JPS6161026A - 軸トルク計 - Google Patents

軸トルク計

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JPS6161026A
JPS6161026A JP60141448A JP14144885A JPS6161026A JP S6161026 A JPS6161026 A JP S6161026A JP 60141448 A JP60141448 A JP 60141448A JP 14144885 A JP14144885 A JP 14144885A JP S6161026 A JPS6161026 A JP S6161026A
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JP
Japan
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coil
shaft
coils
torque
reluctance
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JP60141448A
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English (en)
Inventor
シドニー　ヒメルスタイン
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S HIMMELSTEIN AND Co
Original Assignee
S HIMMELSTEIN AND Co
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Publication date
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    • 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
    • G01L3/02—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
    • G01L3/102—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 magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
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    • 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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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • High-Pressure Fuel Injection Pump Control (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｍ朶よ（２）科囲竹 本発明は、トルク計に関し、特に軸トルク計に関する。
僅迷Ｑ歎ｉ（工良か」広−しようとする１１阻豆軸を通
じて伝達されるトルクを指示するための種々の型式のト
ルク計が従来から開発されている。
一つの型式のかかるトルク計は、軸に取付けられたひず
み計を用いている。かかるトルク針は、上記の如きトル
ク伝達を指示するための優れた手段であり、業界に広く
用いられている。
しかし、若干の用途においては、荷重のかかっている軸
連絡１ｆＭ（ｓｈａｆｔ　ｎｅｔｉｖｏｒｋ）の機械的
特性に何等の変化をも生じさせないことが望ましい。か
かる用途の一つとしてはタービン機械等があり、かかる
場合においては、かかる機器を通例運転させる高速度に
おいて軸の動力（ｓｈａｆｔ　ｄｙｎａｍｉｃｓ）を最
適化して効率的な運転が得られるように、軸の特性が正
確に設計されている。
また、駆動部材の位置換えを避け、または、軸の平衡、
軸の超過荷重容量、及び／又は軸の剛性に影響を与える
ことを避けることが望ましい他の形式の機器においては
、非貫入式（ｎｏｎｉｎｔｒｕｓｉｖｅ）のトルク計が
有利に用いられている。
かかる非員人式軸トルク計は、一般に、加えられるトル
クから生ずる剪断応力によって軸内に誘起される磁気異
方性を利用するように構成されている。
現在市販されているこの型式の非貫入式軸トルク計には
、いろいろな理由によって生ずる擬似（ｓｐｕｒｉｏｕ
ｓ）信号のために、測定の正確性が制限されるという重
大な欠点がある。かかる擬似信号は、軸内の残留磁気不
均一性、軸の機械的振動の影響、並びに軸の振れ及びこ
れにイ〈１随する空隙の変化の影響によって、発生ずる
