説明

トルク測定器

【課題】
ロータリトランスを介して簡単に信号送受信の同期をとることができ、そのロータリトランスを介して符号化された信号を送受信するトルク測定器を提供する。
【解決手段】
回転子と、固定子と、回転子に取り付けられたトルクセンサと、固定子から回転子への電力供給と回転子から固定子への信号伝送を担うロータリトランスと、回転子に備えられた送信回路と、固定子に備えられた受信回路とを備え、送信回路が、固定子側から電力の供給を受けた後、トルク信号の初回の送信に先立って、受信回路との間でハンドシェーキングを行うことなく単方向通信によりタイミング調整用の擬似信号を送信し、その擬似信号を送信した後、トルクセンサで順次ピックアップされたトルク信号を順次送信する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転軸のトルクを測定するトルク測定器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より回転軸のトルクを測定するトルク測定器が知られている。このトルク測定器は、同芯に回転する2本の回転軸に挟まれた位置に連結されて、それらの回転軸が回転しているときのそれらの回転軸間のねじれにより生じる歪みを検出することにより、それらの回転軸のトルクを測定するものである。このトルク測定器は、2つの回転軸に連結されてそれらの回転軸とともに回転する回転子と、その回転子を回転方向に取り巻く固定子とを有し、回転子で検出された信号をロータリトランスを介して固定子に伝達し、その固定子に伝達された信号を整形してトルクの測定値を得る構造を有している。特許文献1には回転子から固定子にロータリトランスを介して信号を伝達する信号伝達装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平6−162383号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで近年では、上記のようなトルク検出器において、トルクのみでなく、例えばそのトルク測定器でトルクを測定しているときのそのトルク測定器の温度等の情報も得て従来よりもさらに詳細な分析を行うことが求められている。このような複数種類の信号を伝達する必要性などから、ロータリトランスを介して、符号化されたデジタル信号を送受信すすることが考えられている。しかしながらその場合、どのような簡易な手段で確実に、回転子側と固定子側との間での信号の送受信の同期をとるかが問題となる。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑み、符号化された信号をロータリトランスを介して送受信するトルク測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成する本発明のトルク測定器は、
同軸の2つの回転軸の中間に配置されそれら2つの回転軸双方の互いに対向した各一端が固定されてそれら2つの回転軸の回転に伴って回転する回転子と、
回転子を回転方向に取り巻く固定子と、
回転子に取り付けられて上記2つの回転軸を伝達するトルクを計測するトルクセンサと、
固定子に取り付けられたステータと回転子に取り付けられたロータとを有し、固定子側から回転子側への電力の供給と回転子側から固定子側への信号の伝達とを担うロータリトランスと、
トルクセンサでピックアップされたトルク信号をロータリトランスを介在させて固定子側に送信する、回転子に取り付けられた送信回路と、
固定子側に配置されロータリトランスを介在させて送信されてきた信号を受信する受信回路とを備え、
送信回路が、固定子側から電力の供給を受けた後、トルク信号の初回の送信に先立って、受信回路との間でハンドシェーキングを行うことなく単方向通信によりタイミング調整用の擬似信号を送信し、その擬似信号を送信した後、トルクセンサで順次ピックアップされたトルク信号を順次送信するものであることを特徴とする。
【0007】
本発明のトルク測定器は、回転子側の送信回路が、固定子側から電力の供給を受けた後、トルク信号の初回の送信に先立って、受信回路との間でハンドシェーキングを行うことなく単方向通信によりタイミング調整用の擬似信号を送信するものであり、簡易な構成で信号の送受信のための同期をとることができる。
【0008】
ここで、本発明のトルク測定器は、上記トルクセンサに加えさらに、回転子に取り付けられた、トルクを除く他の物理量を測定する少なくとも1つの第2のセンサを有し、上記送信回路が、上記擬似信号を送信した後、トルクセンサで順次ピックアップされたトルク信号および上記少なくとも1つの第2のセンサで順次ピックアップされた信号を時系列的に繰り返し送信するものであってもよい。
