(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測装置であって、
前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出部と、
前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出部と、
フィルタを介さずに、前記トルク検出部から前記トルク検出信号を入力し、与えられた標本化パルスで標本化して標本化信号を生成するサンプル／ホールド回路と、
前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換回路と、
前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出部と、
該周波数算出部にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の前記標本化パルスを生成して前記サンプル／ホールド回路に与えると共に、
前記トルク検出信号の一周期のうちの任意の時点に採取された前記ディジタル標本化信号をトルク検出値として出力する制御部とを備えてなることを特徴とする原動機のトルク計測装置。
【請求項２】
原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測装置であって、
前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出部と、
前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出部と、
フィルタを介さずに、前記トルク検出部から前記トルク検出信号を入力し、与えられた標本化パルスで標本化して標本化信号を生成するサンプル／ホールド回路と、
前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換回路と、
前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出部と、
該周波数算出部にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の前記標本化パルスを生成して前記サンプル／ホールド回路に与えると共に、
前記トルク検出信号の一周期の間に採取された前記ディジタル標本化信号のうちの最大値をトルク検出値として出力する制御部とを備えてなることを特徴とする原動機のトルク計測装置。
【請求項３】
原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測方法であって、
前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出処理と、
前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出処理と、
前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出処理と、
該周波数算出処理にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の標本化パルスを生成する標本化パルス生成処理と、
前記トルク検出処理にて生成された前記トルク検出信号をフィルタを介さずに入力し、前記標本化パルスで標本化して標本化信号を生成する標本化信号生成処理と、
前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換処理と、
前記トルク検出信号の一周期のうちの任意の時点に採取された前記ディジタル標本化信号をトルク検出値として生成するトルク検出値生成処理とを行うことを特徴とする原動機のトルク計測方法。
【請求項４】
原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測方法であって、
前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出処理と、
前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出処理と、
前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出処理と、
該周波数算出処理にて算出された前記該トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の標本化パルスを生成する標本化パルス生成処理と、
前記トルク検出処理にて生成された前記トルク検出信号をフィルタを介さずに入力し、前記標本化パルスで標本化して標本化信号を生成する標本化信号生成処理と、
前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換処理と、
前記トルク検出信号の一周期の間に採取された前記ディジタル標本化信号のうちの最大値をトルク検出値として生成するトルク検出値生成処理とを行うことを特徴とする原動機のトルク計測方法。
【請求項５】
コンピュータに請求項１又は２記載の原動機のトルク計測装置の機能を実現させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原動機のトルク計測装置に係り、例えば、原動機の駆動トルク（回転力）を静的にも動的にも正確かつ迅速に計測する場合に用いて好適な原動機のトルク計測装置、原動機のトルク計測方法、及びその制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自然界の各種のエネルギーを機械的なエネルギーに変換する原動機（例えば、熱機関、水力機関、電動機、風力機など）のうち、駆動トルクを発生するものは、原動機のトルク計測装置を用いて同駆動トルクを測定することにより、性能が評価される。
【０００３】
