トルク測定装置
【課題】より高精度なトルク測定を行うことができるトルク測定装置を提供する。
【解決手段】転がり軸受１３、１３により支承された中間軸１１を介して供試モータ９の回転出力軸９ａとトルク検出器３の入力軸３ａとを接続して、トルク検出器３からの検出値を基にして供試モータ９の出力トルクを計測するトルク測定装置１において、転がり軸受１３、１３の振動を検知する加速度検出部１４、１４と、加速度検出部１４、１４から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５とを備え、トルク補正値決定部５より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成した。
【解決手段】転がり軸受１３、１３により支承された中間軸１１を介して供試モータ９の回転出力軸９ａとトルク検出器３の入力軸３ａとを接続して、トルク検出器３からの検出値を基にして供試モータ９の出力トルクを計測するトルク測定装置１において、転がり軸受１３、１３の振動を検知する加速度検出部１４、１４と、加速度検出部１４、１４から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５とを備え、トルク補正値決定部５より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータやエンジン等の回転動力装置の試験に用いるトルク測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータやエンジン等の回転動力装置の評価として、トルク測定装置を用いた試験が広く一般に行われている。こうしたトルク測定装置としては種々のタイプのものが知られており、その一つとして下記特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
このものは供試体であるモータ（以下「供試モータ」と称す。）とトルク計における軸の一端側を接続するとともに、トルク計の軸の他端側をダイナモメータに接続している。そして、供試モータを所定の回転速度で回転させるとともに、ダイナモメータの制御を行うことで供試モータに対して様々な負荷を与えることができるようになっている。このように回転速度および負荷の制御を行いつつ、トルク計より得られるトルク検出値を得ることによって、様々な条件下における供試モータの出力トルク特性を把握することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５７４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の構成においては、供試モータの出力軸とトルク計の入力軸との間を直接的に接続する構成となっているが、こうした構成とすることにより双方の軸の心ズレや供試モータの振動による影響が外乱としてトルク計に作用して、トルク計測を適切に行うことができない場合も想定される。
【０００６】
そのため、外乱がトルク計に直接的に作用することがないよう、供試モータとトルク計との間に転がり軸受により支承された中間軸を設け、この中間軸を介して供試モータとトルク計とを接続することが考えられる。こうすることで、頻繁に供試モータを付け替えてトルク測定を行った場合でも、取付誤差に起因する供試モータの出力軸と中間軸との間の心ズレや、供試モータの振動による影響はトルク計には直接的に及ぼされず、精度良くトルク測定を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、上記のように中間軸を設けることは新たな抵抗発生箇所を設けることに他ならず、この抵抗分の補正を行わない限り真に正確なトルク測定値を得たものということはできない。すなわち正確なトルク測定値を得るためには、中間軸を支承する転がり軸受内での抵抗分の補償を行うことが必要となる。
【０００８】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、供試体たる回転動力装置とトルク計との間に中間軸を設ける構成を前提として、その中間軸を支承する転がり軸受内で発生する抵抗分を補正して、より高精度なトルク測定を行うことのできるトルク測定装置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】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明のトルク測定装置は、転がり軸受により支承された中間軸を介して供試体の回転出力軸とトルク検出器の入力軸とを接続して、前記トルク検出器からの検出値を基にして供試体の出力トルクを計測するトルク測定装置において、前記転がり軸受の振動を検知する振動検知手段と、当該振動検知手段から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部とを備え、前記トルク補正値決定部より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成すると、転がり軸受の内部状態を判別するための基準として転がり軸受における振動の検出信号を用いて、転がり軸受内での抵抗分としてのトルク補正値を適切に決定することができるため、これに基づいて測定トルクの補正を行うことで、トルク測定の高精度化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、転がり軸受における振動の検出信号より特定周波数の振動レベルを算定し、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うようにするためには、前記トルク補正値決定部が、前記振動検知手段より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部を備え、当該振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成することが好適である。
【００１３】
また、トルク補正値の決定をより高精度に実施できるようにするためには、前記トルク補正値決定部が、前記振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受が備える転動体の当該転がり軸受内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部を備え、当該摩擦係数推定部により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成することが好適である。
【００１４】
さらに、より簡便にトルク補正値の決定を可能とするためには、前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部を備え、前記摩擦係数推定部が前記テーブル記憶部に記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成することが好適である。
【００１５】
また、より高精度に測定トルクの補正を行うことを可能とするためには、複数の特定周波数より選択して使用して、これを基にトルク補正値の決定を行うことができるようにすることが好ましいため、前記トルク補正値決定部が、前記転がり軸受が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部と、当該特定周波数記憶部より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部とを備えるように構成することが好適である。
【００１６】
