JP3011763B2 - 軸においてトルクおよび（または）回転角を測定するための測定装置 - Google Patents
軸においてトルクおよび（または）回転角を測定するための測定装置Info
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- JP3011763B2 JP3011763B2 JP3502384A JP50238491A JP3011763B2 JP 3011763 B2 JP3011763 B2 JP 3011763B2 JP 3502384 A JP3502384 A JP 3502384A JP 50238491 A JP50238491 A JP 50238491A JP 3011763 B2 JP3011763 B2 JP 3011763B2
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- 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
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 従来技術 本発明は請求項１の種類による測定装置から出発す
る。このような、EP−PS0144803から公知の測定装置で
はトーション軸はねじりたわみ性（torsions weich）の
管として構成されている。この管は２つの部分から成
り、これらは相対回動可能な滑嵌めを介して互い結合さ
れている。しかし無接触式の測定システムの調整はトー
ション軸への取付け時に始めて可能である。したがって
トーション軸の組込み時もしくは交換時に測定システム
の角度位置かがきわめて厳密に調整されなければならな
い。過負荷防止手段は設けられていない。更にここには
スリットを有するトーション管が挙げられている。しか
しこれによっては唯一の測定範囲内でしか測定すること
ができない。
る。このような、EP−PS0144803から公知の測定装置で
はトーション軸はねじりたわみ性（torsions weich）の
管として構成されている。この管は２つの部分から成
り、これらは相対回動可能な滑嵌めを介して互い結合さ
れている。しかし無接触式の測定システムの調整はトー
ション軸への取付け時に始めて可能である。したがって
トーション軸の組込み時もしくは交換時に測定システム
の角度位置かがきわめて厳密に調整されなければならな
い。過負荷防止手段は設けられていない。更にここには
スリットを有するトーション管が挙げられている。しか
しこれによっては唯一の測定範囲内でしか測定すること
ができない。
発明の利点 それとは異なり請求項１の特徴を有する本発明による
測定装置は、特に比較的小さなトルクでは付加的なトー
ション軸を備えずにトーション管のみでもって測定する
ことができ、また付加的なトーション軸を使用する場合
にはトーション軸の交換時における測定システムの調整
がもはや不要であるという利点を有している。簡単な構
成によってスリットまたは突起を用いてトーション管も
しくはトーション軸のために過負荷防止を配慮すること
が可能である。更に唯一のトーション管もしくは付加的
なトーション軸でもって多段の測定範囲を検出すること
ができる。例えば開始範囲ではトーション管を特に軟く
構成し、かつ後の、相対的に高いトルク範囲では比較的
高いねじり剛性を有するトーション管を設けることが可
能である。付加的な過負荷防止は両ねじり方向に有効に
構成することができる。中空軸内に付加的にもう１つの
中実軸として構成されたトーション軸を組入れると、軸
のトーション直径の選択により所望の測定範囲を広い範
囲に調整することができる。小さなトルクの範囲は中空
軸によって特に厳密に検出することができ、他方高いト
ルクの範囲は付加的なトーション軸を用いて検出するこ
とができる。中空軸では測定範囲は自動的に切換えら
れ、したがって測定の間に付加的な手段は不要である。
複数の測定範囲および過負荷防止を備えた構成も簡単な
形式で実施可能である。
測定装置は、特に比較的小さなトルクでは付加的なトー
ション軸を備えずにトーション管のみでもって測定する
ことができ、また付加的なトーション軸を使用する場合
にはトーション軸の交換時における測定システムの調整
がもはや不要であるという利点を有している。簡単な構
成によってスリットまたは突起を用いてトーション管も
しくはトーション軸のために過負荷防止を配慮すること
が可能である。更に唯一のトーション管もしくは付加的
なトーション軸でもって多段の測定範囲を検出すること
ができる。例えば開始範囲ではトーション管を特に軟く
構成し、かつ後の、相対的に高いトルク範囲では比較的
高いねじり剛性を有するトーション管を設けることが可
能である。付加的な過負荷防止は両ねじり方向に有効に
構成することができる。中空軸内に付加的にもう１つの
中実軸として構成されたトーション軸を組入れると、軸
のトーション直径の選択により所望の測定範囲を広い範
囲に調整することができる。小さなトルクの範囲は中空
軸によって特に厳密に検出することができ、他方高いト
ルクの範囲は付加的なトーション軸を用いて検出するこ
とができる。中空軸では測定範囲は自動的に切換えら
れ、したがって測定の間に付加的な手段は不要である。
複数の測定範囲および過負荷防止を備えた構成も簡単な
形式で実施可能である。
従属請求項に挙げられた手段によれば請求項１に挙げ