この種の原動機のトルク計測装置は、従来では例えば図４に示すように、原動機Ｍが結合された動力計１と、フィルタ２と、表示器３とを備えている。動力計１は、ロードセル１ａを有し、原動機Ｍの駆動トルクを同ロードセル１ａでトルク検出信号Ｓ１に変換して出力する。フィルタ２は、例えばローパスフィルタで構成され、トルク検出信号Ｓ１が変動したときに同トルク検出信号Ｓ１の値を平滑化してトルク検出信号Ｓ２を出力する。表示器３は、トルク検出信号Ｓ２を入力し、その値を表示する。
【０００４】
図５（ａ），（ｂ）は、図４中のトルク検出信号Ｓ１，Ｓ２の例を示す波形図である。
この原動機のトルク計測装置では、原動機Ｍが回転している状態でロードセル１ａから例えば図５（ａ）に示すようなトルク検出信号Ｓ１が出力される。この場合、動力計１から発生する振動や原動機Ｍから発生する振動及び回転むらにより、トルク検出信号Ｓ１の値が不安定になったり、雑音成分が重畳されることがある。このため、トルク検出信号Ｓ１はフィルタ２で平滑化され、同フィルタ２から例えば図５（ｂ）に示すようなトルク検出信号Ｓ２が出力される。トルク検出信号Ｓ２は、表示器３に入力されてアナログ値又はディジタル値で表示される。
【０００５】
図６は、従来の他の原動機のトルク計測装置の概略の構成図であり、図４中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この原動機のトルク計測装置は、図６に示すように、原動機Ｍが結合されたトルク検出器４と、回転負荷５と、フィルタ２と、表示器３とを備えている。回転負荷５は、例えば、船舶の推進に用いられるスクリューなどであり、原動機Ｍから伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられている。トルク検出器４は、原動機Ｍから伝達された駆動トルクと回転負荷５から発生した制御トルクとがつりあう点を検出してトルク検出信号Ｓ４を生成して出力する。
【０００６】
この原動機のトルク計測装置では、原動機Ｍが回転している状態でトルク検出器４から例えば図５（ａ）のトルク検出信号Ｓ１と同様のトルク検出信号Ｓ４が出力される。この場合も、回転負荷５から発生する制御トルクや原動機Ｍから発生する振動及び回転むらにより、トルク検出信号Ｓ４の値が不安定になることがある。このため、トルク検出信号Ｓ４はフィルタ２で平滑化され、同フィルタ２から例えば図５（ｂ）に示すようなトルク検出信号Ｓ２が出力される。トルク検出信号Ｓ２は、表示器３に入力されてアナログ値又はディジタル値で表示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の原動機のトルク計測装置では、次のような問題点があった。
すなわち、トルク検出信号Ｓ１，Ｓ４は、フィルタ２で平滑化されるので、同フィルタ２から出力されるトルク検出信号Ｓ２は、真値よりも低い値になり、表示器３で正確な値が表示されないという問題があった。また、負荷が変動し、トルク検出信号Ｓ１，Ｓ４も変動したときでも、フィルタ２で平滑化されるので、トルク検出信号Ｓ２の応答性が鈍いという問題があった。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、トルク検出信号の正確な値を表示できる原動機のトルク計測装置、原動機のトルク計測方法、及びその制御プログラムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測装置に係り、前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出部と、前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出部と、フィルタを介さずに、前記トルク検出部から前記トルク検出信号を入力し、与えられた標本化パルスで標本化して標本化信号を生成するサンプル／ホールド回路と、前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換回路と、前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出部と、該周波数算出部にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の前記標本化パルスを生成して前記サンプル／ホールド回路に与えると共に、前記トルク検出信号の一周期のうちの任意の時点に採取された前記ディジタル標本化信号をトルク検出値として出力する制御部とを備えてなることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測装置に係り、前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出部と、前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出部と、フィルタを介さずに、前記トルク検出部から前記トルク検出信号を入力し、与えられた標本化パルスで標本化して標本化信号を生成するサンプル／ホールド回路と、前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換回路と、前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出部と、該周波数算出部にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の前記標本化パルスを生成して前記サンプル／ホールド回路に与えると共に、前記トルク検出信号の一周期の間に採取された前記ディジタル標本化信号のうちの最大値をトルク検出値として出力する制御部とを備えてなることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測方法に係り、前