さらに、測定トルク補正値を高精度に得るためには、その基準となる特定周波数を高精度に得られるようにすることが望ましいため、前記中間軸の回転周波数を検出して出力する回転周波数検出手段を具備し、前記トルク補正値決定部が、前記回転周波数検出手段から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部を備えるように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した本発明によれば、供試体とトルク計との間に中間軸を設ける構成を前提とし、その中間軸を支承する転がり軸受の内部状態を示すものとして転がり軸受における振動の検出信号を用いることで、転がり軸受内で発生する抵抗分を補正して、より高精度なトルク測定を行うことのできるトルク測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルク測定装置のシステム構成図。
【図２】同トルク測定装置におけるトルク測定値決定のための構成を示すブロック図。
【図３】同トルク測定装置における振動検知手段より得られる検出信号を基にして周波数解析処理を行った場合の振動レベルの一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
この実施形態のトルク測定装置１は、図１に示すように、大きくは共通のベース２１上に設けられたトルク計３と、ダイナモメータ４と、中間軸１１とから構成されており、中間軸１１を介して供試体としての供試モータ９とトルク計３とを連結させることができるように構成している。
【００２１】
トルク計３は、両端が外部に張り出した回転軸として構成されており、両側の軸端間の捻れ状態よりトルク検出値を出力することができるように構成されている。このトルク検出値は、アンプ機能を含むトルク計測部６１を通じて具体的なトルク計測値として出力される。そして、トルク計３の片方の軸端にはダイナモメータ４が直結されており、図示しない制御部によってこのダイナモメータ４を制御することによって負荷を与えることができるようにしている。
【００２２】
さらに、ダイナモメータ４と反対側の端部は供試モータ９からのトルクを入力するための入力軸３ａとして構成され、この入力軸３ａは軸継手１６を介して中間軸１１の出力軸部１１ｂと接続されている。中間軸１１は、ベース２１上に置かれた略円筒状のケーシング１２内で保持される一対の転がり軸受１３、１３によって支承されている。また、中間軸１１を転がり軸受１３、１３を介して支持するケーシング１２は、ベース２１上に設けられる取付ブロック２２を介して高さ方向に位置調整して設けることによって、トルク計３の入力軸３ａと中間軸１１における出力軸部１１ｂとの間の心ズレを極力抑えるように設定している。
【００２３】
さらに、中間軸１１における出力軸部１１ｂと反対側の端部は、供試モータ９の出力軸９ａと軸継手１６を介して接続可能な入力軸部１１ａとして構成されている。供試モータ９は出力軸９ａ側の端面を上記取付ブロック２２に接続するように位置固定することで、自ずと上記の位置関係になり、中間軸１１を介してトルク計３に動力を伝達することができるようになっている。
【００２４】
このように中間軸１１を介在させて、間接的にトルク計３と接続するように構成することで、供試モータ９の出力軸９ａとトルク計３の入力軸３ａとの間の心ズレや、供試モータ９の振動等の外乱による影響がトルク計３に直接的に作用せず、トルク測定を精度良く実施することができるようにしている。
【００２５】
本実施形態におけるトルク測定装置１においては、上記の基本構成に加えて、さらに次の構成を備えている。
【００２６】
まず、上記ケーシング１２の外側には、転がり軸受１３、１３と対応する位置に振動検知手段としての加速度検出部１４、１４を各々設けており、各転がり軸受１３、１３における半径方向の振動をケーシング１２を介して検出し、振動検出信号として出力することができるようにしている。さらに、中間軸１１における入力軸部１１ａ近傍には、中間軸１１の回転を検出し、その回転周波数を検出することのできる回転周波数検出手段としての回転数検出部１５を備えている。
【００２７】
そして、上記加速度検出部１４、１４より得られる振動の検出信号と、回転数検出部１５より得られる回転周波数とが入力され、これらを基にしてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５を備えるとともに、このトルク補正値と上記トルク計測部６１より得られるトルク計測値を基に、補正を加えたトルク測定値を求めるトルク測定値決定部６と、ここで得られた補正後のトルク測定値を出力するために出力部７とを備えている。
【００２８】
上記トルク補正値決定部５は、より具体的には図２のように構成されている。
【００２９】
以下、本構成の説明を行うのに先駆けて、まずは、本実施形態で使用する転がり軸受の特定周波数ｆ１〜ｆ４の考え方と、これを用いたトルク補正値の算出原理について説明する。
【００３０】
上記の特定周波数ｆ１〜ｆ４とは、転がり軸受に固有のものであり、かつ、その転がり軸受が支承する回転軸の回転周波数に依存するものである。具体的には、この転がり軸受が保持器、転動体、外輪および内輪より構成されるとき、これらの各部分に依存する第１〜第４特定周波数が存在し、各々以下のような数式によって表されることが知られている。
【００３１】
まず、主として保持器に依存する第１特定周波数ｆ１は次のように表される。
ｆ１＝（１／２）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（１）
【００３２】
ここで、Ｚは転動体の数、ｆ０は回転軸の回転周波数、Ｄはピッチ円直径、ｄは転動体直径、αは転動体と内輪／外輪に対する接触角を示す。
【００３３】
同様に、主として転動体に依存する第２特定周波数ｆ２は次のように表される。
ｆ２＝（Ｄ／ｄ）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）＾２・（ｃｏｓα）＾２） ………数式（２）
【００３４】
また、主として外輪に依存する第３特定周波数ｆ３は次のように表される。
ｆ３＝（Ｚ／２）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（３）
【００３５】
さらに、主として内輪に依存する第４特定周波数ｆ４は次のように表される。
ｆ４＝（Ｚ／２）ｆ０（１＋（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（４）
【００３６】
上記のように、保持器、転動体、内輪および外輪に各々依存する第１〜第４特定周波数は、数式（１）〜（４）より分かるように、転がり軸受の寸法および回転軸の回転周波数によって一意に定まるものである。そして、これらの特定周波数は、一般に転がり軸受における異常発生時に、転がり軸受内での損傷部位を特定することができるものとしてよく知られている。
【００３７】
例えば、転がり軸受による振動の検出信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）処理して周波数解析した場合には、図３のような周波数解析結果が得られる。このように、回転周波数に相当する周波数成分で振動レベルが急上昇したピーク値がみられるとともに、各特定周波数ｆ１〜ｆ４においても振動レベルが急上昇するピーク値がみられる。
【００３８】
こうした各特定周波数ｆ１〜ｆ４における振動レベルＬ１〜Ｌ４は、図中において二点鎖線で示したように、転がり軸受内の状態に応じて変化する。例えば、転がり軸受を使用する回転部を備えた機器において上記特定周波数における振動レベルが通常よりも大きくなっている場合には、その特定周波数に対応した位置に損傷があることが分かる。より具体的には、特定周波数ｆ２における振動レベルＬ２が大きくなった場合には、特定周波数ｆ２を主に支配する転動体において損傷等の振動増加につながる要因が生じていることが分かる。
【００３９】
上記のように、各特定周波数ｆ１〜ｆ４成分の振動レベルＬ１〜Ｌ４はその転がり軸受の内部状態を表すものということができる。そして、発明者らはこれを利用して転がり軸受内における転動体の摩擦係数μを把握することができることを見いだした。このようにして、転がり軸受内での摩擦係数μを把握することができれば、次式を用いてトルク補正値ΔＴに換算することが可能である。