。従来の多くの構造において生している他の問題は、ゼ
ロ点を決定する軸の位置の変動から生ずる出力の残留変
動である。
ゼロ点位置決めのかかる変動のために、測定の確実性が
かなり低下する。
従来の非貫入式トルク計の他の重大な欠点は、る正確性
に対する悪影響である。かかる温度勾配は、一般に、動
力消費装置と動力発生装置とが軸に沿って相異なる点に
配置されている軸系において、存在する。
互いに間隔をおいた巻線及び付属の磁気構造体を軸の周
囲に用いるということは一つの解決策であったが、上述
した如き使用中の軸の異常及び曲りによって生ずる信号
変化を完全に除去する（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ　ｏｕｔ）
　ことはできなかった。
本発明は、従来の構造の非貫入式トルク計の欠点を新規
■一つ簡単な仕方で除去するように改良した構造の非貫
入式トルク計を提供しようとするものである。
餅則４張策−解酊腫段。−１排− より詳細には、本発明にかかる非貫入式トルク計は、軸
に生ずるトルク応力の結果として磁気抵抗の変化する上
記軸におけるトルクを測定するためのものである。この
本発明トルク針は、上記軸の回りに同軸的に配置される
ように構成された環状の第１のコイルと、上記第１のコ
イルと空間直角状（ｉｎ　５ｐａｃｅ　ｑｕａｄｒａｔ
ｕｒｅ）となるように上記第１のコイルの環状軸線と同
軸的に上記第１のコイルの回りに巻回された第２のコイ
ルと、上記コイル相互間の磁束結合路内に上記軸を含む
ように上記コイルを上記軸の回りに同軸的に取付けるた
めの手段と、上記コイルのうちの一方のものを励起巻線
となし及び上記コイルのうちの他方のものをピックアッ
プ巻線となすように上記コイルのうちの上記一方のもの
を電気的に励起するための手段と、を有しており、上記
両コイルは、上記軸にトルクが無い場合には有効に結合
が解除され、及び、上記軸にトルクが生ずるのに従って
可変的に結合されて、上記軸の磁気抵抗に対応的変化を
生じさせるようになっており、更に、上記軸に生ずるト
ルクの結果として生ずる上記軸の磁気抵抗の変化の結果
として上記ピックアップ巻線コイルに生ずる電圧に対応
する信号を提供するための手段を有している。
本発明は、また、］ルクを測定すべき軸の周りに配置さ
れるコイルの周りに延びる環状磁心構造体であって、上
記軸とともに低磁気抵抗磁路を形成する環状磁心構造体
をもっている非貫入式トルク計を提供しようとするもの
である。
本発明は、また、コイルを外部磁界から遮蔽するために
上記コイルの周りに延びる遮蔽手段を含む構造の非貫入
式トルク計を提供しようとするものである。
本発明の実施例トルク計においては、信号提供手段が、
電圧項中器を含んでいる。
本発明の実施例トルク計においては、信号提供手段が、
信号の位相と励起巻線の位相とを比較するための位相検
出器を含んでいる。
本発明の実施例トルク計においては、電気的に励起する
手段が、一定の交流電源を提供するための手段を具備し
ている。
磁心構造体及び遮蔽手段は、割り環状構造体であっても
よい。
本発明のトルク創は、構造が極めて簡ｉｌｌ目、つ安価
であり、しかも非常に望ましい改良された正確性及び長
寿命を提供する。
本発明の他の特徴及び利点は、図面を参照して行なう本
発明の実施例についての以下の詳細な説明から明らかに
なるであるう。
実施例 図面に示す本発明の実施例のトルク酎１０は、軸Ｓに生
ずるトルクを測定するためのものである。
上記トルク計は、軸Ｓの回りに環状に同軸的に延びるコ
イル構造体１１及び付属の制御回路１２を有してお杓、
上記軸に生ずるトルクに対応する出力信号１３を１是供
するようになっている。
第１図に示すように、コイル構造体１１は、−り舵軸の
回りにらせん状に同軸的に延びており軸の回りに回転図
形（ａ　ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）
を効果的に形成する第１のコイル１４を有する。
コイル構造体１１は、更に、第１のコイル１４の軸線の
回りにらせん状に巻回されており軸Ｓの軸線１６の回り
に同軸的に延びて第２の回転図形を効果的に形成する第
２のコイル１５を有する。
図から解るように、コイル１４及び１５の磁束界は、空
間直角状（ｉｎｓρａｃｅ　ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）を
なしており、この結果、軸Ｓに生したトルクの結果とし
ての剪断応力が該軸Ｓに生しないときには、上記２つの
磁束界間の結合がないようになっている。
コイル構造体１１は、更に、該コイル構造体を上記軸の
軸線１６と同軸的に正確に配置するためのブラケット手
段１７を有する。
更に第１図について説明すると、第１のコイル１４は、
普通の６０Ｈｚ、１２０ｖの電力系の給電線Ｌ　１及び
Ｌ２に接続されている定電流交流電源１８によって、励