られた特徴の有利な構成と改善が可能である。
られた特徴の有利な構成と改善が可能である。
図面 本発明の実施例が図面に示されており、かつ以下にお
いて詳説される。図１はトルクセンサの縦断面図、図２
はトーション管の展開図、図３、図４はそれぞれトーシ
ョン管の別の実施例の図、図５は図４によるトーション
管の構成においてトルクMdないしは回転角αにわたる測
定電圧の経過を示した図である。
いて詳説される。図１はトルクセンサの縦断面図、図２
はトーション管の展開図、図３、図４はそれぞれトーシ
ョン管の別の実施例の図、図５は図４によるトーション
管の構成においてトルクMdないしは回転角αにわたる測
定電圧の経過を示した図である。
実施例 図１にはトーション管が符号10で示されており、トー
ション管はトルクを伝達し、かつこれによりそれ自体の
中で相対的に所定の長さ単位に関しても一定の角度回転
をする、すなわちねじられる。回転角の測定およびこれ
から得られる伝達トルクの測定のためには無接触式の測
定装置11が用いられ、測定装置はトーション管10に固定
され、かつトーション管によって支持されている。図２
から判るようにトーション管10は半径方向に複数の切欠
12を有している。切欠12相互間に存在するウエブ13,14
は異なる強度もしくは幅を有している。図２を半径方向
にみると、各広幅のウエブ13は細いウエブ14の後方に配
置されている。広幅のウエブ13内にはそれぞれトーショ
ン管10の軸方向に対して約45゜の角度をなしてスリット
15が形成されている。スリット15はウエブ13の全長のほ
ぼ中央に存在している。
ション管はトルクを伝達し、かつこれによりそれ自体の
中で相対的に所定の長さ単位に関しても一定の角度回転
をする、すなわちねじられる。回転角の測定およびこれ
から得られる伝達トルクの測定のためには無接触式の測
定装置11が用いられ、測定装置はトーション管10に固定
され、かつトーション管によって支持されている。図２
から判るようにトーション管10は半径方向に複数の切欠
12を有している。切欠12相互間に存在するウエブ13,14
は異なる強度もしくは幅を有している。図２を半径方向
にみると、各広幅のウエブ13は細いウエブ14の後方に配
置されている。広幅のウエブ13内にはそれぞれトーショ
ン管10の軸方向に対して約45゜の角度をなしてスリット
15が形成されている。スリット15はウエブ13の全長のほ
ぼ中央に存在している。
２つの軸受16a,16bを用いて定置のケーシング17がト
ーション管10に支承されている。ケーシング17は円筒形
の管片の形を有し、かつ軸受16a,16bの外リングと固定
的に結合されている。定置のケーシング17の役割は、内
側のほぼ中央にコイル体18を支持することであり、コイ
ル体は測定装置11の少なくとも１つの、有利には２つの
以上の測定コイル19a,19bを受容している。
ーション管10に支承されている。ケーシング17は円筒形
の管片の形を有し、かつ軸受16a,16bの外リングと固定
的に結合されている。定置のケーシング17の役割は、内
側のほぼ中央にコイル体18を支持することであり、コイ
ル体は測定装置11の少なくとも１つの、有利には２つの
以上の測定コイル19a,19bを受容している。
以下においていわゆるうず電流原理の利用下でのトル
クの測定に関して説明される。しかしトーション管10の
本発明による構成は多数の他の、このような測定の実施
に好適な測定システムでも使用することができる。本例
では例えば２つの互いに相対回動可能なボデイの距離変
化を適切な手段によって検出し得ることが必要である。
例えば誘導原理の使用が問題なく可能であり、それとい
うのも２つのスリーブ体の重なり状態の変化が直接誘導
式に、または磁界の連結を介して検出することができる
からである。他の測定システムは例えば容量形、光学
式、磁歪式システムであってよく、またはトーション管
の相対回動はひずみゲージ等を用いても検出することが
できる。図１に示された実施例では測定に、有利にはう
ず電流原理が使用され、ここでは互いに相対回動可能な
両ボデイが内側のスリットスリーブ20と外側のスリット
スリーブ21として構成されている。両スリットスリーブ
20,21は互いに離反せしめられ、できる限り軸受16a,16b
に近い所に配置された肉厚のフランジでもって固定的
に、かつ移動不可能にトーション管10と結合されてい
る。したがって、２つの同心的に内外で係合したボデイ
が得られ、これらは周面にわたって、かつ長さにわたっ
て分配されたスリット、窓または切欠を有している。測
定原理はUS−PS−4356732に詳説されている。両測定コ
イル19a,19bに対して回転角に応じて異なるうず電流の
影響が得られ、その量はスリットスリーブ20,21のスリ
ットの支配的な重なり状態に依存する。うず電流は測定
コイルのインピーダンスに作用するので、相対的な回転
角度に応じて測定コイル19a,19bで降下する電圧も変動
する。
クの測定に関して説明される。しかしトーション管10の
本発明による構成は多数の他の、このような測定の実施
に好適な測定システムでも使用することができる。本例
では例えば２つの互いに相対回動可能なボデイの距離変
化を適切な手段によって検出し得ることが必要である。
例えば誘導原理の使用が問題なく可能であり、それとい
うのも２つのスリーブ体の重なり状態の変化が直接誘導
式に、または磁界の連結を介して検出することができる
からである。他の測定システムは例えば容量形、光学
