(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に試験負荷を与えるダイナモと、
前記供試体の回転軸を直接連結したトルク計と、
前記ダイナモと前記トルク計との間に配置した中間軸受と
前記中間軸受によって回転可能に支持され、一端側を前記ダイナモの回転軸に接続し且つ他端側を前記トルク計に接続した中間軸とを備え、
前記ダイナモの回転軸と前記供試体の回転軸とを前記トルク計、前記中間軸及び前記中間軸受を介して同心軸状に連結した供試体試験装置であり、
前記トルク計に所定温度範囲に調節した温調空気を当てるブロワと、
前記トルク計の温度を直接的又は間接的に計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記ブロワから供給する前記温調空気の温度を制御する温調空気制御部と、
前記トルク計及び前記中間軸受を覆う恒温槽とを備えていることを特徴とする供試体試験装置。
【請求項２】
前記トルク計にそれぞれ連結する前記供試体側の軸及び前記中間軸受側の軸と前記トルク計との間にそれぞれ熱絶縁体を介在させた請求項１に記載の供試体試験装置。
【請求項３】
前記中間軸受自体を油冷する油冷手段を備えている請求項１又は２の何れかに記載の供試体試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等の供試体に試験負荷を与えるダイナモを備えた供試体試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータ等の供試体に試験負荷を与えるダイナモと、供試体の回転軸が連結される中間軸受と、ダイナモと中間軸受との間に配置されるトルク計とを備えた供試体試験装置が知られている。ここで、トルク計は、ダイナモ及び供試体の回転による回転軸のねじれによって歪みが発生する起歪部と、起歪部に張り付けられた歪みゲージの歪みを検出する歪センサから構成されていて、歪センサにより歪みを電気量に変換して、供試体の回転速度に対する伝達トルク等の諸特性を測定することが可能なものである。
【０００３】
このような供試体試験装置において、供試体、トルク計、中間軸受、ダイナモの順番で直列に接続した場合には、供試体、中間軸受、トルク計、ダイナモの順番で直列に接続した場合と比較して、トルク計が中間軸受のメカロス（機械損失）の影響を受けないため、トルク計の計測精度は向上する。しかしながら、上述の構成であれば、トルク計は供試体及び中間軸受の発熱の影響を受け易くなり、トルク計の温度管理を適正に行うことが要求される。特に、歪センサは所定の温度範囲でのみ適正に作動するのが通常であるため、トルク計の温度管理は歪センサの定められた温度範囲内で行うことが必要となる。
【０００４】
特許文献１には、トルク計の周囲温度の変動である温度ドリフトの特性と温度−定格トルク特性を予め計測したマップとテーブルとして用意しておき、これら特性とトルク計の現在の温度とを基にしてトルク検出信号に含まれる現在の温度ドリフト分と定格トルク特性の比率を取り出してトルク検出信号を補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、温度ドリフトの特性や温度−定格トルク特性に基づいてトルク計の検出信号を補正する構成では、これら各特性を予め計測したマップ及びテーブルを用意しなければならず、また、補正処理の計算量が多く、時間もかかるというデメリットがある。さらに、回転速度が異なれば、補正処理時に参照すべきマップやテーブルも異なることから、マップやテーブルも相当数用意していなければ、全ての回転速度に応じて適切な補正処理を行うことはできず、この点でも不利である。
【０００７】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、トルク計の温度ドラフトの発生自体を防止・抑制することによって、高精度のトルク制御を実現可能な供試体試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明は、供試体に試験負荷を与えるダイナモと、供試体の回転軸を直接連結したトルク計と、ダイナモとトルク計との間に配置した中間軸受と、中間軸受によって回転可能に支持され、一端側をダイナモの回転軸に接続し且つ他端側をトルク計に接続した中間軸とを備え、ダイナモの回転軸と供試体の回転軸とをトルク計及び中間軸受を介して同心軸状に連結した供試体試験装置に関するものである。ここで、供試体としては、例えば電気自動車用か否かに拘わらず、発電機や電動機、又は変速機等の自動車部品を挙げることができる。
【０００９】
