用電動機からの駆動力が伝達されることにより装置本体に設けられた回転軸を回転駆動させる回転駆動装置において、前記回転軸の回転トルクを検出するためのトルク検出装置であって、
トルク演算検出器と、前記変速機を挟んだ前記駆動用電動機側に設けられ、駆動時における前記駆動用電動機への供給電圧及び供給電流を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る電圧・電流検出手段と、前記変速機を挟んだ前記装置本体側に設けられ、前記変速機の出力軸の回転数を検出して検出結果を前記トルク演算検出器に送る回転数検出手段とを備えており、
前記トルク演算検出器は、前記電圧・電流検出手段から送られる前記供給電圧及び供給電流に基づいて前記回転軸の基礎トルクを演算し、前記回転数検出手段から送られる前記回転数に基づいて前記変速機の効率を鑑みた補正係数を演算し、演算された前記基礎トルクと前記補正係数から前記回転軸の回転トルクを検出するトルク検出装置。 - 前記トルク演算検出器において演算される補正係数は、前記トルク演算検出器に予め入力演算された前記変速機に関する回転数と補正係数との相関関係から、前記回転数の検出結果に基づいて得られる請求項1記載のトルク検出装置。
- 前記トルク演算検出器は、検出された前記回転軸の回転トルクが予め設定されたしきい値に達した際に装置停止信号を発する請求項1又は2に記載のトルク検出装置。
- 前記装置本体は、前記回転軸に取り付けられた回転羽根によって攪拌を行う攪拌装置である請求項1〜3のいずれかに記載のトルク検出装置。
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JP2003209080A JP2005069716A (ja) | 2003-08-27 | 2003-08-27 | トルク検出装置 |
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JP2008128870A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Satake Chemical Equipment Mfg Ltd | 撹拌トルク測定方法及び測定装置 |
CN101943633A (zh) * | 2010-09-30 | 2011-01-12 | 武汉钢铁(集团)公司 | 传动***机械损失和固定转动惯量测量方法 |
CN107367344A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-21 | 南京理工大学 | 一种混合机力学参数测量装置 |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003209080A patent/JP2005069716A/ja active Pending
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