ΔＴ＝μ・Ｐ・Ｄ …………………………………………………………………数式（５）
【００４０】
ここで、ΔＴは転がり軸受２個分のトルク補正値の和を表し、Ｐは軸受荷重を表す。
【００４１】
こうした原理を利用するため、トルク補正値決定部は図２のように構成されている。
【００４２】
まず、トルク補正値決定部５は、特定周波数ｆ１〜ｆ４を記憶する特定周波数記憶部５１を備えている。本実施形態において使用する転がり軸受１３、１３（図１参照）の寸法は既知であるために、各特定周波数ｆ１〜ｆ４はｆ０に各比例定数を乗じた値となる。
【００４３】
そして、特定周波数設定部５２によって第１〜第４特定周波数ｆ１〜ｆ４のいずれを基に補正を行うかを選択し、その選択に応じた特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定周波数決定部５３に出力するようにしている。この特定周波数決定部５３には、上記回転数検出部１５より得られる回転周波数ｆ０も入力される。こうすることで、特定周波数決定部５３では具体的な特定周波数ｆ１〜ｆ４を決定することができ、その周波数を振動レベル演算部５４に向けて出力できるようにしている。
【００４４】
振動レベル演算部５４では、上記加速度検出部１４、１４からの振動検出信号を受け、これらを平均化した上でＦＦＴ処理を行って周波数解析を行うようにしている。そして、特定周波数決定部５３により入力された具体的な特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の振動レベルを決定し、摩擦係数推定部５５に出力する。
【００４５】
上記のように、転がり軸受１３、１３の振動のうち特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の振動レベルによって、内部での摩擦係数μを把握することができる。本実施形態では、特定周波数ｆ１〜ｆ４に応じた摩擦係数推定値テーブルを各々記憶するテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄを備えており、使用する特定周波数ｆ１〜ｆ４の種類に応じて使い分けるようにしてある。テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに保管される摩擦係数推定値テーブルは、それぞれ具体的な特定周波数の値と、その具体的周波数成分の振動レベルに応じて推定される摩擦係数μをテーブル化したものである。摩擦係数推定部５５は、上記特定周波数決定部５３により得られる具体的な特定周波数と、上記振動レベル演算部５４により得られる上記具体的特定周波数成分における振動レベルを基にして、上記摩擦係数推定値テーブルを使用して摩擦係数μを推定し、トルク補正値演算部５７に出力する。
【００４６】
そして、トルク補正値演算部５７では、摩擦係数推定部５５により得られた摩擦係数μを基にして、数式（５）を使用した演算を行うことでトルク補正値ΔＴを算出する。
【００４７】
そして、トルク測定値決定部６では、上述したように、トルク計測部６１により得られたトルク計測値と、トルク補正値演算部５７により得られたトルク補正値ΔＴを基にして、トルク測定値を算出して出力し、出力部７を通じて操作者に通知するようにしている。出力部７からは画面表示によって、トルク測定値をリアルタイムで表示するように構成しても良いし、内部の記憶領域に格納させて適宜取り出せるようにしても良い。
【００４８】
上記のように構成したトルク測定装置１を用いて、次のようにして高精度にトルク測定値を得ることができる。
【００４９】
まず、操作者は、図１のように取付ブロック２２に供試モータ９を設置し、供試モータの出力軸９ａを中間軸１１を介してトルク計３と接続する。このようにした状態で、図示しない制御部を用いて供試モータ９を所定の回転数で回転させるとともに、ダイナモメータより負荷を与えることができる。
【００５０】
そして、このような状態で、中間軸１１を支承する転がり軸受に対応する位置に設けられた加速度検出部１４、１４より振動の検出信号を得るとともに、回転数検出部１５によって、正確に中間軸１１の回転周波数を検出する。
【００５１】
一方、操作者は図２に示す特定周波数設定部５２に対して、図示しない入力手段を通じていずれの特定周波数ｆ１〜ｆ４を基にしてトルク補正を行うかを入力する。そして、特定周波数設定部５２では、その入力に応じた特定周波数の比例定数を特定周波数記憶部５１より読み込んだ上で、特定周波数決定部５３に出力する。
【００５２】
特定周波数の選択は、基本的には、転動体に主に依存する第２特定周波数ｆ２を用いることが適切といえるが、フレームや他の機器の振動成分と重なることがあり、常時適切に転がり軸受内の状態を表しているものと考えることはできない。そのため、振動発生状況に応じて他の特定周波数ｆ１、ｆ３、ｆ４と使い分けることも妥当である。また、互いに検証に用いて、さらなる精度向上のために複数個を併用することも好適である。
【００５３】
特定周波数決定部５３では、特定周波数ｆ１〜ｆ４に対応した比例定数と回転数検出部１５により得られた中間軸１１の回転周波数より、具体的な特定周波数を決定する。なお、中間軸１１の回転周波数は供試モータ９の回転速度指令値からもおおよそ知ることはできるが、現実の回転周波数を検出しつつ演算に用いることでより高精度なトルク補正ができるようになっている。
【００５４】
そして、振動レベル演算部５４では、加速度検出部１４、１４より得た振動の検出信号をＦＦＴ処理することで周波数解析を行い、上記具体的特定周波数における振動レベルが得られる。さらに、摩擦係数推定部５５ではその振動レベルと、上記具体的特定周波数とを基にして、テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに保管される摩擦係数推定値テーブルのいずかによって摩擦係数μを推定する。このような摩擦係数推定値テーブルは、事前に作成しておきテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶させておき、これを利用することで摩擦係数μを推定するために、複雑な演算を行うことなく短時間で推定値を求めることができる。さらに、トルク補正値演算部５７では、摩擦係数μを基にしてトルク補正値の演算を行い、トルク測定値決定部６では、上記トルク補正値をトルク計測部６１により得られるトルク計測値に加味することで高精度にトルク測定値を得ることができる。
【００５５】
操作者は、以上のようなトルク測定を供試モータ９について実施し、完了後にはその供試モータ９を取付ブロック２２より取り外した上で、また別の供試モータ９を取付けて同じような評価を繰り返し行う。このように複数の供試モータ９の付け替えを行いつつトルク測定を行う場合でも、トルク計３との間に中間軸１１を設ける構成となっているために、特段取付誤差に気を払わなくても、外乱がトルク計３に直接的に作用して測定精度が悪化する恐れはない。そのため、トルク測定作業を効率的に進めることができる。
【００５６】
以上のように、本発明のトルク測定装置１は、転がり軸受１３、１３により支承された中間軸１１を介して供試モータ９の回転出力軸９ａとトルク検出器３の入力軸３ａとを接続して、前記トルク検出器３からの検出値を基にして供試モータ９の出力トルクを計測するトルク測定装置１において、前記転がり軸受１３、１３の振動を検知する加速度検出部１４、１４と、当該加速度検出部１４、１４から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５とを備え、前記トルク補正値決定部５より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成したものである。
【００５７】