【0009】
ここで、上記の少なくとも1つの第2のセンサは、温度を測定する温度センサであってもよい。
【0010】
本発明のトルク測定器は、上記の通り簡易な構成で信号の送受信のための同期をとることができるため、同期をとった後複数種類の信号を時系列的に繰り返し送信する構成とすることも可能である。
【0011】
また、上記送信回路および上記受信回路が、マンチェスタ符号化方式により符号化された信号をそれぞれ送信および受信する回路であることも好ましい形態である。
【0012】
マンチェスタ符号化方式を採用すると、送信側が停止している状態と送信側が信号を送信している状態とを識別することができ、誤作動を低減することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明のトルク測定器によれば、ロータリトランスを介して簡単に信号送受信の同期をとることができ、そのロータリトランスを介して符号化された信号を送受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態としてのトルク測定器のハードウェア構成図である。
【図2】図1に示す構造のトルク測定器の使用例を示す図である。
【図3】マンチェスタ符号の説明図である。
【図4】図1に示す回転子に備えられた回転基板上の送信回路の概要を示すブロック図である。
【図5】図1に示す固定子に備えられた回路基板上の受信回路の概要を示すブロック図である。
【図6】図4,図5に示す送信回路および受信回路で行われる信号処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施形態としてのトルク測定器のハードウェア構成図である。
【0017】
このトルク測定器1は回転子10と固定子20とを有する。
【0018】
回転子10は円盤形状を有し、回転中心軸Оを取り巻く複数の第1の取付穴11と、その第1の取付穴11よりも内側においてやはり回転中心軸Оを取り巻く複数の第2の取付穴12とが形成されている。
【0019】
この回転子10は、2本の同芯の回転軸2a,2b(図2参照)の間に挟まるようにそれら2本の回転軸に連結される。それら2本の回転軸のうちの1本の回転軸は、回転子10の表面側から第1の取付穴11を使って回転子10に連結され、もう1本の回転軸は、この回転子10の裏面側から第2の取付穴12を使って回転子10に連結される。この回転子10は2本の回転軸間を伝達するトルクに応じて、第1の取付穴11が形成されている、回転中心軸Оから離れた側と、第2の取付穴12が形成されている。回転中心軸Оに近い側との間でねじれを生じる構造となっており、そのねじれがトルクセンサ13で検出される。このトルクセンサ13でピックアップされた信号は回路基板15に伝えられ、この回路基板15上の電子回路で処理される。またこの回路基板15には温度センサ14も備えられており、この温度センサ14からの温度信号も回路基板15上の電子回路で処理される。処理内容については後述する。
【0020】
固定子20は、回転子10との間に僅かなすき間dを隔てて回転子10を取り巻いている。回転子10と固定子20には、そのすき間dを隔てて、ロータリトランス30(図1には不図示、図4,図5参照)を構成する、それぞれロータ19とステータ29が配置されている。このロータリトランス30は、固定子20側から回転子10側への電力の供給と、回転子10側から固定子20側への信号の伝達を担っている。すなわち、回転子10に備えられている回路基板15上の電子回路は、固定子20側からロータリトランス30を介して供給されてきた電力で動作し、トルクセンサ13や温度センサ14でピックアップされたトルク信号および温度信号をロータリトランス30を介在させて固定子20側に送信する送信回路である。
【0021】
また、固定子20側にも回路基板21が備えられている。この回路基板21には、図示しない電源から供給されてきた電力を自分自身で受け取るとともにロータリトランス30を介して回転子10側に供給する電源回路と、回転子10側からロータリトランス30を介して送信されてきた信号を受信する受信回路とが搭載されている。
【0022】
