JP5846405B2 - トルク測定デバイス、トルク測定フランジおよびトルク測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、トルク測定デバイス、トルク測定フランジおよびトルク測定方法に関する。

例えばテストベンチで使用されるようなこういったタイプのトルク測定デバイスは、とりわけＤＥ１０ ２００６ ０４４ ８２９ Ａｌに開示されている。ここで、例えばＤＥ ４２ ０３ ５５１ ＡｌまたはＤＥ １０ ２００７ ００５ ８９４ Ａｌ、またそれ以外にはＤＥ ２０ ２００６ ００７ ６８９ Ｕｌ、ＤＥ １９９ １７ ６２６ Ａｌ、ＤＥ １９７ １９ ９２１ ＡｌおよびＤＥ １０３ ０６ ３０６ Ａｌ、ならびにドイツ、アルスドルフにあるＧＩＦ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｆｉｌｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｍｂＨのインターネット上での論文「 Ｂｅｄｉｅｎｕｎｇｓａｎｌｅｉｔｕｎｇ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔｍｅｓｓｗｅｌｌｅ Ｆ１ｉ／Ｆ２ｉ[Ｆ１ｉ／Ｆ２ｉトルク測定シャフト操作マニュアル]」（２００７年／改訂１．２５）およびアメリカ合衆国、ニューヨークにあるＭａｇｔｒｏｌ社の「Ｕｓｅｒ'ｓ Ｍａｎｕａｌ ＴＦ Ｓｅｒｉｅｓ Ｔｏｒｑｕｅ Ｆｌａｎｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ」（２００８年６月３日）に開示されるようなトルク測定フランジまたはトルク測定シャフトが使用されており、ここで用語トルク測定フランジとトルク測定シャフトは、本文脈において同義に使用されている。テストベンチあるいはこの種の設備またはデバイスを使用してトルクが測定されるが、これは大部分は本文脈において、測定される回転式の半組立品のトルクである。詳細にはこの種の半組立品は、特にトルクが変化する間のその反応に関して荷重を受ける対応する半組立品の動作を調べる目的で、回転する際に荷重を受ける対象となる場合がある。この方法において、例えば、摩耗、耐用年数、極端な荷重を受けるときの動作、固有振動、ガタガタする騒音などを調べることができる。

ここでＤＥ ２０ ２００６は、温度に依存する零点補償を目的として、すなわちトルクが存在しないときトルク測定シャフトによって出力される温度依存性の測定値を補償するために、デジタルインターフェースおよび温度センサをとりわけ有するトルク測定シャフトを開示する。

ＤＥ１０ ２００６ ０４４ ８２９ Ａｌ ＤＥ ４２ ０３ ５５１ Ａｌ ＤＥ １０ ２００７ ００５ ８９４ Ａｌ ＤＥ ２０ ２００６ ００７ ６８９ Ｕｌ ＤＥ １９９ １７ ６２６ Ａｌ ＤＥ １９７ １９ ９２１ Ａｌ ＤＥ １０３ ０６ ３０６ Ａｌ

ＧＩＦ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｆｉｌｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｍｂＨ「 Ｂｅｄｉｅｎｕｎｇｓａｎｌｅｉｔｕｎｇ Ｄｒｅｈｍｏｍｅｎｔｍｅｓｓｗｅｌｌｅ Ｆ１ｉ／Ｆ２ｉ[Ｆ１ｉ／Ｆ２ｉトルク測定シャフト操作マニュアル]」（２００７年／改訂１．２５） アメリカ合衆国、ニューヨークにあるＭａｇｔｒｏｌ社「Ｕｓｅｒ'ｓ Ｍａｎｕａｌ ＴＦ Ｓｅｒｉｅｓ Ｔｏｒｑｕｅ Ｆｌａｎｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ」（２００８年６月３日）

本発明の目的は、人工製品の測定を最小限にするトルク測定デバイス、トルク測定フランジならびにトルク測定方法トルクを提供することである。

１つの解法として本発明はまず、トルク測定フランジと、空転トルクに比例する値を記憶する手段、およびこの記憶された値によって測定値を補償する手段を有することを根拠にして成り立つ評価システムとを備えたトルク測定デバイスを提案する。

