(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源回路に周波数インバータおよび周波数コンバータを介して接続される三相交流誘導電動機と、
前記三相誘導電動機のロータ軸に直結される主軸を同軸上に有するとともに架台上に水平にかつ揺動自在に支持されるトルク計測用の揺動ケーシングと、
前記主軸と供試原動機の出力軸とを連結し前記トルク計測用の揺動ケーシング内部に一体的に組み込まれた減速装置と、を備え、
主軸に直結する前記減速装置の大歯車の外周を覆い、大歯車の回転によって攪拌されて飛散する潤滑油の油沫を受け止める歯車損失トルク回収覆を前記揺動ケーシングと一体に設けたことを特徴とする減速型三相交流誘導電動機動力計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジン等の原動機の性能試験に用いる動力計に係り、特に、電源ラインに周波数インバータ及び周波数コンバータを介して直結した三相交流誘導電動機を電動機として任意回転数における原動機のモータリング試験用動力源として用いると共に、原動機により発電機として回転させて、原動機の発生動力の計測を行う共に、その際に発生した電力を電源ラインにフィードバックして電力に変え経済的試験を可能ならしめる三相交流誘導電動機動力計の使用回転数の範囲の拡大化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原動機の出力性能並にモータリング性能の両者を計測可能な動力計には、直流電気動力計、整流子電気動力計、等がある。このような在来の各種の電気動力計では、その回転子軸と同軸上にケーシングを軸受によって揺動自在に浮かせ、原動機を運転している間にこのケーシングに作用するトルクＴと、回転子軸の回転数ｎを測定することによって原動機の出力を計測することができるがいづれも極めて高価である。
【０００３】
本発明の基本となる電気動力計は、原動機のモータリング用動力源及び原動機の発生動力吸収用として大量生産されている安価な市販のフランジ型三相交流誘導電動機を使用し、且つ任意回転数における原動機のモータリング及び負荷性能試験を可能とするため、三相交流誘導電動機の入力側に周波数インバータを具え、且つ任意回転数において三相交流誘導電動機をマイナススリップ状態に保つことによって三相交流誘導発電機として使用し、原動機の任意回転数における出力を電力に換え、発電機としての任意周波数電気出力を、周波数コンバータを介して電力ラインの基底サイクルに常に合わせるようにした図４に示す三相交流誘導電動機を基本としたものである。
【０００４】
図４において、１０は原動機、１１は三相交流誘導電動機を示す。動力計計測部本体であるトルク計測用揺動ケーシング１２は、三相交流誘導電動機１１のケーシングと一体に取り付けられ、図示されない架台によって揺動自在に支持されているものである。原動機１０の出力軸１３は、三相交流誘導電動機１１のロータ軸と直結した入力軸１４と連結されており、また、原動機１０の回転数は、ピックアップ１５によって検出されるとともに計測装置１６に入力される。
【０００５】
電源ライン１８より供給される電力は周波数インバータ１９を介して三相交流誘導電動機１１を任意の回転数ｎＭ  で駆動し、これに連結される原動機１０のモータリングを行うことができる。この時トルク計測用揺動ケーシング１２にかかるトルクＴＭ  を計測すれば原動機１０の無着火時における摩擦パワーＰは（１）の式で求められる。
【０００６】
【数１】
0003604478.tif 000002
この際もし周波数インバータ１９を欠く場合には、電源ライン１８の基底周波数（５０／６０ＨＺ）に対応する三相交流誘導電動機１１の基底回転数（２極の場合は３０００／３６００ＲＰＭ）における摩擦トルク及び摩擦パワーのみしか求められないが、図４に示す如く三相交流誘導電動機１１の入力側に周波数インバータ１９を設ける場合には、図５に示す如く電源ライン１８の基底周波数に対応する回転数以下又は以上のかなり広い範囲に亘り、各回転数における最大許容トルク曲線以下の任意トルクであれば、三相交流誘導電動機１１により原動機１０を駆動してそのモータリング特性をとることができる。この場合は三相交流誘導電動機１１の出力パワーはすべて原動機１０の摩擦パワーに吸収されるので周波数コンバータ２０の有無に関らず電力ライン１８にフィードバックされる電力はない。
【０００７】
次に、原動機１０がモータリングより着火運転に移り、有効動力を発生する場合、すなわち任意のエンジン回転数ｎＥ  において発生する有効トルクＴＥ  を計測し、原動機１０の出力パワーＰＥ  を式（１），（２）によって求める場合、所謂着火出力性能試験運転を行う場合について示す。