このように構成しているため、転がり軸受１３、１３の内部状態を判別するための基準として転がり軸受１３、１３における振動の検出信号を用いて、転がり軸受１３、１３内での抵抗分としてのトルク補正値を適切に決定することができるため、これに基づいて測定トルクの補正を行うことで、トルク測定の高精度化を図ることが可能となる。
【００５８】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記加速度検出部１４、１４より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受１３、１３に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部５４を備え、当該振動レベル演算部５４により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成しているため、転がり軸受１３、１３における振動の検出信号より特定周波数の振動レベルを算出し、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００５９】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記振動レベル演算部５４により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受１３、１３が備える転動体の当該転がり軸受１３、１３内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部５５を備え、当該摩擦係数推定部５５により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成しているため、摩擦係数推定値を基にして簡単にトルク補正値の決定を行うことができる。
【００６０】
また、前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄを備え、前記摩擦係数推定部５５が前記テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成しているため、あらかじめ作成したテーブルを用いることで、より簡便にトルク補正値を算出することが可能となる。
【００６１】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記転がり軸受１３、１３が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部５１と、当該特定周波数記憶部５１より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部５２とを備えるように構成しているため、複数の特定周波数の中より適宜選択して、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００６２】
さらに、前記中間軸１１の回転周波数を検出して出力する回転数検出部１５を具備し、前記トルク補正値決定部５が、前記回転数検出部１５から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部５３を備えるように構成しているため、回転周波数の実際の検出値に基づいて特定周波数を決定して、その特定周波数を基にして補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００６３】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、上述の実施形態においてテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶させておく摩擦係数推定値テーブルは、本来の意味の摩擦係数のみならず、実験的に把握した振動による軸受荷重変化等の要因も含んだ広義の摩擦係数とすることができ、こうすることで多様な現象を含んだものとして数値化して用いることが可能である。
【００６５】
また、上述の実施形態では、第１〜第４特定周波数ｆ１〜ｆ４のいずれかを選択して、その特定周波数成分の振動レベルを基にして摩擦係数推定値を求めるようにしていたが、同時に複数個の特定周波数を選択し、それぞれの振動レベルより得られる摩擦係数を基にして適宜重み付けや平均化処理を行って１個の摩擦係数を求めるようにすることも可能である。
【００６６】
さらには、振動検知手段としての加速度検出部からの検出信号を基にして、各々が対応する転がり軸受におけるトルク補正値を算出しておき、これらを合算することで１個のトルク補正値を求めるように構成することも可能である。
【００６７】
また、上述の実施形態では、振動検出手段を加速度を検出する加速度検出部１４、１４として構成したが、振動の検出が把握が可能である限り、振動速度や振動変位を測定するものであっても差し支えなく、加速度検出部１４、１４の代わりとして用いることが可能である。
【００６８】
また、上述の実施形態では供試体として供試モータ９を使用したが、回転動力装置である限り供試体としての形態は問わず本発明のトルク測定装置を好適に用いることが可能である。
【００６９】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１…トルク測定装置
３…トルク計
５…トルク補正値決定部
６…トルク測定値決定部
７…出力部
９…供試モータ（供試体）
１２…ケーシング
１３…転がり軸受
１４…加速度検出部（振動検知手段）
１５…回転数検出部（回転周波数検出手段）
５１…特定周波数記憶部
５２…特定周波数設定部
５３…特定周波数決定部
５４…振動レベル演算部
５５…摩擦係数推定部
５６ａ〜５６ｄ…テーブル
５７…トルク補正値演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータやエンジン等の回転動力装置の試験に用いるトルク測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータやエンジン等の回転動力装置の評価として、トルク測定装置を用いた試験が広く一般に行われている。こうしたトルク測定装置としては種々のタイプのものが知られており、その一つとして下記特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
このものは供試体であるモータ（以下「供試モータ」と称す。）とトルク計における軸の一端側を接続するとともに、トルク計の軸の他端側をダイナモメータに接続している。そして、供試モータを所定の回転速度で回転させるとともに、ダイナモメータの制御を行うことで供試モータに対して様々な負荷を与えることができるようになっている。このように回転速度および負荷の制御を行いつつ、トルク計より得られるトルク検出値を得ることによって、様々な条件下における供試モータの出力トルク特性を把握することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５７４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の構成においては、供試モータの出力軸とトルク計の入力軸との間を直接的に接続する構成となっているが、こうした構成とすることにより双方の軸の心ズレや供試モータの振動による影響が外乱としてトルク計に作用して、トルク計測を適切に行うことができない場合も想定される。
【０００６】
そのため、外乱がトルク計に直接的に作用することがないよう、供試モータとトルク計との間に転がり軸受により支承された中間軸を設け、この中間軸を介して供試モータとトルク計とを接続することが考えられる。こうすることで、頻繁に供試モータを付け替えてトルク測定を行った場合でも、取付誤差に起因する供試モータの出力軸と中間軸との間の心ズレや、供試モータの振動による影響はトルク計には直接的に及ぼされず、精度良くトルク測定を行うことができる。
【０００７】