ここで本発明は、トルク測定フランジが空転状態にある、すなわち任意の試験体によるあらゆる荷重から、あるいはさらに外部から加えられる荷重からも完全に独立しているが、一定の測定トルクを出力すると推測される回転状態にあるという基本的な見識に起因している。したがって提案されるトルク測定デバイスによる本発明により、例えば全く荷重されない状態で測定が行われ、各ケースにおいてこの特定された空転トルクを使用して特定または測定されたトルク測定値が補償されるという点において、このようなタイプの空転トルクの特定が可能になる。

したがって本発明は２番目に、最初に空転トルクが特定され、次にこの空転トルクによって特定されたトルク測定値が補償されるということを根拠にして成り立つトルク測定方法を提案する。

これに関係して、空転トルクの実質的な部分は、トルク測定フランジ自体を利用して測定されることが確立されている。ここでトルク測定フランジは一般に、トルク測定フランジに作用するトルクに比例する値を測定する測定デバイスによって成り立っており、この測定デバイスは、例えば歪ゲージまたは他の張力計を有してよく、これを使用して、慣例的にトルクに比例するトルク測定フランジのねじれを検出することができる。これに関連して、十分に信頼できる方法でこの種の値の測定を対応して行うことができる、例えば経路計測部または同様のものなどのあらゆるデバイスを、トルク測定フランジに作用するトルクに比例する値を測定する測定デバイスとして使用することができることを理解されたい。

ついでながら本文脈において、用語「比例する」は、本ケースでは最も広い意味で理解されるべきであることを理解されたい。詳細には、本明細書では反比例の関係が使用される場合もある。同様に、それが適切である場合、トルクとこれに対応する測定可能な値との間に比較的複雑な関数依存性が見られる場合もある。既知の方法では、相当するトルクは、それが適切である場合、この関数依存性を使用するこれに相当する計算によってそれぞれの測定値から特定することができる。さらに、例えば少なくともＳＩユニットにおけるトルクの出力は、所望の測定結果に強制されるものではないことを理解されたい。むしろ、所望の測定結果を満足できる形態で得るにはトルクに比例する対応する値を出力するだけで既に十分であり得る。

したがって、トルク測定フランジ自体によって生じた空転トルクをトルク測定フランジによって確実に打ち消すことができるように、またはこの種の空転トルクを特に確実に補償することができるように、本発明は３番目に、トルク測定フランジに作用するトルクに比例する値を測定するための測定デバイスを備えたトルク測定フランジを提案しており、このトルク測定フランジは、空転トルクに比例する値を記憶する手段を有し、トルク測定フランジに設けられた評価ユニットを根拠として成り立っている。

この方法において、ある特定のトルク測定フランジに関して特定された空転トルクは、対応するトルク測定フランジも同様に使用されるときに限って考慮されるということを比較的簡単に保証することができる。これに関して、それが適切である場合、複雑でありそれ故エラーが発生し易いデータベースの中で行う必要がある、対応するトルク測定フランジに対する各空転トルクの固有の割り当てをせずに済ますことも可能である。したがってこういったタイプの構成により、それが適切である場合、トルク測定フランジを迅速にかつ確実に交換することが可能になる。

トルク測定デバイスまたは対応するトルク測定フランジを較正する可能性および必要性は、従来技術から、特に最初に引用されたインターネット上の刊行物から、またさらにＤＥ２０ ２００６ ００７ ６８９ Ｕ１、ＤＥ １９９ １７ ６２６ Ａｌ、ＤＥ １９７ １９ ９２１ ＡｌおよびＤＥ １０３ ０６ ３０６ Ａｌから知られているが、上記の刊行物はいずれも、速度依存性が補償されるべきであり、かつこれは空転あるいは速度によって生じる零点変位を考慮することによる有利な方法で実現されるべきであることは示唆していない。

好ましくは、空転トルクに比例する記憶された値によって測定値を補償する対応する補償手段がトルク測定フランジに設けられる。こういったタイプの構成により、特にトルク測定フランジが回転するような場合でも、それまでにトルク測定フランジに対して直接これに相当する補償を行うことが可能になる。この方法では、伝送する必要があるのは補償の後に存在する測定信号のみである。それ以外の方法では、それが適切である場合、トルク測定フランジにある記憶手段に記憶され、かつ空転トルクに比例する１つまたは複数の値を別々のステップで評価ユニットに伝送することが恐らく必要になる。