起される。このように接続されると、コイル１４は、−
次または励起巻線を形成する。コイル１５は、二次また
はピックアップ巻線を効果的に構成し、そして、適当な
増巾器１９に接続されて所望の出力信号を提供するよう
になっている。
更に第１図について説明すると、接続２０により、定電
流源１８から、増巾器１９の出力端子に接続された位相
感知検出器２１、位相基準信号が与えられてもよい。
励起用電源即ち定電流源１８は、好ましくは、１ないし
５ＫＩＩｚの範囲内の励起信号をコイル１４に与える。
かかる周波数範囲によれば、表皮効果により、励起磁界
は５．上記軸の外面部分内にだけ広がる。このことは、
機械的応力信号が、上記外面に隣接する場所で最大値で
あるという点で極めて望ましいことである。従って、上
記軸の表面部分の磁気飽和が簡争に得られ、この系から
のヒステリシスが除去されるようになる。また、コイル
構造体１１の使用により、軸の曲げモーメントから生ず
る擬似信号が完全に抹消され、これにより、出力トルク
信号の正確性が更に改善される。
上記軸の表面部分の磁界飽和を確保するために、割り環
状の磁心構造体２２を設けである。図示のように、上記
磁心は、適当なブラケット２３で支持されて定置式の非
回転の磁心構造体となっていてもよく、これによれば、
磁気回路の効率が増して上記軸の材料の所望の飽和が得
られるだけでなく、更に、上記コイル構造体を周囲磁界
から遮蔽するための手段を形成できる。
当業者には明らかに解るように、上記磁心構造体は、任
意の適当な磁心構造体であってよい。即ち、−上記磁心
構造体は、フェライト片から加工または成形したもの、
または積層体から形成したものであってもよい。上記磁
心構造体を用いる場合には、好ましくは、第１図に示す
ように、第１のコイル（コア）１４を励起コイルとして
用いる。
かかる磁心構造体を用いない場合には、当業者には明ら
かに解るように、上記コイルのうちのいずれを励起コイ
ルとしてもよい。
それゆえ、本発明によれば、上記コイルのうちの一方を
電気的に励起して該コイルを励起巻線となし、そして上
記コイルのうちの他方をピックアップ巻線となすための
手段が提供される。上記両コイルは、上記軸にトルクが
生じていない場合には有効に結合が解除され、そして、
上記軸にトルクが生ずるのに従って可変的に結合されて
、上記軸の磁気抵抗に耐応的変化を生じさせる。前述し
たように、上記軸の可変磁気抵抗部分は、該軸の外面部
分に効果的に限定され、これにより、トルりの測定精度
が改善される。
発明の効１ｌｊ （；発明の改１（さ４また構造のトルク計は、従）Ｖの
非臀入６１１気武１ル々計においては得られなかった高
度の＋Ｆ　ｆ＆　ｉ’ｔを提供する。１ＩＩＩち、本発
明の横ｉ告のトルク計は、軸のφ１１力に影響を与える
ことなしにトルク測定を行いたい場合に好適である。前
述したように、かか７１使用は、例えはタービンの運転
のように馳Φｈ系力棉’１１　ｉ士ご運転し、でいる場
合に特に有効である。
駆ｆＩ＋系の駆動装置または従動装置、及び該駆動装置
の他の回転部材の位置換えの必要性を避けることに３Ｆ
、って、本発明のトルク５１は、低連用にも好適である
。
従って、本発明のトルクａ１は、産業−Ｌの広い適用性
がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のトルク計装置を示す斜視図、第２図
は、Ｉ・ルクＡ１の：Ｉイル手段と関連した割りｔｎ心
構造体の使用を示す横１ｖｉ面図、第３図は、第２図の
３−３線にほぼ沿う横断面図である。 １０・・・］・ルクＡｔ、Ｉ　Ｉ　・・・コイルｔｌｌ
　遺体、１２・・・制御回路、１４・・・第１のコイル
、１５・・・第２のコイル、１７・・・ブラケット手段
、１８・・・定電流交流電源、１９・・・増中器、２１
・・・位相感知検出器、２２・・・割り環状磁心構造体
。 Ｃ′」

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）軸に生ずるトルク応力の結果として可変磁気抵抗
    を有する上記軸におけるトルクを測定するためのトルク
    計において、 上記軸の回りに同軸的に配置されるように構成された環
    状の第１のコイルと、 上記第１のコイルと空間直角状となるように上記第１の
    コイルの環状軸線と同軸的に上記第１のコイルの回りに
    巻回された第２のコイルと、上記コイル相互間の磁束結
    合路内に上記軸を含むように上記コイルを上記軸の回り
    に同軸的に取付けるための手段と、 上記コイルのうちの一方のものを励起巻線となし、及び
    上記コイルのうちの他方のものをピックアップ巻線とな
    すように、上記コイルのうちの上記一方のものを電気的
    に励起するための手段と、を備えており、 上記両コイルは、上記軸にトルクが無い場合には有効に
    結合が解除され、及び、上記軸にトルクが生ずるのに従