ここで、回転子10に備えられている回路基板15上の送信回路は、固定子20側から電力の供給を受けた後、トルクセンサ13や温度センサ14で得られた信号の初回の送信に先立って、固定子20側の回路基板21に搭載されている受信回路との間でハンドシェーキングを行なうことなく単方向通信により、タイミング調整用の擬似信号を送信する。ここでは擬似信号として、トルクセンサ13や温度センサ14でピックアップされた信号としては有り得ない数値(本実施形態では‘FFFF’)を表す信号が使われている。この擬似信号は、受信回路側で受信ミスが発生する可能性を考慮し、複数回(本実施形態では3回)送信する。そして、この送信回路は、その擬似信号の送信が終わった後、トルクセンサ13と温度センサ14でそれぞれピックアップされたトルク信号および温度信号を時系列に繰り返し送信する。
【0023】
さらに本実施形態では、後述するマンチェスタ符号化方式が採用されており、回転子10側の送信回路および固定子20側の受信回路は、マンチェスタ符号化方式により符号化された信号を、それぞれ送信および受信する。
【0024】
図2は、図1に示す構造のトルク測定器の使用例を示す図である。
【0025】
ここには、エンジン試験装置が示されており、エンジン2の回転軸2aとダイナモ3に連結された回転軸3aとの間にトルク測定器1が配置されている。
【0026】
このエンジン試験装置では、エンジン2の負荷としてダイナモ3を用い、ダイナモ3で様々な負荷条件を再現してその負荷条件下での回転軸2a,3aを伝達するトルクの変化が測定される。
【0027】
図3はマンチェスタ符号の説明図である。
【0028】
図3(A)はバイナリ符号、図3(B)はマンチェスタ符号を示している。バイナリ符号における論理‘1’,論理‘0’は、互いに異なる2つの物理量、例えば図3(A)に示すように電圧値の高い‘H’レベルと電圧値の低い‘L’レベルとで表わされる。これに対し、マンチェスタ符号では、論理‘1’,論理‘0’は、互いに異なる2つの物理量間での、互いに逆方向への遷移で表される。例えば、図3(B)に示すように、‘H’レベルから‘L’レベルへの遷移をもって論理‘1’、‘L’レベルから‘H’レベルへの遷移をもって論理‘0’と定義される。あるいはこれとは逆に、‘L’レベルから‘H’レベルへの遷移をもって論理‘1’、‘H’レベルから‘L’レベルへの遷移をもって論理‘0’と定義してもよい。
【0029】
このマンチェスタ符号を採用すると、有効な信号が伝送されている限り、‘H’レベルと‘L’レベルとの間で常に遷移が発生しているので、送信側が停止している状態と信号を送信している状態とを識別することができる。
【0030】
マンチェスタ符号自体については従来から知られているため、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【0031】
図4は、図1に示す回転子に備えられた回転基板上の送信回路の概要を示すブロック図である。
【0032】
図1に示すトルクセンサ13および温度センサ14でピックアップされたトルク信号および温度信号は、それぞれプリアンプ41a,41bによりAD変換に適したレベルの信号にまで増幅されて、AD変換器42により交互にデジタル信号に変換される。このデジタル信号に変換されたトルク信号および温度信号は符号器43によりマンチェスタ符号化され、さらに送信器44により、ロータリトランス30を介しての送信に適した信号に変換されて、そのロータリトランス30を構成するロータ19に送られる。ロータ19に送られた信号はステータ29に伝達される。また、この送信回路40は、CPU45を備えている。このCPU45は、プログラムの実行によりこの送信回路40の全体を制御する。尚、ここでは、トルクセンサ13および温度センサ14でピックアップされた信号の送信について説明したが、この送信回路40への電源投入時には、トルクセンサ13および温度センサ14からの信号のピックアップに先立って、CPU45の制御下で符号器43により‘FFFF’の値を表す擬似信号が生成され、送信器44およびロータリトランス30を介して固定子20(図1参照)側に伝達される。
【0033】
この図4には、符号器43はCPU45とは別の要素として示されているが、CPU45とは別の要素としての符号器43を備えることに代え、CPU45でのプログラム実行によりマンチェスタ符号化や擬似信号生成の処理を行なってもよい。
【0034】
図5は、図1に示す固定子に備えられた回路基板上の受信回路の概要を示すブロック図である。
【0035】