さらに、それが適切である場合、空転トルクは速度に依存することが確立されている。ここでこれは空気抵抗または他の遠心力によって、あるいは実質的に測ることのできない不正確性または不均衡性がかさむことによって恐らく生じるものと考えられている。この点に関して、記憶手段が一定の速度に割り当てられた速度依存性の空転トルクに比例する値を記憶する手段を備えている場合に、それは特に有利であることが証明されている。この方法では、対応する複数の空転トルクを速度に依存するように記憶することが可能であり、この空転トルクによって、好適な外挿法または内挿法またはそれ自体従来技術から既知である他の手段を利用して対応する補償を行うことが可能になる。ここで様々な測定値の代わりに、これに対応して既に外挿または内挿された関数依存性を保持することも可能である。

さらに、速度に依存する値を特定するセンサがトルク測定フランジに設けられた場合、それはしかるべく有利である。第１の例において、特に既知のトルク測定デバイスは一般に、速度を測定するためのデバイスをいずれにせよ提供するため、対応するセンサが設けられる位置はまちまちであるように思われる。一方既知の速度測定デバイスは、それ以外の方法では、ロータから慣習的に厳密にはそれと一緒に回転しない評価システムに速度または速度に比例する値を別々に伝送しなければならないため、例えば筐体またはフレームなどのステータ上に限定して対応するセンサを有する。本発明はこの点に関しては、まさにしかるべく回転可能なトルク測定フランジ上にセンサを設ける必要があるため、このような現行の慣例に起因するものであり、それが適切である場合、固定式の、すなわちトルク測定フランジと一緒には回転しない信号伝送器が各回転においてセンサに検出されるべき信号を出力する。例えばこのタイプの信号伝送器は、永久磁石であってよく、その磁場は、ホール効果センサまたは回転するフランジと一緒に回転するリードスイッチによって検出することができる。この文脈において、この点に関して、十分信頼して速度を特定することができる任意の好適なセンサを有利に使用すべきであるということをまさしく理解されたい。

これに対応して特定されかつ補償された測定結果をトルク測定フランジによって送出することができる。ここでこのような送出は、測定値または別の値を第１の小組立体から第２の小組立体に伝送することを可能にする既知のいずれかの形態で行うことができる。好ましくは送出は、測定の構成自体への影響が最小限になり得るように非接触式に行われる。トルク測定デバイスの固定部品は、これに対応して送出された信号を受信する受信器を有することができる。特に速度に比例する値が周波数変調されて伝送される場合、光を利用する伝送が特に有利であることが証明されている。伝送は極めて低いエネルギーであり、その結果トルク測定フランジは極めて小さい電力源で十分である。

先に記載した空転修正に付け加えてまたはその代替として、本発明の目的はまた、評価システムが経時的にトルク測定フランジの零点を記憶するメモリを利用することで成り立っている場合、トルク測定フランジと評価システムとを備えたトルク測定デバイスによって達成される。従来技術によると、零点の統計的変位は、例えば荷重の方向の変化または他の荷重の変化、温度変動または振動および同様のものなどによって生じる可能性があり、これは規則的に行われる較正措置によって容易に検出することができるが、長時間にわたって生じるドリフト作用は、このシステムによって確定された方法における単独の較正措置による検出から逃れてしまうため、このような措置では検出することができない。このようなタイプのドリフト作用は、例えばトルク測定フランジ内にある残余の応力に関連する場合があり、この残余応力はトルク測定フランジそれぞれが機械生産された後、かなりの長期間にわたって消散するしかない。同様にこれは、現行ではその後に続く測定プログラムによって測定する本体にもたらされる応力に関連している場合もある。またこれは、アナログ信号処理要素の安定性が不十分であること、およびアナログ測定値の受信装置に関係することも考えられる。具体的には相当する関連性に対する知識がないこと、および相当するドリフトがかなりの長い期間にわたって有効になることが、これまでこの問題に対峙することを阻んできた。この現象に配慮するには、時間の関数として零点を記憶するしか方法がない。