    って可変的に結合されて、上記軸の磁気抵抗に対応的変
    化を生じさせるようになっており、 上記軸に生ずるトルクの結果として生ずる上記軸の磁気
    抵抗の変化の結果として、上記ピックアップ巻線コイル
    に生ずる電圧に対応する信号を提供するための手段を備
    えているトルク計。
  2. （２）軸に生ずるトルク応力の結果として可変磁気抵抗
    を有する上記軸におけるトルクを測定するためのトルク
    計において、 上記軸の回りに同軸的に配置されるように構成された環
    状の第１のコイルと、 上記第１のコイルと空間直角状となるように上記第１の
    コイルの環状軸線と同軸的に上記第１のコイルの回りに
    巻回された第２のコイルと、上記コイル相互間の磁束結
    合路内に上記軸を含むように上記コイルを上記軸の回り
    に同軸的に取付けるための手段と、 上記コイルのうちの一方のものを励起巻線となし、及び
    上記コイルのうちの他方のものをピックアップ巻線とな
    すように、上記コイルのうちの上記一方のものを電気的
    に励起するための手段と、を備えており、 上記両コイルは、上記軸にトルクが無い場合には有効に
    結合が解除され、及び、上記軸にトルクが生ずるのに従
    って可変的に結合されて、上記軸の磁気抵抗に対応的変
    化を生じさせるようになっており、 上記軸に生ずるトルクの結果として生ずる上記軸の磁気
    抵抗の変化の結果として、上記ピックアップ巻線コイル
    に生ずる電圧に対応する信号を提供するための手段と、 上記コイルの回りに延び、上記軸とともに低磁気抵抗磁
    路を形成する環状磁心構造体と、を備えているトルク計
    。
  3. （３）軸に生ずるトルク応力の結果として可変磁気抵抗
    を有する上記軸におけるトルクを測定するためのトルク
    計において、 上記軸の回りに同軸的に配置されるように構成された環
    状の第１のコイルと、 上記第１のコイルと空間直角状となるように上記第１の
    コイルの環状軸線と同軸的に上記第１のコイルの回りに
    巻回された第２のコイルと、上記コイル相互間の磁束結
    合路内に上記軸を含むように上記コイルを上記軸の周り
    に同軸的に取付けるための手段と、 上記コイルのうちの一方のものを励起巻線となし、及び
    上記コイルのうちの他方のものをピックアップ巻線とな
    すように、上記コイルのうちの上記一方のものを電気的
    に励起するための手段と、を備えており、 上記両コイルは、上記軸にトルクが無い場合には有効に
    結合が解除され、及び、上記軸トルクが生ずるのに従っ
    て可変的に結合されて上記軸の磁気抵抗に対応的変化を
    生じさせるようになっており、 上記軸に生ずるトルクの結果として生ずる上記軸の磁気
    抵抗の変化の結果として上記ピックアップ巻線コイルに
    生ずる電圧に対応する信号を提供するための手段と、 上記コイルを外部磁界から遮蔽するために上記コイルの
    回りに延びる遮蔽手段と、 を備えているトルク計。
  4. （４）信号を提供するための手段が電圧増巾器を含んで
    いる特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
    トルク計。
  5. （５）電気的に励起する手段が、一定の交流電源を提供
    する手段を具備している特許請求の範囲第１項、第２項
    または第３項記載のトルク計。
  6. （６）信号を提供するための手段が、上記信号の位相を
    励起巻線の位相と比較するための位相検出器を含んでい
    る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載のト
    ルク計。
  7. （７）磁心構造体が割り環状構造体である特許請求の範
    囲第２項記載のトルク計。
  8. （８）遮蔽手段が割り環状構造体である特許請求の範囲
    第３項記載のトルク計。
JP60141448A 1984-08-27 1985-06-27 軸トルク計 Pending JPS6161026A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US06/644,877 US4563905A (en) 1984-08-27 1984-08-27 Shaft torquemeter
US644877 2000-08-23

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JPS6161026A true JPS6161026A (ja) 1986-03-28

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