式、磁歪式システムであってよく、またはトーション管
の相対回動はひずみゲージ等を用いても検出することが
できる。図１に示された実施例では測定に、有利にはう
ず電流原理が使用され、ここでは互いに相対回動可能な
両ボデイが内側のスリットスリーブ20と外側のスリット
スリーブ21として構成されている。両スリットスリーブ
20,21は互いに離反せしめられ、できる限り軸受16a,16b
に近い所に配置された肉厚のフランジでもって固定的
に、かつ移動不可能にトーション管10と結合されてい
る。したがって、２つの同心的に内外で係合したボデイ
が得られ、これらは周面にわたって、かつ長さにわたっ
て分配されたスリット、窓または切欠を有している。測
定原理はUS−PS−4356732に詳説されている。両測定コ
イル19a,19bに対して回転角に応じて異なるうず電流の
影響が得られ、その量はスリットスリーブ20,21のスリ
ットの支配的な重なり状態に依存する。うず電流は測定
コイルのインピーダンスに作用するので、相対的な回転
角度に応じて測定コイル19a,19bで降下する電圧も変動
する。
トーション管10を用いてトルクが伝達されると、狭い
方のウエブ14が低いトルクではトーショ管10のねじり強
さを規定する。ウエブ13のスリット15は、このウエブ13
が小さなトルクではトーション管10のねじり剛性に寄与
しないように構成されており、このことはウエブ13の両
部分13a,13bが接触しないことを意味する。伝達された
トルク、したがってねじり角が所定値を上回ると、ウエ
ブ13の部分13aと13bが接触し、したがってトルクは今や
付加的にウエブ13によって伝達される。ウエブ13はこの
ウエブ13のスリット15の構成およびトーション管10のジ
オメトリ形状に依存して過負荷防止機構として、または
第２の測定範囲として使用することができる。図３には
連続するウエブ13内のスリット15が互いに逆方向に形成
されているので、トーション管10の両ねじり方向で過負
荷防止または第２の測定範囲が可能である。
方のウエブ14が低いトルクではトーショ管10のねじり強
さを規定する。ウエブ13のスリット15は、このウエブ13
が小さなトルクではトーション管10のねじり剛性に寄与
しないように構成されており、このことはウエブ13の両
部分13a,13bが接触しないことを意味する。伝達された
トルク、したがってねじり角が所定値を上回ると、ウエ
ブ13の部分13aと13bが接触し、したがってトルクは今や
付加的にウエブ13によって伝達される。ウエブ13はこの
ウエブ13のスリット15の構成およびトーション管10のジ
オメトリ形状に依存して過負荷防止機構として、または
第２の測定範囲として使用することができる。図３には
連続するウエブ13内のスリット15が互いに逆方向に形成
されているので、トーション管10の両ねじり方向で過負
荷防止または第２の測定範囲が可能である。
図２においてはウエブ13の部分13a,13bが接触すると
直ちに自動的に他の、第２の測定範囲に切換えられる。
ウエブ13の相対的に大きな幅に基いてこのウエブ13によ
り相対的に高いトルクを伝達することができる。図５に
はウエブ14によって伝達されたトルクに関して測定装置
11から発生せしめられた測定信号Ｕが曲線区分30として
示されている。トルクがウエブ13によって伝達されると
直ちに曲線区分31の測定信号Ｕが得られる。したがって
図２による構成は２つの測定範囲でもって働く。すべて
のウエブ13のスリット15が同一に形成されている場合に
は、このトーション管は過負荷防止を持たない働きをす
る。しかしウエブの１つとそのスリットを過負荷防止の
１種として用いることができる。しかし種々の測定範囲
に付加的に更に過負荷防止をトーション管10に関して設
けたい場合には、図４による実施例にしたがって行うこ
とができる。図２の構成に付加的に突起36がトーション
管10に形成された切欠35内へ突入している。突起36がト
ーション管10のねじり方向に依存して切欠35の壁に接触
すると、伝達可能な、最大のトルクが達成される。トー
ション管は実際にはもはや変形せず、かつ図５に示され
た、すなわち理想的、理論的な場合に不変の測定信号Ｕ
でもって経過する水平の曲線区分32が得られる。
直ちに自動的に他の、第２の測定範囲に切換えられる。
ウエブ13の相対的に大きな幅に基いてこのウエブ13によ
り相対的に高いトルクを伝達することができる。図５に
はウエブ14によって伝達されたトルクに関して測定装置
11から発生せしめられた測定信号Ｕが曲線区分30として
示されている。トルクがウエブ13によって伝達されると
直ちに曲線区分31の測定信号Ｕが得られる。したがって
図２による構成は２つの測定範囲でもって働く。すべて
のウエブ13のスリット15が同一に形成されている場合に
は、このトーション管は過負荷防止を持たない働きをす
る。しかしウエブの１つとそのスリットを過負荷防止の
１種として用いることができる。しかし種々の測定範囲
に付加的に更に過負荷防止をトーション管10に関して設
けたい場合には、図４による実施例にしたがって行うこ
とができる。図２の構成に付加的に突起36がトーション
管10に形成された切欠35内へ突入している。突起36がト
ーション管10のねじり方向に依存して切欠35の壁に接触
すると、伝達可能な、最大のトルクが達成される。トー
ション管は実際にはもはや変形せず、かつ図５に示され