詳細には零点ドリフトは、特にメモリに保存されたデータに基づいてしかるべく測定することが可能であり、この零点ドリフトを使用して特定されたトルク測定値を補償することができる。

好ましくは、特に測定の良否をチェックできることを目的として、行われた修正の概要が使用者に残されるように、トルク測定デバイスは零点ドリフトを表示するための手段を有する。一方、このようなタイプの表示装置を使用しない場合もあり、使用者が対応する表示装置によって煩わされずにデバイス内で修正を行うことができる点を理解されたい。しかしながら各トルク測定デバイスが相当する零点ドリフトを受けることは立証されており、先に説明した修正によって相当する零点ドリフトが一見したところ存在しないこと、およびトルク測定の零点は統計的に、トルクが存在しない、すなわちトルク＝０Ｎｍの零点を中心に変動することのみを保証することができる。この点に関して、行われる修正もまた、統計的な変動に直接作用しかつ対応する較正方法で短時間作用するだけのそれ自体が既知の較正とは区別されるべきである。

好ましくは、零点の記憶はメモリ内で一定の温度で行われる。この方法では、温度によって生じる零点ドリフトに対する影響が最小限になることを保証することができる。これに関連して、用語「一定の温度」は、所定の時間間隔における温度変化が所定の温度差より小さい状態を指す。

好ましい構成において、測定されたトルクが複数の測定にわたって閾値を下回る場合、零点ドリフトを特定するために零点が記憶される。この方法において、実際の履行によっては、自動的に零点を記録し、それが適切である場合同様に対応する補償も自動的に行うことができるように、使用者が作用しなくとも零点を記録することが可能である。結果として使用者を解放することができ、操作エラーの危険性を最小限にすることができる。自動化するために他の方法を使用することも可能であり、先に記載した方法は、実施するのに比較的簡単であり信頼できる手法に等しいことを理解されたい。

先に説明したように、零点がドリフトしたり少しずつ動いたりすることを完全に阻止することは不可能ではあるが、構造的な手段を利用して零点がドリフトしたり少しずつ動いたりするのを最小限にすることは可能である。このために、例えば少なくとも従来よりトルクによって荷重されるトルク測定フランジの領域をチタン、好ましくはグレード１から１０のチタンによって形成することが提案される。代替としてまたはこれに付け加えて、荷重変化ヒステリシスが基準トルクの０．０３％を下回るトルク測定フランジを設けることも可能であり、驚くべきことにこれは極めて小さい零点ドリフトを同様に有する。この方法において、必要な修正はその絶対値から見て最小限となり得るが、こういったタイプの修正をしなければ零点ドリフトを回避することはできない。一方、それが適切である場合、零点ドリフトの修正は、これらの構造上の手段を利用するならばそれなしで済ませることも可能であり、各測定の前後にそれが十分低いときに簡素な較正手段を利用してドリフトの大きさを検出することができることを理解されたい。

一方で時間の関数としてトルク測定フランジの零点を記憶する対応するメモリを、トルク測定デバイスの固定式の評価ユニットの中に設けることもできることを理解されたい。空転修正に関して既に説明してきたように、対応するトルク測定デバイスの固定式のシステムに測定値を伝送する前に対応する値および修正が既に行われているように、同様に対応するトルク測定フランジにまたはその上にメモリを配置することもできる。

本発明のさらなる利点、目的および特徴が、本発明によるトルク測定デバイスまたはトルク測定フランジが例示の目的で示される添付の図面に基づいて説明される。

対応するステータを備えた本発明による第１のトルク測定フランジの概略図である。 対応するステータを備えた本発明による第２のトルク測定フランジの概略図である。 トルク測定デバイスを備えたテストベンチの基本構造を示す図である。 零点ドリフトを測定し修正するための方法の流れ図である。 図４による方法の流れ図における静止状態の検出の詳細を示す図である。 図４による方法の流れ図における温度の恒常性の詳細のチェックを示す図である。 図４による方法の流れ図の統計的評価の詳細を示す図である。 零点ドリフトを修正しない場合の測定結果を例として示す図である。 零点ドリフトを修正した場合の測定結果を例として示す図である。