【０００８】
図４に示す如く、周波数インバータ１９が三相交流誘導電動機１１の入力ライン１７に設けてあるので、図５で示されるように、三相交流誘導電動機１１の基底回転数は電源ライン１８の基底周波数（５０／６０ＨＺ）に対応する基底回転数（２極では３０００／３６００ｒｐｍ）をはさみ上下のかなり広い範囲に亘って変化させることができる。原動機１０の出力を揺動ケーシング１２を介して三相交流誘導電動機１１に供給し且つ三相交流誘導電動機１１の入力側に周波数インバータ１９を設けてその回転数を基底回転数の上下に亘る希望する回転数に設定する。原動機１０の発生パワーによって、三相交流誘導電動機１１がこの設定回転数を僅かに越えたマイナス・スリップ状態になれば、三相交流誘導電動機１１はそのまま三相交流誘導発電機となって原動機出力は電力に転換される。但しその発生電力の周波数は原動機及び発電機の回転数に相当する周波数であるから、そのまま電力ライン１８にフィードバックすることはできない。
【０００９】
そこで、三相交流誘導電動機１１の出力側のフィードバックライン２１に周波数コンバータ２０を設けることにより、一度直流に変換した後、再び電力ラインの一定周波数（５０／６０ＨＺ）の交流電流に変換後に電力ライン１８にフィードバックしてやればよい。原動機１０の機械損失並に三相交流誘導電動機１１としての機械的及び電気的損失及び周波数インバータ２０の電気的損失があり、それらはすべて熱となって失われるが、原動機に供給された燃料エネルギーの７５〜８５％は電力としてフィードバックして回収できるので経済的利益は極めて大きい。特に、耐久テストのように連続運転を行う場合には、その経済的効果は著しい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような三相交流誘導電動機動力計に用いられる周波数インバータおよび周波数コンバータとしては、現在のところ許容最大回転数が基底回転数の２倍以下のものが容易に入手可能である。このことは、２極交流電動機を使用した場合に、原動機性能の試験回転数の範囲が最大でもせいぜい６０００／７２００ＲＰＭ程度に抑えられることを意味する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、この問題点を解消し、前述した三相交流誘導電動機動力計の改良を図り、低価格な市販のモータ、周波数インバータおよび周波数コンバータをそのまま利用でき、且つ原動機出力の許容回転数の範囲を拡大できるようにした安価な減速型三相交流誘導電動機動力計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、交流電源回路に周波数インバータおよび周波数コンバータを介して接続される三相交流誘導電動機と、前記三相誘導電動機のロータ軸に直結される主軸を同軸上に有するとともに架台上に水平にかつ揺動自在に支持されるトルク計測用の揺動ケーシングと、前記主軸と供試原動機の出力軸とを連結し前記トルク計測用の揺動ケーシング内部に一体的に組み込まれた減速装置と、を備え、主軸に直結する前記減速装置の大歯車の外周を覆い、大歯車の回転によって攪拌されて飛散する潤滑油の油沫を受け止める歯車損失トルク回収覆を前記揺動ケーシングと一体に設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
前記減速装置は、減速歯車が潤滑油を攪拌することにより生じる損失トルクを回収する手段を備える。この回収手段としては、主軸に直結する大歯車の外周を覆う短円筒形の歯車損失トルク回収覆を設け、大歯車の回転により飛散する油沫を受け止めるとともに、そのトルク回収覆を揺動ケーシングと一体とするようにして損失トルクの大部分を回収し、計測トルクに組入れすることができる。
【００１４】
本発明によれば、原動機の出力状態においては、その出力は、周波数インバータにより変化される各回転数においてマイナススリップ状態を保った三相交流誘導発電機に吸収されるとともに、その際に発電された電力は周波数コンバータを介して常に電源回路の周波数に合わせてフィードバックされる。
【００１５】
原動機の出力の計測は、原動機又は主軸の回転数と、揺動自由に支持された揺動ケーシングに作用するトルクを測定することにより行なわれ、主軸には、原動機の出力軸の回転が減速されて伝達されることから、電動機の基底回転数と周波数インバータの性能により制限される原動機の最大許容回転数を減速比の逆数倍だけ拡大することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による減速型三相誘導電動機動力計の一実施形態について添付の図面を参照して説明する。