そして、本発明に係る供試体試験装置は、トルク計に所定温度範囲に調節した温調空気を当てるブロワと、トルク計の温度を直接的又は間接的に計測する計測手段と、計測手段の計測結果に基づいてブロワから供給する温調空気の温度を制御する温調空気制御部と、トルク計及び中間軸受を覆う恒温槽とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような供試体試験装置であれば、供試体や中間軸受の熱がトルク計に伝達されてトルク計の温度が変動し得る場合であっても、トルク計の温度が歪センサの定められた温度範囲内となるように設定された所定温度に温調空気制御部によって制御した温調空気をブロワでトルク計に当てることにより、トルク計の温度を安定させることができ、温度ドラフトの影響を受けることなく、高精度のトルク制御を行うことができる。そして、このような高精度のトルク制御下で供試体に関する各種性能試験を行うことが可能な本発明の供試体試験装置によって、供試体に関する適正な試験結果を得ることができる。また、このような試験装置であれば、例えば予め計測した温度ドリフトの特性や温度−定格トルク特性に基づいてトルク計の検出信号を補正する構成と比較して、各特性を予め計測したマップやテーブルを用意する必要もなく、トルク計の検出信号を補正するという煩雑な補正処理も不要であり、既知の供試体試験装置にも比較的容易に適用することができる点においても有利である。
【００１１】
特に、本発明において、少なくともトルク計を覆う恒温槽を備えた供試体試験装置を構成すれば、トルク計のみならず、トルク計の周辺温度も温調空気に応じた温度に維持することができ、トルク計の周囲温度の変動に起因するトルク計の温度ドラフトをも防止・抑制することができる。
【００１２】
本発明の供試体試験装置では、計測手段として、例えばトルク計の温度を直接的に計測するトルク計温度計測部のみによって構成することも可能であるが、トルク計の温度を間接的に計測する計測部によって構成することも可能である。後者の計測手段を構成する計測部（トルク計の温度を間接的に計測する計測部）の一例としては、ブロワから供給される温調空気の温度を計測する供給温調空気計測部や、恒温槽内の温度を計測する恒温槽内計測部を挙げることができる。そして、計測手段が、トルク計の温度を間接的に計測する計測部として、供給温調空気計測部又は恒温槽内計測部の少なくとも何れか一方を有するものである場合には、温調空気制御部として、供給温調空気計測部又は恒温槽内計測部の少なくとも何れか一方の計測結果に基づいてブロワから供給する温調空気の温度を制御するものを適用することができる。
【００１３】
さらに、本発明の供試体試験装置では、トルク計にそれぞれ直接する供試体側の軸及び中間軸受側の軸とトルク計との間にそれぞれ熱絶縁体を介在させることができる。このような構成を採用すれば、上述の熱絶縁体をトルク計との間に介在させた軸を有する供試体及び中間軸受からトルク計に熱が伝達しないか、極めて伝達し難く、温調空気の温度を温調空気制御部によって所定温度に制御する際の調整範囲も相対的に小さくなり、好適である。
【００１４】
また、本発明の供試体試験装置が、中間軸受自体を油冷する油冷手段を備えたものであれば、中間軸受の発熱自体を油冷手段によって抑えることができ、トルク計が中間軸受からの発熱の影響を受ける程度を効果的に低減することができる。
【００１５】
さらに本発明の供試体試験装置においては、トルク計に結露が発生することを防止する事態を回避するために、トルク計にドライエアを当てるドライヤを設ければよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明であれば、温調空気制御部によって所定温度に制御した温調空気をブロワでトルク計に当てることにより、トルク計の温度を安定させることができ、トルク計の温度ドラフトの発生を防止・抑制して、高精度のトルク制御を実現可能な供試体試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る供試体試験装置の全体概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係る供試体試験装置Ｘは、例えば図１に示すように、例えば電気自動車のモータ等の回転動作を伴う供試体Ｍに擬似負荷を与えるダイナモ１（「ダイナモメータ」とも称する）と、一端側に供試体Ｍの回転軸Ｍ１が接続されたトルク計２と、トルク計２とダイナモ１との間に配置した中間軸受３と、中間軸受３によって回転可能に支持されている中間軸４と、中間軸４とダイナモ１の回転軸１１とを連結するカップリング５とを備え、トルク計２、中間軸受３、中間軸４及びカップリング５を介してダイナモ１の回転軸１１及び供試体Ｍの回転軸Ｍ１を同心軸状に連結し、一体回転可能に構成したものである。本実施形態では、ダイナモ１及び中間軸受３を共通のベース６に固定している。このベース６には、供試体Ｍを取り付けるための供試体ブラケット７も固定している。なお、供試体Ｍは、ベース６を載置している床面Ｆ上を転動可能なキャスタＭ２１を有する供試体ＭカバーＭ２によって被覆されている。