図１および図２に図示されるトルク測定フランジ１００および２００をトルク測定フランジ１として、図３に例示の目的で示されるようにテストベンチ２の伝動機構の中に設けることができる。ここで伝動機構は、例えば電気モータなどの駆動モータ３を有しており、これを利用してテスト試験体４を駆動させることができる。ここで、テストベンチ２の実際の構造は、その要件に相対的に個別に適合させることができる。図３に示される例示の実施形態において、テスト試験体４は一方が、中間シャフト５を介して、テスト試験体４から離れた方を向く側が駆動モータ３に回転式に固定されて接続されたトルク測定フランジ１に接続され、他方が中間シャフト６を介して、詳細にはブレーキとして、さらには例えば発電機、すなわち電気ブレーキとして構築することができる荷重デバイス７に接続される。中間シャフト５、６およびさらには荷重デバイス７は、それが適切である場合使用せずに済む場合もあることを理解されたい。また別の小組立体を設けることも可能である。

テストベンチ２の回転式の小組立体はいずれも、この例示の実施形態において共通の軸８を中心として回転するが、これは必ずしも必要なことではない。むしろ、個々の小組立体の対応する回転軸は、互いに対して一定の角度を成してまたは互いに対して傾斜して互いからずらされて配向される。

図３に詳細には示されていないセンサを利用して、先に記載した小組立体の様々な動作パラメータを検出し記憶し、詳細には評価デバイス９を備える評価システムにおいて好適な方法で処理することができる。ここで評価システムは、一方で対応する測定値の受信装置またはセンサを備え、かつ他方で詳細にはデータ処理システムを利用して実行することができる対応するコンピュータ記憶装置または演算ユニットを備える。一方、個々の測定値は、現場で直接小型の評価ユニットにおいて特定の計算、調整または補償を既に受けている場合もある。

この点に関して、テストベンチ２にある駆動モータ３、トルク測定フランジ１、テスト試験体４および荷重デバイス７ならびに中間シャフト５および６、先に記載したセンサおよび評価システムで１つのトルク測定デバイスを形成し、これを使用して、それに作用する様々な荷重を受けるテスト試験体４の動作を、特に変化するトルクに関して、およびさらには可変の速度の関数として測定することができる。

各ケースにおいて図１および図２に示されるトルク測定フランジ１００または２００は、フランジと共に回転し、各ケースにおいてマイクロコントローラ１１１または２１１によって基本的に制御される評価ユニット１１０または２１０を有しており、このマイクロコントローラは、各ケースにおいてブリッジ回路内に配置された歪みゲージ１２０または２２０によって測定され各ケースにおいてＤ／Ａ変換器１１２または２１２を利用して増幅器１２１または２２１によって増幅される測定信号を修正することができる。これに対応して修正された信号は、変調器１１３または２１３で周波数変調され、発光ダイオード１１４または２１４によって送出される。ここで対応して周波数変調された信号１１５または２１５が半径方向のあらゆる方向に十分均等に送出されるように、トルク測定フランジ１００、２００の周縁部に各ケースにおいて複数の発光ダイオード１１４または２１４が設けられる。

電力源として、図１および図２に示されるトルク測定フランジ１００、２００は、各ケースにおいてロータコイル１３０または２３０としてそれぞれのトルク測定フランジ１００、２００と一緒に回転し、対応するステータ１３２または２３２内にステータコイル１３１または２３１として配置されるコイルを介して中に電圧が誘導されるコイルを有する。相当する電力が、増幅器１２１、２２１、歪みゲージ１２０、２２０、マイクロコントローラ１１１、２１１ならびにそれぞれのトルク測定フランジ１００、２００上の残りの電気または電子小組立体に供給される。

２つの例示の実施形態において、ロータコイル１３０、２３０は、駆動側１０４または２０４、すなわちそれぞれのトルク測定フランジ１００、２００の駆動モータ３に面する側に配置される（図３を参照）。この方法では、誘導によって生じる可能性のあるいかなるフィードバック効果も測定結果に影響することは不可能であり、あるいは試験体側１０５または２０５から、すなわちテスト試験体４の側、すなわち駆動モータ３から離れるように向いている側から（図３を参照）作用するトルクのみが、当面の測定のその場合における対象であるため測定結果へのその影響は微々たるものである。