しかしながら、上記のように中間軸を設けることは新たな抵抗発生箇所を設けることに他ならず、この抵抗分の補正を行わない限り真に正確なトルク測定値を得たものということはできない。すなわち正確なトルク測定値を得るためには、中間軸を支承する転がり軸受内での抵抗分の補償を行うことが必要となる。
【０００８】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的には、供試体たる回転動力装置とトルク計との間に中間軸を設ける構成を前提として、その中間軸を支承する転がり軸受内で発生する抵抗分を補正して、より高精度なトルク測定を行うことのできるトルク測定装置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】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明のトルク測定装置は、転がり軸受により支承された中間軸を介して供試体の回転出力軸とトルク検出器の入力軸とを接続して、前記トルク検出器からの検出値を基にして供試体の出力トルクを計測するトルク測定装置において、前記転がり軸受の振動を検知する振動検知手段と、当該振動検知手段から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部とを備え、前記トルク補正値決定部より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成すると、転がり軸受の内部状態を判別するための基準として転がり軸受における振動の検出信号を用いて、転がり軸受内での抵抗分としてのトルク補正値を適切に決定することができるため、これに基づいて測定トルクの補正を行うことで、トルク測定の高精度化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、転がり軸受における振動の検出信号より特定周波数の振動レベルを算定し、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うようにするためには、前記トルク補正値決定部が、前記振動検知手段より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部を備え、当該振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成することが好適である。
【００１３】
また、トルク補正値の決定をより高精度に実施できるようにするためには、前記トルク補正値決定部が、前記振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受が備える転動体の当該転がり軸受内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部を備え、当該摩擦係数推定部により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成することが好適である。
【００１４】
さらに、より簡便にトルク補正値の決定を可能とするためには、前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部を備え、前記摩擦係数推定部が前記テーブル記憶部に記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成することが好適である。
【００１５】
また、より高精度に測定トルクの補正を行うことを可能とするためには、複数の特定周波数より選択して使用して、これを基にトルク補正値の決定を行うことができるようにすることが好ましいため、前記トルク補正値決定部が、前記転がり軸受が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部と、当該特定周波数記憶部より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部とを備えるように構成することが好適である。
【００１６】
さらに、測定トルク補正値を高精度に得るためには、その基準となる特定周波数を高精度に得られるようにすることが望ましいため、前記中間軸の回転周波数を検出して出力する回転周波数検出手段を具備し、前記トルク補正値決定部が、前記回転周波数検出手段から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部を備えるように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した本発明によれば、供試体とトルク計との間に中間軸を設ける構成を前提とし、その中間軸を支承する転がり軸受の内部状態を示すものとして転がり軸受における振動の検出信号を用いることで、転がり軸受内で発生する抵抗分を補正して、より高精度なトルク測定を行うことのできるトルク測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルク測定装置のシステム構成図。
【図２】同トルク測定装置におけるトルク測定値決定のための構成を示すブロック図。
【図３】同トルク測定装置における振動検知手段より得られる検出信号を基にして周波数解析処理を行った場合の振動レベルの一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
この実施形態のトルク測定装置１は、図１に示すように、大きくは共通のベース２１上に設けられたトルク計３と、ダイナモメータ４と、中間軸１１とから構成されており、中間軸１１を介して供試体としての供試モータ９とトルク計３とを連結させることができるように構成している。
【００２１】
トルク計３は、両端が外部に張り出した回転軸として構成されており、両側の軸端間の捻れ状態よりトルク検出値を出力することができるように構成されている。このトルク検出値は、アンプ機能を含むトルク計測部６１を通じて具体的なトルク計測値として出力される。そして、トルク計３の片方の軸端にはダイナモメータ４が直結されており、図示しない制御部によってこのダイナモメータ４を制御することによって負荷を与えることができるようにしている。
【００２２】
さらに、ダイナモメータ４と反対側の端部は供試モータ９からのトルクを入力するための入力軸３ａとして構成され、この入力軸３ａは軸継手１６を介して中間軸１１の出力軸部１１ｂと接続されている。中間軸１１は、ベース２１上に置かれた略円筒状のケーシング１２内で保持される一対の転がり軸受１３、１３によって支承されている。また、中間軸１１を転がり軸受１３、１３を介して支持するケーシング１２は、ベース２１上に設けられる取付ブロック２２を介して高さ方向に位置調整して設けることによって、トルク計３の入力軸３ａと中間軸１１における出力軸部１１ｂとの間の心ズレを極力抑えるように設定している。
【００２３】
さらに、中間軸１１における出力軸部１１ｂと反対側の端部は、供試モータ９の出力軸９ａと軸継手１６を介して接続可能な入力軸部１１ａとして構成されている。供試モータ９は出力軸９ａ側の端面を上記取付ブロック２２に接続するように位置固定することで、自ずと上記の位置関係になり、中間軸１１を介してトルク計３に動力を伝達することができるようになっている。
【００２４】
このように中間軸１１を介在させて、間接的にトルク計３と接続するように構成することで、供試モータ９の出力軸９ａとトルク計３の入力軸３ａとの間の心ズレや、供試モータ９の振動等の外乱による影響がトルク計３に直接的に作用せず、トルク測定を精度良く実施することができるようにしている。
【００２５】
本実施形態におけるトルク測定装置１においては、上記の基本構成に加えて、さらに次の構成を備えている。
【００２６】