た、すなわち理想的、理論的な場合に不変の測定信号Ｕ
でもって経過する水平の曲線区分32が得られる。
トーション管10のウエブの構成の仕方およびウエブ内
のスリットの形状に応じて種々の、所望の測定範囲が得
られる。トーション管10内へ中実軸として構成されたト
ーション軸を付加的に組入れることによってこのトルク
センサの所望の測定範囲を更に広い範囲内で調整するこ
とができる。図１に示された、うず電流方向を用いてそ
の測定信号検出が特に有利である。この測定方法は最小
の回転角、したがってトルクの高い測定精度および高い
解像での検出を可能にし、かつ大きな変更を要さずに高
いトルクにおいて使用可能である。
のスリットの形状に応じて種々の、所望の測定範囲が得
られる。トーション管10内へ中実軸として構成されたト
ーション軸を付加的に組入れることによってこのトルク
センサの所望の測定範囲を更に広い範囲内で調整するこ
とができる。図１に示された、うず電流方向を用いてそ
の測定信号検出が特に有利である。この測定方法は最小
の回転角、したがってトルクの高い測定精度および高い
解像での検出を可能にし、かつ大きな変更を要さずに高
いトルクにおいて使用可能である。
図示の実施例は特に有利な、簡単な構成である。比較
的複雑なジオノトリーもフライス、レーザ切断または腐
食によってトーション管にコスト上有利に実現できるの
で、これにより大きな面倒なく上記の図のものに任意に
組合せることが可能である。使用のジオメトリは所望の
測定範囲もしくは過負荷防止に応じて製作可能である。
更により高い、またはより小さなねじり強さをもつ付加
的な構成部材または固定ストッパをトーション管領域に
取付けることも考えられる。
的複雑なジオノトリーもフライス、レーザ切断または腐
食によってトーション管にコスト上有利に実現できるの
で、これにより大きな面倒なく上記の図のものに任意に
組合せることが可能である。使用のジオメトリは所望の
測定範囲もしくは過負荷防止に応じて製作可能である。
更により高い、またはより小さなねじり強さをもつ付加
的な構成部材または固定ストッパをトーション管領域に
取付けることも考えられる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−142248（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−318933（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−179431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140314（ＪＰ，Ａ) 特公 昭25−2190（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平３−500578（ＪＰ，Ａ) 実表 平３−500204（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 3/02 - 3/10
Claims (9)
- 【請求項１】測定システム（11）を用いて定置の、また
は回転する軸でトルクおよび（または）回転角を測定す
るための測定装置であって、ねじりたわみ性の管（10）
を備えており、この管が軸方向に延びた複数の切欠（1
2）を有している形式のものにおいて、管（10）が異な
る剛性を有するウエブ（13,14）を有しており、かつ剛
性の高い方のウエブ（13）内にスリット（15）が形成さ
れていてそのためにウエブ（13）が２つの部分（13a,13
b）を有していることを特徴とする、測定装置。 - 【請求項２】相対的に高い剛性を有するウエブ（13）が
相対的に広幅のウエブとして形成されており、かつ相対
的に細いウエブ（14）による所定のねじれ角が越えられ
たとき広幅のウエブ（13）の部分（13a,13b）が互いに
接触して、その結果広幅のウエブ（13）の剛性に基いて
管（10）の過負荷防止が得られるようになっている、請
求項１記載の測定装置。 - 【請求項３】相対的に細いウエブ（14）による所定のね
じれ角が越えられらときに広幅のウエブ（13）の部分
（13a,13b）が互いに接触し、その結果広幅のウエブ（1
3）の剛性に基いて管（10）の付加的な測定範囲が得ら
れるようになっている、請求項１記載の測定装置。 - 【請求項４】スリット（15）が管（10）の軸方向に対し
て角度およそ45゜を成している、請求項１から３までの
いずれか１項記載の測定装置。 - 【請求項５】スリット（15）が連続する広幅のウエブ
（13）において互いに逆方向を向いている、請求項１か
ら４までのいずれか１項記載の測定装置。 - 【請求項６】管（10）に切欠（35）が存在しており、突
起（36）が切欠内へ突入している、請求項１から５まで
のいずれか１項記載の測定装置。 - 【請求項７】管（10）内に中実軸として構成された、付
加的なトーション軸が配置されており、トーション軸が
付加的な、機械的ねじり強さを管（10）に加えている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置。 - 【請求項８】２つの互いに相対回動可能なボディ（20,2
1）が端部領域でもって管（10）に相対回動不能に固定
されており、回転角またはトルクの測定のためにこれら
両ボデイ（20,21）の相対的な重なり面積がねじれ角と
ともに変化し、かつ両ボデイ（20,21）の変化する相対