ロータリトランス30を構成するステータ29に伝達されてきた信号は、この受信回路50を構成する受信器51により、図4に示す送信器44で行われた送信のための変調が復調されて、マンチェスタ符号により表されたトルク信号および温度信号が取り出される。次にこのマンチェスタ符号により表されたトルク信号および温度信号は復号器52に入力されて、図4に示す符号器43で行われたマンチェスタ符号化とは逆の演算により復号化される。その復号化された信号のうちのトルク信号は、発振器53に入力される。この発振器53ではそのトルク信号により表されるトルクの値に応じた繰り返し周波数のパルス信号が生成される。これは、従来タイプのトルク測定器においてもパルス信号が生成され、そのパルス信号を図示しないカウンタに入力してカウントすることによりそのパルス信号の周波数により表されるトルクを表示していたことに対応している。
【0036】
また、復号器52から出力されたトルク信号および温度信号は、交互にDA変換器54に入力されてアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換されたトルク信号および温度信号はそれぞれ各アンプ55a,55bに振り分けられ、各アンプ55a,55bからは、それぞれトルクおよび温度を電圧で表す電圧信号が出力される。これらの電圧信号は、電圧を数値で表示する表示器(図示せず)に入力されてトルクや温度が表示される。
【0037】
受信器51における受信タイミングは、図4に示す送信回路40から送信されてきた擬似信号の受信により初期調整される。この受信回路50にもCPU56が備えられている。このCPU56は、プログラムの実行により、この受信回路50の全体を制御する。
【0038】
尚、図4に示す送信回路40の場合と同様、この図5の受信回路50には復号器52がCPU56とは別の要素として示されているが、CPU56とは別の要素としての復号器52を備える代わりに、この復号器52における処理を、CPU56でのプログラム実行により行なってもよい。
【0039】
図6は、図4,図5に示す送信回路および受信回路で行われる信号処理を示したフローチャートである。
【0040】
送信回路40では、先ずCPU45が初期化され(ステップS11)、受信回路50を含む全体が立ち上がるのに十分な時間待機する(ステップ12)。次にカウンタiが初期化(i=0)され(ステップS13)、そのカウンタiがi=3に達するまで(ステップS14)、起動用の擬似信号‘FFFF’を送信し(ステップS15)、カウンタiをカウントアップする(ステップS16)。すなわち、ここでは、起動用の擬似信号が3回送信される。ステップS14においてiが3以上であると判定されると、その後は、ステップS17とステップS23との間が繰り返し実行される。すなわちここでは、今回読み込んだ信号がトルクと温度のいずれの信号であるか判定され(ステップS18)、トルク信号のときはそのトルク信号に、トルクの信号であることを表すヘッダとチェックサムを付けて送信し(ステップS19)、次に読み込むべき信号を温度に設定する(ステップS20)。また、ステップS18において今回読み込んだ信号が温度の信号であると判定されると、その温度信号に、温度の信号であることを表すヘッダとチェックサムを付けて送信し(ステップS21)、次に読み込むべき信号がトルクに設定される(ステップS22)。
【0041】
一方、受信回路50では、先ずCPU56が初期化され(ステップS31)、CPU56への割込みが許可され(ステップS32)、スタートフラグが強制的にオフにされる(ステップS33)。このスタートフラグは、起動用の擬似信号を受け取った段階(ステップS40)でオンとなるフラグである。その後、ステップS34とステップS41との間が繰り返し実行される。
【0042】
ステップS35では、ロータリトランス30を介して伝達されてきた信号が割込み処理により読み込まれる。次いでスタートフラグのオン/オフが判定される(ステップS36)。最初はオフとなっているためステップS37に進み、今回読み込んだデータのヘッダがチェックされ(ステップS37)、さらにチェックサムがチェックされる(ステップS38)。ヘッダが擬似信号であることを表しており、かつチェックサムが正しいときは(ステップS39)、ステップS40に進んでスタートフラグがオンに変更される。ヘッダおよびチェックサムのいずれかがNGのときは、ステップS40をスキップすることによりスタートフラグはオフのままとなる。
【0043】