本発明による減速型三相誘導電動機動力計は、図４に示したように、周波数を電源回路１８より周波数インバータ１９によって任意サイクルに変換後、三相交流誘導電動機１１に投入し、任意回転数における原動機１０のモータリングを可能ならしめ原動機の損失馬力の計測を可能にすると共に、原動機１０の着火運転時には任意回転数において三相交流誘導電動機１１をマイナススリップ状態に保つことにより三相交流誘導発電機として回すことによって、原動機１０の出力を吸収するとともに、発生した電力を電源ライン１８にフィードバックするため、電源ライン１８と三相交流誘導電動機１１との間に設けた周波数コンバータ２０によって三相交流誘導電動機１１の回転数に相当する周波数から常に、電源ライン１８の周波数に変換した後に電源ライン１８に投入する。
【００１７】
図１は、動力計の本体部を構成する揺動ケーシング１２の内部構造を示す縦断面図である。架台２４上には、揺動ケーシング１２を水平に支持する支持台２５ａ、２５ｂが垂直に設けられており、揺動ケーシング１２は、この支持台２５ａ、２５ｂによってボールベアリング２６ａ、２６ｂを介して揺動自在に支持されている。
【００１８】
動力計の動力吸収部として使用する三相交流誘導電動機１１としては、市販のフランジ型モータをそのまま利用することができ、揺動ケーシング１２の一端側のフランジ部２７にモータハウジング１１ａのフランジ面を固定するようにして取り付けられる。この取付姿勢では、主軸２９と、ロータ軸３０とは、揺動ケーシング１２の内部を貫通するようにその中心軸上でカップリング３１を介して連結される。主軸２９は、円筒状の揺動中間体３３の内周面に固定されたボールベアリング３２によって回転自在に支持されており、この揺動中間体３３は、揺動ケーシング１２と一体構造となるように複数本のボルト３４によって締め付けられている。
【００１９】
以上のような動力計本体部の入力側には、減速装置が一体的に設けられて、この減速装置により原動機の回転数を低下させて主軸２９に回転が伝達される。この実施形態の場合、主軸２９の入力側には、歯車減速装置の大歯車３６が軸着されており、この大歯車３６には、小歯車３７が噛み合い、この小歯車３７は供試エンジン１０（図示せず）の出力軸にカップリング４１を介して連結される入力軸１４に固定されている。この減速装置では、入力軸１４の回転は、減速比１／２〜１／３程度に減速されて主軸２９に伝達されるようになっている。
【００２０】
歯車減速装置の歯車ケーシング３８の内部は、小歯車３７、大歯車３８、入力軸１４の支持用のボールベアリング４０及び主軸２９の支持用ボールベアリング３２等を潤滑するために、一定量の潤滑油の封入された油溜３９になっていて、歯車ケーシング３８の天井部、底部には、それぞれ給油、排油用の油栓４２、４３が設けられている。
【００２１】
また、揺動中間体３３には、油溜３９に面する側の端部から大歯車３６の外周を取り囲むようにして、歯車損失トルク回収覆４４が突出するように設けられている。この歯車損失トルク回収覆４４は、図３に示すように、大歯車３６の全周を小歯車３７の噛み合い部分を残して約５／６程度を覆うような短円筒状の構造のもので、大歯車３６の回転によって撹拌されて飛散する潤滑油の油沫が歯車損失トルク回収覆４４の内面にあたって歯車損失トルクの大部分を揺動ケーシング１２に伝えることができるように構成されている。
【００２２】
図２は、本実施形態による動力計の外観全体を示す平面図である。モータケーシング１１ａにかかるトルクは直接揺動ケーシング１２に伝達されるので、トルク計測に際してトルク計の検定のために、揺動ケーシング１２には、その軸線と直交する方向に延びるトルク検定レバー５０ａ、５０ｂが取り付けられ、このトルク検定レバー５０ａ、５０ｂが当接するように、所定位置に検定用のトルク計５２が配置されている。
【００２３】
トルク検定レバー５０ｂの先端近くに、揺動ケーシング１２の中心線から距離Ｌにある位置に重量Ｗｋｇ・ｆなる重錘（図示せず）を吊したときのトルク計の読みを、
ＴＭ  ＝ＷＬ          （ｋｇｆ・ｍ）          （３）
としてトルク計（図示せず）を検定することができる。
【００２４】
一方、トルク検定レバー５０ａ、５０ｂの反対側には、同軸上にこれとおなじバランスレバー５１ａ、５１ｂが設けられ、このうち、バランスレバー５１ａの途中に油タンパー５４が配置されている。
【００２５】