【００２０】
ここで、トルク計２は、例えばトルク伝達軸２１の回転による捩れによって歪みが発生する起歪部（図示省略）を内部に有し、この起歪部に付帯させた歪ゲージの歪みを電気量に変換して、伝達トルクを測定するものである。図１では、トルク伝達軸２１の一端部に供試体用フランジ部２２を設け、トルク伝達軸の他端部に中間軸用フランジ部２３を設けたフランジ型のトルク計２を示しているが、他のタイプのトルク計を適用することもできる。供試体Ｍがモータである場合には、ダイナモ１は「疑似負荷」となり、トルク計２によって供試体Ｍであるモータの回転数に対する伝達トルク等の特性を測定する。
【００２１】
本実施形態の供試体試験装置Ｘでは、トルク計２の一端側に、供試体ブラケット７により回転可能に支持されている供試体Ｍの回転軸Ｍ１が接続されており、トルク計２の他端側に、中間軸４の一端側が接続されている。そして、トルク計２の一端側と供試体Ｍの回転軸Ｍ１との間に熱絶縁体Ａ１を介在させるとともに、トルク計２の他端側と中間軸４と供試体Ｍの回転軸Ｍ１の間に熱絶縁体Ａ２を介在させている。具体的には、トルク計２の供試体用フランジ部２２とトルク計用フランジ部Ｍ１１との間に熱絶縁体Ａ１を介在させるとともに、トルク計２の中間軸用フランジ部２３と中間軸４の一端側に設けたフランジ部４１との間に熱絶縁体Ａ２を介在させている。図１では説明の便宜上、各熱絶縁体（熱絶縁体Ａ１，熱絶縁体Ａ２）をパターンを付して示している。各熱絶縁体（熱絶縁体Ａ１，熱絶縁体Ａ２）は、相互に同じ素材から形成したものであってもよいし、異なる素材から形成したものであってもよい。本実施形態では、各熱絶縁体（熱絶縁体Ａ１，熱絶縁体Ａ２）として、例えばトルク伝達方向の寸法（厚み）を所定値（例えば１０ｍｍ）以上に設定したガラスエポキシからなる円環状のものを適用している。
【００２２】
中間軸受３は、中間軸４を回転可能に支持する軸受本体３１と、軸受本体３１を支持した状態でベース６上に固定される支持台３２とを備えたものである。本実施形態の供試体試験装置Ｘは、中間軸受３全体を油冷する油冷手段Ｂを備えている。図１では油冷手段Ｂのうち中間軸受３を被覆し且つ潤滑油経路（図示省略）を有する中間軸受カバーＢ１を一点鎖線で模式的に示している。そして、中間軸受カバーＢ１の潤滑油経路内に適宜の潤滑油貯蔵槽から潤滑油を供給することによって、中間軸受３の温度を常温（例えば２３度±５度）か常温より低く維持することができるように設定している。ここで、中間軸受３を常温或いは常温よりも低い温度（低温）に温度調節するためには、当然のことながら常温または低温の潤滑油を用いることになり、このことが、潤滑油の粘度の低下、ひいては中間軸受３のダンパー機能の向上に貢献している。したがって、本実施形態の供試体試験装置Ｘでは、複雑なダンパー機構などを用いることなく、ダイナモ１の回転軸１１と供試体Ｍの回転軸Ｍ１との間でトルクの脈動が伝達される事態を防止することができる。
【００２３】
カップリング５は、ダイナモ１の回転軸１１に接続可能なダイナモ連結フランジ部５１と、一端部をダイナモ連結フランジ部５１に一体回転可能に接続したカップリング軸５２と、カップリング軸５２の他端部に一体回転可能に設けた軸受連結フランジ部５３とを備えたものである。カップリング５のダイナモ連結フランジ部５１は、ダイナモ１の回転軸１１のうち端部に形成した中間軸受側フランジ１２に固定し、軸受連結フランジ部５３は、中間軸４のうちダイナモ１側の端部に形成したフランジ部４２に固定している。本実施形態では、カップリング軸５２及び各連結フランジ部（ダイナモ連結フランジ部５１、軸受連結フランジ部５３）を金属製にしているため、強度が高く、高トルク及び高速回転を両立することができる。
【００２４】
このような供試体試験装置Ｘにおいて、供試体Ｍの回転軸Ｍ１又はダイナモ１の回転軸１１のうち何れか一方の回転軸（例えば供試体Ｍの回転軸Ｍ１）が回転すると、そのトルクは、トルク計２、中間軸受３、カップリング５を通じて他方の回転軸（例えばダイナモ１の回転軸１１）に伝達される。したがって、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、供試体Ｍの回転軸Ｍ１とダイナモ１の回転軸１１との間で動力（トルク）を伝達することができ、供試体Ｍの各種特性を測定することができる。以下の説明において「トルク伝達方向」とは供試体Ｍの回転軸Ｍ１とダイナモ１の回転軸１１との間でトルクが伝達する方向を意味し、供試体Ｍの回転軸Ｍ１やダイナモ１の回転軸１１の軸方向と一致する。