各ケースのステータ１３２、２３２は、周波数変調された信号１１５、２１５を受信し、この信号を評価デバイス９（図３を参照）に供給することができる光電池１１６または２１６を担持している。発光ダイオード１１４、２１４が広範囲にわたって配置されるため、光電池１１６、２１６は、トルク測定フランジ１００、２００が回転する際のどの角度でも周波数変調された信号１１５、２１５を受信することができる。これに関連して、対応する受信器がステータ側に設けられている限り、周波数変調された光信号を送出したり伝送したりする代わりに、所望する任意の他の方法で相当する測定結果をトルク測定フランジ１００、２００によって送出することも可能であることに理解されたい。

回転軸１０１または１０２に対して９０°より小さい角度で対角線上に半径方向内側から半径方向外側に向かう、発光ダイオード１１４、２１４から光電池１１６、２１６までの信号経路を利用して発光ダイオード１１４、２１４の光の円錐を最適に使用することができ、これにより可能な限り少ない数の複数の発光ダイオード１１４、２１４で生成された最大の信号を保証することができる。その結果、発光ダイオード１１４、２１４の数およびこれにより対応する電力要件を最小限にすることが可能になる。

さらに、各ケースにおいてトルク測定フランジ１００、２００に温度センサ１４０または２４０が設けられる。温度センサ１４０または２４０のデータは、各ケースにおいてマイクロコントローラ１１１、２１１に供給され、その結果、マイクロコントローラは、ＥＥＰＲＯＭ１１７または２１７に記憶されたデータに基づいてそれぞれの温度センサ１４０、２４０の温度測定値により、Ｄ／Ａ変換器１１２、２１２を利用して増幅器１２１、２２１によって出力された信号の熱依存性の修正を行うことができる。歪みゲージ１２０、２２０に基づいて、反対の位置で指示する回転方向の矢印１０２、１０３または２０２、２０３によって示されるトルクが特定され、これを温度に対して補償して転送することができる。これはまた、トルク測定フランジ全体がまたは図３に示される構成が回転する場合に特に有効である。

速度に依存する値を特定するために、図１に示されるトルク測定フランジはマイクロコントローラ１１１に接続されたホール効果センサ１５０を有する。さらに、ホール効果センサ１５０がそれぞれの回転に関する対応する信号を出力し、その信号から速度を容易に測定することができるように、図１による構成ではステータ１３２上に永久磁石１５１が配置される。測定精度を上げるために、複数の永久磁石１５１をステータ１３２上にその周縁部にわたって配置されるように設けることも可能であり、および／またはホール効果センサの代わりに、例えばリードスイッチをしかるべく設けることも可能であることを理解されたい。

図２に示されるトルク測定フランジ２００は、速度に比例する値を測定するために電圧メータ２５０を有し、これは中でもとりわけ速度に依存するロータコイル２３０内に誘導された電圧を測定し、相当する測定値をマイクロコントローラ２１１に供給する。

ＥＥＰＲＯＭ１１７、２１７にそれぞれ記憶され、かつ空転トルクに比例する値を構成する対応するデータに基づいて、各マイクロコントローラ１１１、２１１は速度依存性の空転トルクに比例する値を出力し、これにより各変調器１１３、２１３を介して出力された測定値をしかるべく補償することができる。

ＥＥＰＲＯＭ１１７、２１７では、例えば一方で補償に関する対応する補償機能のパラメータを記憶し、あるいは他方で速度の関数として個々の空転トルクを記憶すること可能であり、これにより個々のケースにおいて補償を計算することができることを理解されたい。評価ユニット１１０および２１０内にしかるべく他の補償方法を設けることも容易に考えられる。

速度を測定するのに他の方法を使用することもできることを理解されたい。詳細には、遠心力に依存するように速度を表示する力の測定を行うこともできる。例えば、従来の加速度センサをしかるべく使用することも可能である。