本動力計による原動機１０のモータリング時における摩擦パワーを計測するには原動機１０を無着火状態に保ったまま電力ライン１８より電力を供給し、周波数インバータ１９によって任意回転数で三相交流誘導電動機１１を廻し、その時の動力計の駆動トルクＴＭ  と原動機の回転数ｎＥ  を計測すれば摩擦パワー及びトルクは（１）式および（２）式で求められる。この場合には電力ライン１８にフィードバックされる電力はない。
【００２６】
次に、本動力計による原動機の出力パワーの計測について説明する。
【００２７】
図４において、原動機１０を着火し、周波数インバータ１９によって任意回転数の下で回せば、三相交流誘導電動機１１はマイナススリップ状態となり、そのまま三相交流誘導発電機となり、各回転数で原動機１０の出力は三相交流誘導発電機となった三相交流誘導電動機１１によって電力に変換される。このようにして、任意回転数において発電された任意周波数の電力を周波数コンバータ２０を介して電力ライン１８の周波数に変換した後、電力ライン１８にフィードバックする。原動機出力が吸収されることによって、支持台２５ａ、２５ｂ上に揺動自在に支持される揺動ケーシング１２には、三相交流誘導発電機となった三相交流誘導電動機１１から直接に吸収トルクが伝達されるので、そのトルクの大きさをＴＭ  として計測する。
【００２８】
また、原動機出力軸と等しい回転数で回転する入力軸１４の回転数をｎＥ  （ＲＰＭ）、トルクをＴＥ  （ｋｇｆ  ・ｍ  ）、減速比Ｒ（Ｒ＝１／２〜１／３）で減速した後の主軸２９の回転数をｎＭ  、そのトルクをＴＭ  とすれば、原動機の発生するパワーＰ及び原動機のトルクＴＥ  は、実際にトルクＴＭ  、及び原動機回転数ｎＥ  を計測することによって、式（１）及び式（２）によって計測することができる。
【００２９】
しかも、本動力計では、減速装置を備えており、主軸２９を入力軸１４に対して減速比Ｒで減速しているので、主軸２９の回転数ｎＭ  については、三相交流誘導電動機１１の基底回転数の２倍程度が許容最大回転数になる制限を受けるが、それに対応する入力軸１４の許容最大回転数は、減速比Ｒの逆数を乗じた範囲に拡大される。このため、原動機側の回転数の範囲が拡大されるので、高速エンジンのモータリング性能、出力性能の試験にも十分対応することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、市販の三相交流誘導電動機、周波数インバータ、周波数コンバータをそのまま用いながらも、周波数インバータにより制限される原動機の最大許容回転数が減速比の逆数倍だけ拡大される結果、高速原動機の任意回転数におけるモータリング性能試験並に出力性能試験が可能であり、且つ原動機の出力を電力として回収することが可能であり、経済的な且つ安価な電気動力計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による三相交流誘導電動機動力計の一実施形態を示す一部断面側面図。
【図２】前記実施形態の動力計の平面図。
【図３】減速装置内部の歯車損失トルク回収覆の示す断面図。
【図４】電力供給ラインの周波数以下又は以上の任意の回転数でのモータリング及び出力性能の測定と発生電力のフィードバックが可能な三相交流誘導電動機動力計の基本構成の説明図（本発明はこの回路による）。
【図５】三相交流誘導電動機に周波数インバータ及び周波数コンバータを付設した場合の減速歯車を有しない動力計としての周波数に対する、駆動又は吸収トルク比の変化を表わした図。
【符号の説明】
１０  原動機
１１  三相交流誘導電動機
１２  トルク計測用揺動ケーシング
１４  入力軸
１５  回転数ピックアップ
１６  計測装置
１７  周波数インバータ１９への入力ライン
１８  電源ライン
１９  周波数インバータ
２０  周波数コンバータ
２１  周波数コンバータより電力ラインへのフィードバックライン
２４  架台
２５ａ，２５ｂ  支持台
２６ａ，２６ｂ  揺動ケーシング支持ベアリング
２７  モータ取付用フランジ
２８  モータフランジ
２９  主軸
３０  ロータ軸
３１  カップリング
３２  主軸用ベアリング
３３  揺動中間体
３６  大歯車
３７  小歯車
３８  歯車ケーシング
３９  油溜
４４  トルク回収覆（歯車損失トルク回収手段）
５０ａ，５０ｂ  トルク検定レバー
５１ａ，５１ｂ  バランスレバー
５２  トルク計
５４  油ダンパー
【図１】
0003604478.tif 000003
【図２】
0003604478.tif 000004
【図３】
0003604478.tif 000005
【図４】
0003604478.tif 000006
【図５】
0003604478.tif 000007