【００２５】
そして、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、トルク計２に所定温度範囲に調節した温調空気を当てるブロワＣと、トルク計の温度を間接的に計測する計測手段と、この計測手段の計測結果に基づいてブロワＣから供給する温調空気の温度を制御する温調空気制御部Ｅとを備えている。本実施形態では、計測手段として、ブロワＣから供給される温調空気の温度を計測する供給温調空気計測部Ｄを有するものを適用し、温調空気制御部Ｅは、トルク供給温調空気計測部Ｄの結果に基づいてブロワＣから供給する温調空気の温度を制御するように構成している。
【００２６】
ブロワＣは、トルク計２（トルク計２の歪センサ）が正常に作動する温度範囲に対応する所定の設定値（例えば２３度±５度）よりも５度乃至２度低い温度を所定温度範囲として、この所定温度範囲に調節した風（温調空気）をトルク計２に吹き付けるものである。本実施形態の供試体試験装置Ｘは、少なくともトルク計２を被覆する恒温槽Ｆを備えており、この恒温槽Ｆ内にブロワＣから温調空気を吹き付けるように構成している。ブロワＣは、温調空気制御部Ｅを構成するトルク計用温調装置Ｅ１内に配置され、ブロワＣの吹出口Ｃ１をトルク計用温調装置Ｅ１の吐出ポートＥ２に連通させている。ここで、本実施形態の温調空気制御部Ｅは、トルク計用温調装置Ｅ１の吐出ポートＥ２近傍に配置した供給温調空気計測部Ｄの計測結果に基づいて、温調空気の温度を制御するとともに、ブロワＣから送り出す風量も制御するものである。なお、供給温調空気計測部Ｄは、既知の温度センサなどによって構成することができる。
【００２７】
本実施形態では、恒温槽Ｆとして、トルク計２全体を含む所定領域、具体的には、トルク伝達方向において上述の供試体ブラケット７に連続する位置から、中間軸受３のうちトルク計２側の所定位置（例えば中間軸受３のうちトルク計２側の半分に相当する位置）までの領域を包囲し得るものを適用している（図１参照）。恒温槽Ｆ内には、恒温槽Ｆ内の温度を計測する恒温槽内計測部Ｇを備えている。この恒温槽内計測部Ｇは、供給温調空気計測部Ｄと同様に既知の温度センサなどによって構成することができる。
【００２８】
また、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、恒温槽Ｆ内においてトルク計２に吹き付けた温調空気を温調装置Ｅ１の吸入ポートＥ３を通じて温調装置Ｅ１内に排出し、温調空気制御部Ｅを構成する温調装置Ｅ１内で所定範囲の温度に調整した温調調空気としてブロワＣ及び吐出ポートＥ２を通じて恒温槽Ｆ内に吹き出すことができるように構成している。
【００２９】
また、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、恒温槽Ｆ内にドライエアを供給するドライヤＨを備えている。
【００３０】
そして、供試体の回転軸をトルク計の一端側に直接連結するとともに、中間軸受に支持されている中間軸をトルク計の他端側に直接連結した既知の供試体試験装置では、試験時に供試体や中間軸受の熱がトルク計に伝達され易いため、トルク計の温度ドラフトを考慮してトルク計の計測値を補正する必要があるが、本実施形態に係る供試体試験装置Ｘを用いて試験を行えば、温調空気制御部Ｅによって所定温度に制御した温調空気をブロワＣからトルク計２に吹き付けることにより、トルク計２の温度を安定させることができ、温度ドラフトの影響を受けることなく、高精度のトルク制御を行うことができる。このような高精度のトルク制御下で供試体Ｍに関する各種性能試験を行うことが可能な本実施形態の供試体試験装置Ｘによって、供試体Ｍに関する適正な試験結果を得ることができる。また、このような供試体試験装置Ｘであれば、既知の供試体試験装置にも比較的簡単に適用することができ、例えば予め計測した温度ドリフトの特性や温度−定格トルク特性に基づいてトルク計の検出信号を補正する構成と比較して、各特性を予め計測したマップやテーブルを用意する必要もなく、トルク計の検出信号を補正する処理も不要である。
【００３１】