的な重なり面積が少なくとも１つの測定コイル（19a,19
b）において測定信号となる、請求項１から７までのい
ずれか１項記載の測定装置。 - 【請求項９】ボデイが互いに相対的に回動可能な、同心
的に内外に支承された内側と外側のスリットスリーブ
（20,21）であり、スリットスリーブが互いに反対側の
は端部でもって管（10）に固定されている、請求項８記
載の測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4004589.7 | 1990-02-15 | ||
| DE4004589A DE4004589A1 (de) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | Messvorrichtung an wellen zur bestimmung des drehmoments und/oder des drehwinkels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04505508A JPH04505508A (ja) | 1992-09-24 |
| JP3011763B2 true JP3011763B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=6400151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3502384A Expired - Fee Related JP3011763B2 (ja) | 1990-02-15 | 1991-01-24 | 軸においてトルクおよび（または）回転角を測定するための測定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5390549A (ja) |
| EP (1) | EP0468006B1 (ja) |
| JP (1) | JP3011763B2 (ja) |
| DE (2) | DE4004589A1 (ja) |
| ES (1) | ES2071980T3 (ja) |
| WO (1) | WO1991012504A1 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0169569B1 (ko) * | 1995-03-06 | 1999-05-01 | 세끼야 데쯔오 | 토오크 센서 |
| JP3587674B2 (ja) * | 1998-01-07 | 2004-11-10 | アルプス電気株式会社 | 回転角度センサ、この回転角度センサを用いたトルクセンサ、このトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置 |
| DE19834897C1 (de) * | 1998-08-03 | 1999-10-21 | Mannesmann Vdo Ag | Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentsensors mit Torsionswinkelbegrenzung und nach diesem Verfahren hergestellter Drehmomentsensor |
| US6536172B1 (en) | 1999-06-01 | 2003-03-25 | Victor A. Amend | Insulating construction form and manner of employment for same |
| KR100702919B1 (ko) | 1999-06-21 | 2007-04-03 | 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 | 회전센서 및 그 측정회로 |
| JP3728196B2 (ja) * | 2000-10-11 | 2005-12-21 | 株式会社日立製作所 | トルクセンサ |
| DE102006054179A1 (de) * | 2006-11-16 | 2008-05-21 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Messung des Drehmomentes an einer Welle |
| AT510705B1 (de) * | 2011-01-05 | 2012-06-15 | Avl List Gmbh | Drehmomentmesseinrichtung |
| DE102011014472A1 (de) * | 2011-03-19 | 2012-09-20 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments |
| US9683905B2 (en) * | 2015-01-21 | 2017-06-20 | Ford Global Technologies, Llc | Transmission and transfer case with torque sensing |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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