まず、上記ケーシング１２の外側には、転がり軸受１３、１３と対応する位置に振動検知手段としての加速度検出部１４、１４を各々設けており、各転がり軸受１３、１３における半径方向の振動をケーシング１２を介して検出し、振動検出信号として出力することができるようにしている。さらに、中間軸１１における入力軸部１１ａ近傍には、中間軸１１の回転を検出し、その回転周波数を検出することのできる回転周波数検出手段としての回転数検出部１５を備えている。
【００２７】
そして、上記加速度検出部１４、１４より得られる振動の検出信号と、回転数検出部１５より得られる回転周波数とが入力され、これらを基にしてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５を備えるとともに、このトルク補正値と上記トルク計測部６１より得られるトルク計測値を基に、補正を加えたトルク測定値を求めるトルク測定値決定部６と、ここで得られた補正後のトルク測定値を出力するために出力部７とを備えている。
【００２８】
上記トルク補正値決定部５は、より具体的には図２のように構成されている。
【００２９】
以下、本構成の説明を行うのに先駆けて、まずは、本実施形態で使用する転がり軸受の特定周波数ｆ１〜ｆ４の考え方と、これを用いたトルク補正値の算出原理について説明する。
【００３０】
上記の特定周波数ｆ１〜ｆ４とは、転がり軸受に固有のものであり、かつ、その転がり軸受が支承する回転軸の回転周波数に依存するものである。具体的には、この転がり軸受が保持器、転動体、外輪および内輪より構成されるとき、これらの各部分に依存する第１〜第４特定周波数が存在し、各々以下のような数式によって表されることが知られている。
【００３１】
まず、主として保持器に依存する第１特定周波数ｆ１は次のように表される。
ｆ１＝（１／２）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（１）
【００３２】
ここで、Ｚは転動体の数、ｆ０は回転軸の回転周波数、Ｄはピッチ円直径、ｄは転動体直径、αは転動体と内輪／外輪に対する接触角を示す。
【００３３】
同様に、主として転動体に依存する第２特定周波数ｆ２は次のように表される。
ｆ２＝（Ｄ／ｄ）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）＾２・（ｃｏｓα）＾２） ………数式（２）
【００３４】
また、主として外輪に依存する第３特定周波数ｆ３は次のように表される。
ｆ３＝（Ｚ／２）ｆ０（１−（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（３）
【００３５】
さらに、主として内輪に依存する第４特定周波数ｆ４は次のように表される。
ｆ４＝（Ｚ／２）ｆ０（１＋（ｄ／Ｄ）ｃｏｓα） …………………………数式（４）
【００３６】
上記のように、保持器、転動体、内輪および外輪に各々依存する第１〜第４特定周波数は、数式（１）〜（４）より分かるように、転がり軸受の寸法および回転軸の回転周波数によって一意に定まるものである。そして、これらの特定周波数は、一般に転がり軸受における異常発生時に、転がり軸受内での損傷部位を特定することができるものとしてよく知られている。
【００３７】
例えば、転がり軸受による振動の検出信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）処理して周波数解析した場合には、図３のような周波数解析結果が得られる。このように、回転周波数に相当する周波数成分で振動レベルが急上昇したピーク値がみられるとともに、各特定周波数ｆ１〜ｆ４においても振動レベルが急上昇するピーク値がみられる。
【００３８】
こうした各特定周波数ｆ１〜ｆ４における振動レベルＬ１〜Ｌ４は、図中において二点鎖線で示したように、転がり軸受内の状態に応じて変化する。例えば、転がり軸受を使用する回転部を備えた機器において上記特定周波数における振動レベルが通常よりも大きくなっている場合には、その特定周波数に対応した位置に損傷があることが分かる。より具体的には、特定周波数ｆ２における振動レベルＬ２が大きくなった場合には、特定周波数ｆ２を主に支配する転動体において損傷等の振動増加につながる要因が生じていることが分かる。
【００３９】
上記のように、各特定周波数ｆ１〜ｆ４成分の振動レベルＬ１〜Ｌ４はその転がり軸受の内部状態を表すものということができる。そして、発明者らはこれを利用して転がり軸受内における転動体の摩擦係数μを把握することができることを見いだした。このようにして、転がり軸受内での摩擦係数μを把握することができれば、次式を用いてトルク補正値ΔＴに換算することが可能である。
ΔＴ＝μ・Ｐ・Ｄ …………………………………………………………………数式（５）
【００４０】
ここで、ΔＴは転がり軸受２個分のトルク補正値の和を表し、Ｐは軸受荷重を表す。
【００４１】
こうした原理を利用するため、トルク補正値決定部は図２のように構成されている。
【００４２】
まず、トルク補正値決定部５は、特定周波数ｆ１〜ｆ４を記憶する特定周波数記憶部５１を備えている。本実施形態において使用する転がり軸受１３、１３（図１参照）の寸法は既知であるために、各特定周波数ｆ１〜ｆ４はｆ０に各比例定数を乗じた値となる。
【００４３】
そして、特定周波数設定部５２によって第１〜第４特定周波数ｆ１〜ｆ４のいずれを基に補正を行うかを選択し、その選択に応じた特定周波数ｆ１〜ｆ４を特定周波数決定部５３に出力するようにしている。この特定周波数決定部５３には、上記回転数検出部１５より得られる回転周波数ｆ０も入力される。こうすることで、特定周波数決定部５３では具体的な特定周波数ｆ１〜ｆ４を決定することができ、その周波数を振動レベル演算部５４に向けて出力できるようにしている。
【００４４】
振動レベル演算部５４では、上記加速度検出部１４、１４からの振動検出信号を受け、これらを平均化した上でＦＦＴ処理を行って周波数解析を行うようにしている。そして、特定周波数決定部５３により入力された具体的な特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の振動レベルを決定し、摩擦係数推定部５５に出力する。
【００４５】
上記のように、転がり軸受１３、１３の振動のうち特定周波数ｆ１〜ｆ４の成分の振動レベルによって、内部での摩擦係数μを把握することができる。本実施形態では、特定周波数ｆ１〜ｆ４に応じた摩擦係数推定値テーブルを各々記憶するテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄを備えており、使用する特定周波数ｆ１〜ｆ４の種類に応じて使い分けるようにしてある。テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに保管される摩擦係数推定値テーブルは、それぞれ具体的な特定周波数の値と、その具体的周波数成分の振動レベルに応じて推定される摩擦係数μをテーブル化したものである。摩擦係数推定部５５は、上記特定周波数決定部５３により得られる具体的な特定周波数と、上記振動レベル演算部５４により得られる上記具体的特定周波数成分における振動レベルを基にして、上記摩擦係数推定値テーブルを使用して摩擦係数μを推定し、トルク補正値演算部５７に出力する。
【００４６】
そして、トルク補正値演算部５７では、摩擦係数推定部５５により得られた摩擦係数μを基にして、数式（５）を使用した演算を行うことでトルク補正値ΔＴを算出する。
【００４７】
そして、トルク測定値決定部６では、上述したように、トルク計測部６１により得られたトルク計測値と、トルク補正値演算部５７により得られたトルク補正値ΔＴを基にして、トルク測定値を算出して出力し、出力部７を通じて操作者に通知するようにしている。出力部７からは画面表示によって、トルク測定値をリアルタイムで表示するように構成しても良いし、内部の記憶領域に格納させて適宜取り出せるようにしても良い。
【００４８】
上記のように構成したトルク測定装置１を用いて、次のようにして高精度にトルク測定値を得ることができる。
【００４９】