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出処理と、前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出処理と、前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出処理と、該周波数算出処理にて算出された前記トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の標本化パルスを生成する標本化パルス生成処理と、前記トルク検出処理にて生成された前記トルク検出信号をフィルタを介さずに入力し、前記標本化パルスで標本化して標本化信号を生成する標本化信号生成処理と、前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換処理と、前記トルク検出信号の一周期のうちの任意の時点に採取された前記ディジタル標本化信号をトルク検出値として生成するトルク検出値生成処理とを行うことを特徴そしている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、原動機に対して、該原動機から伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられた回転負荷が接続された状態で、前記原動機の駆動トルクを計測するための原動機のトルク計測方法に係り、前記原動機の駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号を生成するトルク検出処理と、前記原動機の回転速度に比例した周波数の回転検出信号を生成する回転検出処理と、前記回転検出信号の周波数に基づいて前記原動機の１秒当たりの回転数を算出し、該回転数及び前記トルク吸収要素の数に基づいて前記トルク検出信号の周波数を算出する周波数算出処理と、該周波数算出処理にて算出された前記該トルク検出信号の周波数の２倍以上の周波数の標本化パルスを生成する標本化パルス生成処理と、前記トルク検出処理にて生成された前記トルク検出信号をフィルタを介さずに入力し、前記標本化パルスで標本化して標本化信号を生成する標本化信号生成処理と、前記標本化信号をアナログ／ディジタル変換してディジタル標本化信号を生成するアナログ／ディジタル変換処理と、前記トルク検出信号の一周期の間に採取された前記ディジタル標本化信号のうちの最大値をトルク検出値として生成するトルク検出値生成処理とを行うことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、制御プログラムに係り、コンピュータに請求項１又は２記載の原動機のトルク計測装置の機能を実現させることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態である原動機のトルク計測装置の電気的構成を示すブロック図である。
この形態の原動機のトルク計測装置は、同図に示すように、回転負荷１１と、トルク検出部（例えば、トルク検出器）１２と、回転検出部１３と、サンプル／ホールド回路（以下、「Ｓ／Ｈ回路」という）１４と、アナログ／ディジタル変換回路（以下、「ＡＤＣ」という）１５と、周波数算出部（例えば、インタフェース）１６と、中央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）１７と、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１８と、表示部（例えば、表示器）１９とを備えている。回転負荷１１は、例えば、船舶の推進に用いられるスクリューなどであり、原動機Ｍから伝達された駆動トルクを吸収する複数のトルク吸収要素が一定の回転角度ごとに設けられている。
【００１５】
トルク検出器１２は、原動機Ｍから伝達された駆動トルクと回転負荷１１から発生した制御トルクとがつりあう点を検出することにより、原動機Ｍの駆動トルクを検出してアナログのトルク検出信号Ｓ１２を生成する。回転検出部１３は、周囲に複数のスリットが等間隔に設けられた回転板１３ａ、及び同スリットを通過する光をディジタルの電気信号に変換するホトインタラプタ１３ｂを有し、原動機Ｍの回転速度に比例した周波数の回転検出信号Ｓ１３を生成する。Ｓ／Ｈ回路１４は、トルク検出信号Ｓ１２を入力し、与えられた標本化パルスＳ１７ａで標本化して標本化信号Ｓ１４を生成する。ＡＤＣ１５は、標本化信号Ｓ１４をアナログ／ディジタル変換（以下、「Ａ／Ｄ変換」という）してディジタルのトルク検出信号Ｓ１５ａを生成する。このＡ／Ｄ変換は、Ａ／Ｄ変換開始信号Ｓ１７ｂに基づいて開始されるようになっている。また、Ａ／Ｄ変換が終了したとき、Ａ／Ｄ変換終了信号Ｓ１５ｂが出力されるようになっている。
【００１６】
インタフェース１６は、ユーザの操作に基づき、回転板１３ａのスリットの数Ｐ及び回転負荷１１のトルク吸収要素の数Ｆが入力され、回転検出信号Ｓ１３の周波数に基づいて原動機Ｍの１秒当たりの回転数を算出し、同回転数及び同トルク吸収要素の数Ｆに基づいてトルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６を算出する。ＣＰＵ１７は、標本化定理に基づき、トルク検出信号Ｓ１２の周波数に基づいて同トルク検出信号Ｓ１２の周波数の２倍以上の周波数の標本化パルスＳ１７ａを生成してＳ／Ｈ回路１４に与えると共に、ディジタルのトルク検出信号Ｓ１５ａの一周期のうちの例えば最大値をトルク検出値Ｓ１７ｃとして出力する。ＲＯＭ１８には、ＣＰＵ１７を動作させるための制御プログラムが記録されている。これらのＣＰＵ１７とＲＯＭ１８とで制御部が構成されている。表示器１９は、トルク検出値Ｓ１７ｃを入力し、その値を表示する。
【００１７】
図２は、図１の原動機のトルク計測装置の動作を説明するためのフローチャート、及び図３（ａ），（ｂ）が標本化信号Ｓ１４とトルク検出値Ｓ１７ｃの例を示す図である。