上述の通り、送信回路40からは擬似信号が3回送信され、通常であればその3回の擬似信号の送信の間にはスタートフラグはオンとなる。ステップS35において信号を読み込んだ後、スタートフラグがオンになっていたときは(ステップS36)、ステップS42に進み、今回読み込んだ信号のヘッダが調べられ(ステップS42)、チェックサムが調べられる(ステップS43)。そのヘッダがトルクの信号であることを表しており(ステップS44)、かつチェックサムが正しいときは(ステップS45)、図5に示す発振器53から出力されるパルス信号の周波数が今回のトルク信号に応じた周波数に更新され(ステップS46)、さらに、今回のトルク信号(デジタル信号)をDA変換器54に入力することによりトルクを表わすアナログ電圧信号も更新される(ステップS47)。一方、ヘッダが温度の信号であること表しており(ステップS44)、チェックサムが正しいときは(ステップS48)、温度を表すアナログ信号が更新される(ステップS49)。
【0044】
ヘッダがトルクも温度も表していないとき(ステップS44)、あるいはチェックサムが不正であったとき(ステップS45,ステップS48)は、今回読み込んだ信号は無視されて、次の信号の読み込みに移る(ステップS35)。
【0045】
本実施形態では、以上のようにして、立ち上げの初期段階において送信回路40から受信回路50に向けてタイミング調整用の擬似信号を送信することにより送受信の同期をとっており、簡易な方法により正確な情報伝達を可能としている。
【0046】
尚、本実施形態では、トルク信号のほか温度信号を送信するとして説明したが、トルク信号とともに送る信号は温度の信号である必要はなく、例えば湿度、あるいは温度と湿度の双方、あるいはさらに異なる物理量を表す信号であってもよい。あるいは本発明はトルク信号のみを送信するトルク測定器にも適用可能である。
【符号の説明】
【0047】
1 トルク測定器
2 エンジン
2a,3a 回転軸
3 ダイナモ
10 回転子
13 トルクセンサ
14 温度センサ
15 回路基板
19 ロータ
20 固定子
21 回路基板
29 ステータ
30 ロータリトランス
40 送信回路
41a,41b プリアンプ
42 AD変換器
43 符号器
44 送信器
45,56 CPU
50 受信回路
51 受信器
52 復号器
53 発振器
54 DA変換器
55a,55b アンプ


【特許請求の範囲】
【請求項1】
同軸の2つの回転軸の中間に配置され該2つの回転軸双方の互いに対向した各一端が固定されて該2つの回転軸の回転に伴って回転する回転子と、
前記回転子を回転方向に取り巻く固定子と、
前記回転子に取り付けられて前記2つの回転軸を伝達するトルクを計測するトルクセンサと、
前記固定子に取り付けられたステータと前記回転子に取り付けられたロータとを有し、前記固定子側から前記回転子側への電力の供給と前記回転子側から前記固定子側への信号の伝達とを担うロータリトランスと、
前記トルクセンサでピックアップされたトルク信号を前記ロータリトランスを介在させて前記固定子側に送信する、前記回転子に取り付けられた送信回路と、
前記固定子側に配置され前記ロータリトランスを介在させて送信されてきた信号を受信する受信回路とを備え、
前記送信回路が、前記固定子側から電力の供給を受けた後、前記トルク信号の初回の送信に先立って、前記受信回路との間でハンドシェーキングを行うことなく単方向通信によりタイミング調整用の擬似信号を送信し、該擬似信号を送信した後、前記トルクセンサで順次ピックアップされたトルク信号を順次送信するものであることを特徴とするトルク測定器。
【請求項2】
前記トルクセンサに加えさらに、前記回転子に取り付けられた、トルクを除く他の物理量を測定する少なくとも1つの第2のセンサを有し、
前記送信回路が、前記擬似信号を送信した後、前記トルクセンサで順次ピックアップされたトルク信号および前記少なくとも1つの第2のセンサで順次ピックアップされた信号を時系列的に繰り返し送信するものであることを特徴とする請求項1記載のトルク測定器。
【請求項3】
前記少なくとも1つの第2のセンサが、温度を測定する温度センサであることを特徴とする請求項2記載のトルク測定器。
【請求項4】
前記送信回路および前記受信回路が、マンチェスタ符号化方式により符号化された信号をそれぞれ送信および受信する回路であることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載のトルク測定器。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2013−40775(P2013−40775A)
【公開日】平成25年2月28日(2013.2.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−175877(P2011−175877)
【出願日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【出願人】(000145806)株式会社小野測器 (230)