まず、操作者は、図１のように取付ブロック２２に供試モータ９を設置し、供試モータの出力軸９ａを中間軸１１を介してトルク計３と接続する。このようにした状態で、図示しない制御部を用いて供試モータ９を所定の回転数で回転させるとともに、ダイナモメータより負荷を与えることができる。
【００５０】
そして、このような状態で、中間軸１１を支承する転がり軸受に対応する位置に設けられた加速度検出部１４、１４より振動の検出信号を得るとともに、回転数検出部１５によって、正確に中間軸１１の回転周波数を検出する。
【００５１】
一方、操作者は図２に示す特定周波数設定部５２に対して、図示しない入力手段を通じていずれの特定周波数ｆ１〜ｆ４を基にしてトルク補正を行うかを入力する。そして、特定周波数設定部５２では、その入力に応じた特定周波数の比例定数を特定周波数記憶部５１より読み込んだ上で、特定周波数決定部５３に出力する。
【００５２】
特定周波数の選択は、基本的には、転動体に主に依存する第２特定周波数ｆ２を用いることが適切といえるが、フレームや他の機器の振動成分と重なることがあり、常時適切に転がり軸受内の状態を表しているものと考えることはできない。そのため、振動発生状況に応じて他の特定周波数ｆ１、ｆ３、ｆ４と使い分けることも妥当である。また、互いに検証に用いて、さらなる精度向上のために複数個を併用することも好適である。
【００５３】
特定周波数決定部５３では、特定周波数ｆ１〜ｆ４に対応した比例定数と回転数検出部１５により得られた中間軸１１の回転周波数より、具体的な特定周波数を決定する。なお、中間軸１１の回転周波数は供試モータ９の回転速度指令値からもおおよそ知ることはできるが、現実の回転周波数を検出しつつ演算に用いることでより高精度なトルク補正ができるようになっている。
【００５４】
そして、振動レベル演算部５４では、加速度検出部１４、１４より得た振動の検出信号をＦＦＴ処理することで周波数解析を行い、上記具体的特定周波数における振動レベルが得られる。さらに、摩擦係数推定部５５ではその振動レベルと、上記具体的特定周波数とを基にして、テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに保管される摩擦係数推定値テーブルのいずかによって摩擦係数μを推定する。このような摩擦係数推定値テーブルは、事前に作成しておきテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶させておき、これを利用することで摩擦係数μを推定するために、複雑な演算を行うことなく短時間で推定値を求めることができる。さらに、トルク補正値演算部５７では、摩擦係数μを基にしてトルク補正値の演算を行い、トルク測定値決定部６では、上記トルク補正値をトルク計測部６１により得られるトルク計測値に加味することで高精度にトルク測定値を得ることができる。
【００５５】
操作者は、以上のようなトルク測定を供試モータ９について実施し、完了後にはその供試モータ９を取付ブロック２２より取り外した上で、また別の供試モータ９を取付けて同じような評価を繰り返し行う。このように複数の供試モータ９の付け替えを行いつつトルク測定を行う場合でも、トルク計３との間に中間軸１１を設ける構成となっているために、特段取付誤差に気を払わなくても、外乱がトルク計３に直接的に作用して測定精度が悪化する恐れはない。そのため、トルク測定作業を効率的に進めることができる。
【００５６】
以上のように、本発明のトルク測定装置１は、転がり軸受１３、１３により支承された中間軸１１を介して供試モータ９の回転出力軸９ａとトルク検出器３の入力軸３ａとを接続して、前記トルク検出器３からの検出値を基にして供試モータ９の出力トルクを計測するトルク測定装置１において、前記転がり軸受１３、１３の振動を検知する加速度検出部１４、１４と、当該加速度検出部１４、１４から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部５とを備え、前記トルク補正値決定部５より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成したものである。
【００５７】
このように構成しているため、転がり軸受１３、１３の内部状態を判別するための基準として転がり軸受１３、１３における振動の検出信号を用いて、転がり軸受１３、１３内での抵抗分としてのトルク補正値を適切に決定することができるため、これに基づいて測定トルクの補正を行うことで、トルク測定の高精度化を図ることが可能となる。
【００５８】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記加速度検出部１４、１４より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受１３、１３に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部５４を備え、当該振動レベル演算部５４により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成しているため、転がり軸受１３、１３における振動の検出信号より特定周波数の振動レベルを算出し、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００５９】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記振動レベル演算部５４により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受１３、１３が備える転動体の当該転がり軸受１３、１３内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部５５を備え、当該摩擦係数推定部５５により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成しているため、摩擦係数推定値を基にして簡単にトルク補正値の決定を行うことができる。
【００６０】
また、前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄを備え、前記摩擦係数推定部５５が前記テーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成しているため、あらかじめ作成したテーブルを用いることで、より簡便にトルク補正値を算出することが可能となる。
【００６１】
また、前記トルク補正値決定部５が、前記転がり軸受１３、１３が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部５１と、当該特定周波数記憶部５１より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部５２とを備えるように構成しているため、複数の特定周波数の中より適宜選択して、それに基づいて補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００６２】
さらに、前記中間軸１１の回転周波数を検出して出力する回転数検出部１５を具備し、前記トルク補正値決定部５が、前記回転数検出部１５から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部５３を備えるように構成しているため、回転周波数の実際の検出値に基づいて特定周波数を決定して、その特定周波数を基にして補正を行うことでより高精度に測定トルクの補正を行うことができる。
【００６３】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００６４】
例えば、上述の実施形態においてテーブル記憶部５６ａ〜５６ｄに記憶させておく摩擦係数推定値テーブルは、本来の意味の摩擦係数のみならず、実験的に把握した振動による軸受荷重変化等の要因も含んだ広義の摩擦係数とすることができ、こうすることで多様な現象を含んだものとして数値化して用いることが可能である。