これらの図を参照して、この形態の原動機Ｍのトルク計測装置を用いた原動機Ｍのトルク計測方法の処理内容を説明する。
原動機Ｍが回転している状態で同原動機Ｍの駆動トルクがトルク検出器１２で検出され、アナログのトルク検出信号Ｓ１２が生成される（ステップＡ１、トルク検出処理）。また、回転検出部１３で原動機Ｍの回転速度に比例した周波数の回転検出信号Ｓ１３が生成される（ステップＡ２、回転検出処理）。ユーザの操作に基づき、回転板１３ａのスリットの数Ｐ及び回転負荷１１のトルク吸収要素の数Ｆがインタフェース１６に入力される。そして、回転検出信号Ｓ１３の周波数ｆに基づいて原動機Ｍの１秒当たりの回転数Ｎ（＝ｆ／Ｐ）が算出され、同回転数Ｎ及びトルク吸収要素の数Ｆに基づいてトルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６（＝Ｆ・Ｎ＝Ｆ・ｆ／Ｐ）が算出される（ステップＡ３、周波数算出処理）。
【００１８】
トルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６は、ＣＰＵ１７に入力され、同トルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６の例えば２倍の周波数の標本化パルスＳ１７ａが生成される（ステップＡ４、標本化パルス生成処理）。トルク検出信号Ｓ１２は、Ｓ／Ｈ回路１４に入力されて標本化パルスＳ１７ａで標本化され、例えば図３（ａ）に示すような標本化信号Ｓ１４が生成される（ステップＡ５、標本化信号生成処理）。標本化信号Ｓ１４は、ＡＤＣ１５に入力され、Ａ／Ｄ変換開始信号Ｓ１７ｂに基づいてＡ／Ｄ変換が開始され、ディジタルのトルク検出信号Ｓ１５ａが生成される。Ａ／Ｄ変換が終了したとき、Ａ／Ｄ変換終了信号Ｓ１５ｂが出力される（ステップＡ６、アナログ／ディジタル変換処理）。
【００１９】
ＣＰＵ１７は、Ａ／Ｄ変換終了信号Ｓ１５ｂを受けた後、トルク検出信号Ｓ１５ａを読み取り、例えば図３（ｂ）に示すように、同トルク検出信号Ｓ１５ａの一周期のうちの例えば最大値をトルク検出値Ｓ１７ｃとして生成する（ステップＡ７、トルク検出値生成処理）。トルク検出値Ｓ１７ｃは、表示器１９に入力されてアナログ値又はディジタル値で表示される（ステップＡ８、表示処理）。
【００２０】
以上のように、この実施形態では、アナログのトルク検出信号Ｓ１２をＡ／Ｄ変換してディジタルのトルク検出信号Ｓ１５ａを生成し、同トルク検出信号Ｓ１５ａの一周期のうちの最大値をトルク検出値Ｓ１７ｃとして生成して表示器１９で表示するようにしたので、トルク検出信号Ｓ１２の正確な値が表示される。さらに、トルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６を算出し、同周波数Ｓ１６に基づいて標本化パルスＳ１７ａを生成するようにしたので、負荷が変動して同トルク検出信号Ｓ１２が変動したときでも、迅速に応答し、同トルク検出信号Ｓ１２の値が常に正確に表示される。
【００２１】
以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。
例えば、トルク検出器１２は、例えば図４中の動力計１など、原動機Ｍの駆動トルクを検出できるものであれば、任意のもので良い。また、回転検出部１３は、例えば磁気ヘッドと歯車とを組み合わせたものなど、原動機Ｍの回転を検出するものであれば、任意のもので良い。また、回転負荷１１は、例えば歯車や風車などでも良い。また、標本化パルスＳ１７ａの周波数は、トルク検出信号Ｓ１２の周波数Ｓ１６の２倍に限らず、例えば、４倍や８倍などでも良い。また、トルク検出値Ｓ１７ｃは、トルク検出信号Ｓ１５ａの一周期のうちの最大値に限らず、一周期中の任意の時刻における値でも良く、例えば、最小値でも良い。これにより、トルク検出値Ｓ１７ｃの変動の状態が表示できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、アナログのトルク検出信号をＡ／Ｄ変換してディジタルのトルク検出信号を生成し、同ディジタルのトルク検出信号の一周期のうちの例えば最大値をトルク検出値として生成して表示部で表示するようにしたので、アナログのトルク検出信号の正確な値を表示できる。さらに、アナログのトルク検出信号の周波数を算出し、同周波数に基づいて標本化パルスを生成するようにしたので、負荷が変動して同トルク検出信号が変動したときでも、迅速に応答し、同トルク検出信号の値を常に正確に表示できる。従って、原動機の駆動トルクを静的にも動的にも正確かつ迅速に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である原動機のトルク計測装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の原動機のトルク計測装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】標本化信号Ｓ１４とトルク検出値Ｓ１７ｃを示す図である。
【図４】従来の原動機Ｍのトルク計測装置の構成図である。
【図５】図４中のトルク検出信号Ｓ１，Ｓ２の例を示す波形図である。
【図６】従来の他の原動機のトルク計測装置の構成図である。
【符号の説明】
１１      回転負荷
１２      トルク検出器（トルク検出部）
１３      回転検出部
１４      Ｓ／Ｈ回路（サンプル／ホールド回路）
１５      ＡＤＣ（アナログ／ディジタル変換回路）
１６      周波数算出部（インタフェース）
１７      ＣＰＵ（制御部）
１８      ＲＯＭ（制御部）
１９      表示器（表示部）
【図１】
0004081241.tif 000002
【図２】
0004081241.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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