しかしながら各トルク測定フランジ１００、２００上で必ずしも補償を行う必要がないことは明らかである。それは、例えば非回転式の評価デバイス９において行うこともできる。実際には各トルク測定フランジ１、１００、２００は、要件次第ではテストベンチ２上で交換する必要があり、かつ各トルク測定フランジ１、１００、２００に関する空転トルクは一般に特有のものであるため各トルク測定フランジ１、１００、２００と空転トルクに比例する記憶値との割り当てを行う必要があり、この割り当ては相対的に複雑でありエラーが発生しやすいものではあるため、上記の結果として、既に述べたように本発明による目的の一部を果たすことができることを理解されたい。

各速度センサを事前に配置すること、すなわちトルク測定フランジ１００にホール効果センサ１５０を、またはトルク測定フランジ２００に電圧センサ２５０を事前に配置しておくことは、相当するレトロフィットを行うのに図１による構成の場合は永久磁石１５１のみが必要であり、図２による構成の場合は補助的な手段は全く必要ないため、テストベンチが独立した速度測定を行わないときでも、このようなタイプのトルク測定フランジ１００、２００に対して何の問題も生じることなく、そこに在るテストベンチ２のレトロフィットを行うことができるという利点を有する。

詳細には、各トルク測定フランジ１、１００、２００上で補償が行われる場合、例えば別々の研究室で各トルク測定フランジ１、１００、２００を外部から較正することが容易に可能である。それぞれの較正データは、各トルク測定フランジ１、１００、２００にある記憶手段に簡単に保存することができる。このタイプの較正措置は、各データまたは値の対応する割り当てが確実である限り、他の構成のケースでも容易に行うことができることを理解されたい。

零点ドリフトの測定かつ修正は、それが適切である場合、評価ユニット１１０および２１０内でそこに在るメモリを使用して、あるいは評価デバイス９内でそこに在るメモリを使用して容易に実行することができ、図４に示される方法に従って進められる。このために、温度センサ１４０または２４０および歪みゲージ１２０または２２０を利用して、零点、すなわちトルクが存在しない場合のトルク測定値が測定され、時間の関数としてメモリ（参照番号は付与されてない）に保存され、これは最終的には任意の所望の時点で提供することができる。統計的変動が除かれた零点ドリフト１０が結果として生じ、これは修正する必要がある。

このために静止状態の検出２０が行われ（図５を参照）、測定の開始時にゼロに設定された（参照番号２３）カウンタｉの値が増加し（参照番号２４）、測定値ｙの所望の数字と比較される（参照番号２６）ことで、ループ２１の中で、ｙ測定値（ｙは、測定値の数字）の中にトルク閾値ｘ（トルク閾値問い合わせ２５）を下回るトルクＭ１（参照番号２２）があるかどうかがテストされる。このような場合、テストベンチ２が静止状態であることから進められる。一回の測定でトルク閾値ｘを超えた場合、ループ２１は新たにトルク閾値問い合わせ２５から始められ、カウンタは再びゼロに設定される（参照番号２３）。同様に、温度テスト２７が温度が十分に安定していないという結果を出した場合にもループ２１は新たに開始される。

本例示の実施形態において、温度テスト２７は、温度ビットＴ４を照会することによって行われ、例えば第１の温度測定３２（Ｔ２）およびそのしばらく後の第２の温度測定３３（Ｔ１）の後でそれが１に設定された場合（参照番号３０）、温度差識別３４で特定された温度差Ｔ３は、温度閾値ｔを下回って提示される（参照番号３５）。そうでなければ、温度ビット３０は、値０を受け取る（参照番号３１）。本例示の実施形態において、静止状態検出２０に関してループ２１の最初で第１温度Ｔ２が測定され、第２温度Ｔ１は、すべてのパスがループ２１を通る際、すなわちカウンタの全ての増加分２４によって測定される。実際の実施形態によっては、温度テスト２７を確実にするために時間内の他の時点で温度を測定してもよいことを理解されたい。

温度テスト２７によると温度が十分に安定している場合、その時測定されたトルクＭ１は、時間ａの関数（参照番号２８）として零点Ｍｄとして保存され、行われた測定シーケンスに従って、零点測定の間テストベンチ２が静止状態であったこと、およびトルクによって荷重されずかつ大きな温度変動も課せられなかったことから進められる。