【００６５】
また、上述の実施形態では、第１〜第４特定周波数ｆ１〜ｆ４のいずれかを選択して、その特定周波数成分の振動レベルを基にして摩擦係数推定値を求めるようにしていたが、同時に複数個の特定周波数を選択し、それぞれの振動レベルより得られる摩擦係数を基にして適宜重み付けや平均化処理を行って１個の摩擦係数を求めるようにすることも可能である。
【００６６】
さらには、振動検知手段としての加速度検出部からの検出信号を基にして、各々が対応する転がり軸受におけるトルク補正値を算出しておき、これらを合算することで１個のトルク補正値を求めるように構成することも可能である。
【００６７】
また、上述の実施形態では、振動検出手段を加速度を検出する加速度検出部１４、１４として構成したが、振動の検出が把握が可能である限り、振動速度や振動変位を測定するものであっても差し支えなく、加速度検出部１４、１４の代わりとして用いることが可能である。
【００６８】
また、上述の実施形態では供試体として供試モータ９を使用したが、回転動力装置である限り供試体としての形態は問わず本発明のトルク測定装置を好適に用いることが可能である。
【００６９】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１…トルク測定装置
３…トルク計
５…トルク補正値決定部
６…トルク測定値決定部
７…出力部
９…供試モータ（供試体）
１２…ケーシング
１３…転がり軸受
１４…加速度検出部（振動検知手段）
１５…回転数検出部（回転周波数検出手段）
５１…特定周波数記憶部
５２…特定周波数設定部
５３…特定周波数決定部
５４…振動レベル演算部
５５…摩擦係数推定部
５６ａ〜５６ｄ…テーブル
５７…トルク補正値演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受により支承された中間軸を介して供試体の回転出力軸とトルク検出器の入力軸とを接続して、前記トルク検出器からの検出値を基にして供試体の出力トルクを計測するトルク測定装置において、
前記転がり軸受の振動を検知する振動検知手段と、
当該振動検知手段から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部とを備え、
前記トルク補正値決定部より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成していることを特徴とするトルク測定装置。
【請求項２】
前記トルク補正値決定部が、
前記振動検知手段より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部を備え、
当該振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成していることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
【請求項３】
前記トルク補正値決定部が、
前記振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受が備える転動体の当該転がり軸受内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部を備え、
当該摩擦係数推定部により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成していることを特徴とする請求項２に記載のトルク測定装置。
【請求項４】
前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部を備え、
前記摩擦係数推定部が前記テーブル記憶部に記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成していることを特徴とする請求項３に記載のトルク測定装置。
【請求項５】
前記トルク補正値決定部が、
前記転がり軸受が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部と、
当該特定周波数記憶部より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部とを備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のトルク測定装置。
【請求項６】
前記中間軸の回転周波数を検出して出力する回転周波数検出手段を具備し、
前記トルク補正値決定部が、
前記回転周波数検出手段から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部を備えていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のトルク測定装置。
【請求項１】
転がり軸受により支承された中間軸を介して供試体の回転出力軸とトルク検出器の入力軸とを接続して、前記トルク検出器からの検出値を基にして供試体の出力トルクを計測するトルク測定装置において、
前記転がり軸受の振動を検知する振動検知手段と、
当該振動検知手段から得られる振動の検出信号に基づいてトルク補正値を決定するトルク補正値決定部とを備え、
前記トルク補正値決定部より得られるトルク補正値に基づいて測定トルクの補正を行うように構成していることを特徴とするトルク測定装置。
【請求項２】
前記トルク補正値決定部が、
前記振動検知手段より得られる振動の検出信号より、前記転がり軸受に固有で、かつ、回転周波数に比例する特定周波数成分の振動レベルを演算する振動レベル演算部を備え、
当該振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基にトルク補正値を決定するように構成していることを特徴とする請求項１に記載のトルク測定装置。
【請求項３】
前記トルク補正値決定部が、
前記振動レベル演算部により得られる特定周波数の振動レベルを基に、前記転がり軸受が備える転動体の当該転がり軸受内での摩擦係数推定値を決定する摩擦係数推定部を備え、
当該摩擦係数推定部により得られる前記摩擦係数推定値を基にトルク補正値を決定するように構成していることを特徴とする請求項２に記載のトルク測定装置。
【請求項４】
前記特定周波数の振動レベルと対応した摩擦係数推定値テーブルを記憶しておくテーブル記憶部を備え、
前記摩擦係数推定部が前記テーブル記憶部に記憶された摩擦係数推定値テーブルに基づいて前記摩擦係数推定値を決定するように構成していることを特徴とする請求項３に記載のトルク測定装置。
【請求項５】
前記トルク補正値決定部が、
前記転がり軸受が備える保持器、転動体、外輪および内輪にそれぞれ依存する前記特定周波数としての第１〜第４特定周波数を各々記憶しておく特定周波数記憶部と、
当該特定周波数記憶部より前記第１〜第４特定周波数のいずれかを選択して設定する特定周波数設定部とを備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のトルク測定装置。
【請求項６】
前記中間軸の回転周波数を検出して出力する回転周波数検出手段を具備し、
前記トルク補正値決定部が、
前記回転周波数検出手段から得られる回転周波数を基にして前記特定周波数を決定する特定周波数決定部を備えていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のトルク測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０１０３０（Ｐ２０１３−１０１０３０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４４５８（Ｐ２０１１−２４４４５８）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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