さらに、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、少なくともトルク計２を覆う恒温槽Ｆを備えているため、トルク計２のみならず、トルク計２の周辺温度もブロワＣから供給される温調空気に応じた温度に維持することが可能であり、トルク計２の周囲温度の変動に起因するトルク計２の温度ドラフトをも防止・抑制することができる。
【００３２】
特に、本実施形態に係る供試体試験装置Ｘでは、トルク計２にそれぞれ直接連結する供試体Ｍ側の軸Ｍ１とトルク計２との間、及び中間軸４とトルク計２との間にそれぞれ熱絶縁体Ａ１，Ａ２を介在させているため、供試体Ｍや中間軸受３からトルク計２へ熱が伝達する事態そのものを効果的に防止・抑制することができ、温調空気制御部Ｅによって所定温度に調整した温調空気をブロワＣからトルク計２に吹き付けることと相俟って、トルク計２の温度ドラフトの発生を回避することができる。
【００３３】
また、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、中間軸受３自体を油冷する油冷手段Ｂを備えているため、中間軸受３の発熱を油冷手段Ｂによって抑えることができ、トルク計２に中間軸受３側から熱が伝達される事態をより一層効果的に抑制することができる。
【００３４】
加えて、本実施形態の供試体試験装置Ｘは、恒温槽Ｆ内のトルク計２にドライエアを供給するドライヤＨを備えているため、恒温槽Ｆ内に結露が発生することを防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロアにより供給される所定温度範囲に調節した温調空気がドライエアであってもよい。
【００３６】
また、恒温槽を備えず、外部に露出しているトルク計に対してブロアから温調空気（ドライエアであってもよい）を吹き付けるように構成した供試体試験装置であっても構わない。
【００３７】
上述した実施形態では、トルク計の温度を間接的に計測する計測手段の一例として、ブロワから供給される温調空気の温度を計測する供給温調空気計測部を有する計測手段を挙げるとともに、この供給温調空気計測部の計測結果に基づいてブロアから吹き出す温調空気の温度を制御する制御部を例示したが、トルク計の温度を間接的に計測する計測手段を、恒温槽内の温度を計測する恒温槽内計測部Ｇ（図１参照）のみを用いて構成することもできる。この場合には、制御部が、恒温槽内計測部Ｇの計測結果に基づいてブロアから供給する温調空気の温度を制御するようにすればよい。これは、ブロアから吹き出す温調空気の温度が恒温槽内の温度とほぼ比例であることを実験結果として得ている点、及び恒温槽内の温度とトルク計の温度は強い相関関係にある点に基づく技術思想である。また、計測手段が、供給温調空気計測部及び恒温槽内計測部の両方を有する場合には、これら供給温調空気計測部及び恒温槽内計測部の両方の計測結果に基づいてブロワから供給する温調空気の温度を制御する制御部を採用してもよい。
【００３８】
また、計測手段を、トルク計自体の温度を直接的に計測するトルク計温度計測部を用いて構成することもできる。この場合には、制御部が、トルク計自体の温度を直接的に計測するトルク計温度計測部の計測結果のみ、或いはこのトルク計温度計測部の計測結果に加えて、供給温調空気計測部又は恒温槽内計測部の少なくとも何れか一方の計測結果に基づいてブロワから供給する温調空気の温度を制御するものであってもよい。トルク計温度計測部としては、回転するトルク計の温度を非接触で計測可能なワイヤレスタイプの温度センサを挙げることができる。
【００３９】
また、トルク計にそれぞれ連結する供試体側の軸及び中間軸受側の軸のうち何れか一方の軸とトルク計との間にのみ熱絶縁体を介在させた態様や、何れの軸とトルク計との間にも熱絶縁体を介在させない態様を採用してもよい。
【００４０】
また、中間軸受自体を油冷する油冷手段を備えていない態様や、ドライヤを備えていない態様であってもよい。
【００４１】
また、供試体として、モータ以外の供試体、例えば電動機又は変速機等を適用したり、ダイナモが擬似負荷ではなく擬似駆動源として機能するものであっても構わない。
【００４２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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】
【００４３】
１…ダイナモ
１１…ダイナモの回転軸
２…トルク計
３…中間軸受
Ａ１，Ａ２…熱絶縁体
Ｂ…油冷手段
Ｃ…ブロワ
Ｄ…計測手段、供給温調空気計測部
Ｅ…温調空気制御部
Ｆ…恒温槽
Ｇ…恒温槽内計測部
Ｈ…ドライヤ
Ｍ…供試体
Ｍ１…供試体の回転軸
Ｘ…供試体試験装置
【図１】
0005942543.tif 000002