(57)【要約】【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。【選択図】        図６
2013040775.tif 000002
【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。
【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
【図１】
2013040775.tif 000003
【図２】
2013040775.tif 000004
【図３】
2013040775.tif 000005
【図４】
2013040775.tif 000006
【図５】
2013040775.tif 000007
【図６】
2013040775.tif 000008