この後に統計的評価が行われ、無効値、例えば予想しなかった異常値または旧式のやり方で測定された値などが最初に取り除かれ（参照番号４１）、その後平均値が計算される（参照番号４２）。続いて修正値が計算され（参照番号５０）、これに関しては平均値の他に経時的変動も考慮される。

相当する修正値が、その後それぞれの測定値に加えられ（測定値の修正６０）、その結果として長期間の零点ドリフト７０を回避することができ、それぞれの事前の測定状況、または一時的にその時に生じている他の条件が原因で生じる零点の統計的変動のみが残される。これは、実際の測定に基づいて図８ａおよび図８ｂで明確にされており、図８ａは、時間内のその時点で克服することができないテストベンチの零点ドリフトを示しており、図８ｂは、零点ドリフトを修正することによって零点の平均値が、同一の測定期間にわたってどのように一定に維持されるかを示している。

１ トルク測定フランジ
２ テストベンチ
３ 駆動モータ
４ テスト試験体
５ 中間シャフト
６ 中間シャフト
７ 荷重デバイス
８ 回転軸
９ 評価デバイス
１０ 零点ドリフト
２０ 静止状態検出
２１ ループ
２２ 測定トルク
２３ カウンタをゼロに設定する
２４ カウンタを１だけ増加させる
２５ トルク閾値問い合わせ
２６ 測定値の数字との比較
２７ 温度テスト
２８ 経時的に零点を保存する
３０ １にされた温度ビット
３１ ０にされた温度ビット
３２ 第１温度測定
３３ 第２温度測定
３４ 温度差識別
３５ 温度閾値の照会
４０ 統計的評価
４１ 無効値の除去
４２ 平均値の計算
５０ 修正値の計算
６０ 測定値の修正
７０ 長時間の零点ドリフト
１００ トルク測定フランジ
１０１ 回転軸
１０２ 回転方向
１０３ 回転方向
１０４ 駆動側
１０５ テスト試験体側
１１０ 評価ユニット
１１１ マイクロコントローラ
１１２ Ｄ／Ａ変換器
１１３ 変調器
１１４ ＬＥＤ
１１５ 周波数変調された信号
１１６ 光電池
１１７ ＥＥＰＲＯＭ
１２０ 歪みゲージ
１２１ 増幅器
１３０ 回転コイル
１３１ ステータコイル
１３２ ステータ
１４０ 温度センサ
１５０ ホール効果センサ
１５１ 永久磁石
２００ トルク測定フランジ
２０１ 回転軸
２０２ 回転方向
２０３ 回転方向
２０４ 駆動側
２０５ テスト試験体側
２１０ 評価ユニット
２１１ マイクロコントローラ
２１２ Ｄ／Ａ変換器
２１３ 変調器
２１４ ＬＥＤ
２１５ 周波数変調された信号
２１６ 光電池
２１７ ＥＥＰＲＯＭ
２２０ 歪みゲージ
２２１ 増幅器
２３０ 回転コイル
２３１ ステータコイル
２３２ ステータ
２４０ 温度センサ
２５０ 電圧センサ

Claims (3)

1. トルク測定フランジと評価システムとを備えたトルク測定デバイスであって、前記トルク測定フランジが、トルクを測定するための歪みゲージを有し、前記評価システムが、トルク測定フランジの回転速度に応じた空転トルクに比例する値を記憶する手段と、前記記憶された値によって測定値を補償する手段と有し、
   前記記憶手段および前記補償手段が、トルク測定フランジ上に設けられ、
   トルク測定フランジの回転速度に応じた値を特定するために前記トルク測定フランジ上にセンサが設けられることを特徴とするトルク測定デバイス。
2. 各回転において前記センサによって検出されるべき信号を回転式に固定された信号伝送器が伝送することを特徴とする、請求項１に記載のトルク測定デバイス。
3. 歪みゲージによるトルク測定方法であって、トルク測定フランジの回転速度に応じた空転トルクが最初に特定され、次に前記空転トルクによって、歪みゲージによって測定されるトルク測定値が補償され、
   前記トルク測定値の補償が、回転式のトルク測定フランジ上で行われ、補償された前記トルク測定値が、前記トルク測定フランジから送信されることを特徴とするトルク測定方法。

Images