(57)【要約】【課題】負荷トルクの変動に対して、回転数がどの程度一定で保持することができるのかを検証することができる簡易な構成の負荷試験装置を提供することにある。【解決手段】予め定めた回転数で回転駆動する試験対象となる被試験駆動装置に負荷トルクを作用させる負荷作用部と、前記被試験駆動装置に作用している実際の負荷を検出する負荷検出部と、を備えた負荷試験機であって、前記負荷作用部は、被試験駆動装置の駆動軸に連結固定される測定子と、該測定子を把持する把持機構と、該把持機構の把持力を調整可能とする把持力可変手段と、を備え、前記把持機構の把持部と測定子との接触面間のすべり摩擦トルクを負荷トルクとして載荷することを特徴とする。【選択図】図１
2011047906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた回転数で回転駆動する試験対象となる被試験駆動装置に負荷を作用させる負荷作用部と、
前記被試験駆動装置に作用している実際のトルクを検出する負荷検出部と、を備えた負荷試験装置であって、
前記負荷作用部は、被試験駆動装置の駆動軸に連結固定される測定子と、該測定子を把持する把持機構と、該把持機構の把持力を調整可能とする把持力可変手段と、を備え、前記把持機構の把持部と測定子との接触面間のすべり摩擦トルクを負荷として載荷することを特徴とする負荷試験装置。
【請求項２】
回転数を検出する回転数検出器を備え、負荷検出手段によって検出される負荷変動に応じて回転数の変動を計測可能としたことを特徴とする請求項１に記載の負荷試験装置。
【請求項３】
把持機構による測定子の把持部を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷試験装置。
【請求項４】
基台と、基台に対して回転自在に設けられる回転台と、を有し、負荷作用部は回転台に装着され、被試験駆動装置は回転台の回転軸と駆動軸が同軸上に位置するように基台に対して固定され、回転台と基台の間に回転台の回転方向に互いに当接する当接部を設け、該当接部に負荷検出部としての荷重センサを設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一の項に記載の負荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータやエアタービン等の流体圧を利用して駆動される各種回転駆動装置の特性、特に回転駆動装置に変動負荷を加えて回転数がどの程度変化するかの検証に使用される負荷試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ等の特性試験機は、回転中のモータに負荷を加え、その負荷の大きさとモータのトルクが釣り合う時点のトルクを測定し、回転数とトルクの関係をモータの回転数−トルク曲線として利用されている。実際の選定にあたっては、使用条件での負荷がトルク曲線以下となるような特性のモータが選定され、モータの回転数が制御されている。
しかし、この特性曲線からは、負荷トルクが変動した場合に、回転数が一定に保たれるか否かは定かではなく、実際に使用してみないと分からないというのが現状である。このような回転数の変動は、たとえば工作機械の場合には、切削面や研削面の加工精度に影響するため、重要な特性である。
【０００３】
そこで従来の特性試験機を用い、負荷を変動させてモータの回転数の変動を検出することが考えられるが、市販品では２万ｒｐｍ程度までの試験機が一般的で、たとえば、１０万ｒｐｍ程度の高速回転まで試験することができるものはなかなか見当たらない。
特に、近年、工作機械の主軸のモータとしてエア圧を利用した高速回転のモータが利用されており、このような高速回転域での特性を検証することが要請されている。
【０００４】
なお、従来の特性試験機としては、たとえば、特許文献１に記載のように、パウダクラッチを利用したものが知られているが、このようなパウダクラッチを利用したものは構造が複雑でコストも嵩み、高速回転域ではパウダが変質してしまうおそれがある。
また、一般的に負荷モータを加えるものが知られているが、この場合も装置が複雑でコストもかさみ、制御系が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した要請に応えるべくなされたもので、負荷の変動に対して、回転数がどの程度一定で保持することができるのかを検証することができる簡易な構成の負荷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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、予め定めた回転数で回転駆動する試験対象となる被試験駆動装置に負荷トルクを作用させる負荷作用部と、
前記被試験駆動装置に作用している実際の負荷を検出する負荷検出部と、を備えた負荷試験装置であって、
前記負荷作用部は、被試験駆動装置の駆動軸に連結固定される測定子と、該測定子を把持する把持機構と、該把持機構の把持力を調整可能とする把持力可変手段と、を備え、前記把持機構の把持部と測定子との接触面間のすべり摩擦トルクを負荷トルクとして載荷することを特徴とする。
【０００８】
また、上記構成に加えて、回転数を検出する回転数検出器を備え、負荷検出手段によって検出される負荷変動に応じて回転数の変動を計測可能としたことを特徴とする。
また、前記把持機構による測定子の把持部を冷却する冷却手段を有することが好ましい。
より具体的には、基台と、基台に対して回転自在に設けられる回転台と、を有し、負荷作用部は回転台に装着され、被試験駆動装置は回転台の回転軸と駆動軸が同軸上に位置するように基台に対して固定され、回転台と基台の間に、回転台の回転方向に互いに当接する当接部を設け、該当接部に負荷検出部としての荷重センサを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷作用部を、把持部によって測定子を挟む把持機構によって構成し、把持部と測定子との接触面間に摩擦トルクを作用させるだけという非常に簡単な機構で、負荷を作用させることができ、把持力を調整するだけで、負荷を変動させることができる。
また、検出子の寸法、形状を変えるだけで、種々の駆動装置に対応することが可能である。
【００１０】
回転数の検出は駆動装置側の制御系で検出できれば駆動装置側の検出器からの情報を利用することができるが、回転数測定手段を設けておけば、制御系側で回転数検出ができない場合でも検出可能で、制御系側に回転数検出部があっても、その回転数を検証することができるし、回転数検出の制度を任意に設定することが可能である。
さらに、冷却手段を設けておけば、滑り接触部の昇温を低減し、より一層の高速回転が可能となる。
また、負荷作用部を回転台に装着し、被試験駆動装置は回転台の回転軸と駆動軸が同軸上に位置するように基台に対して固定し、回転台と基台の間に負荷検出部を配置することで、より簡単にトルクの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の負荷試験装置の原理的な構成を示すもので、同図（Ａ）は平面構成図、同図（Ｂ）は縦方向に断面にして示す概略図である。
【図２】（Ａ）は測定子がディスク形状の場合の装置構成の概略図、（Ｂ）は測定結果の一例を示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は本発明の負荷試験装置のより具体的な構成を示す図、（Ｂ）は回転数検知部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る負荷試験装置の概略構成を示している。
すなわち、この負荷試験装置１は、予め定めた回転数で回転駆動する試験対象となる被試験駆動装置１００に負荷トルクを作用させる負荷作用部１０と、被試験駆動装置１００に作用している実際の負荷を検出する負荷検出部２０と、回転数を検出する回転数検出器３０と、を備え、これらの構成部分が、基台２００と、基台２００に対してベアリング２１０を介して回転自在に指示される回転台２２０に組み付けられている。
【００１３】
この実施例では、負荷作用部１０は回転台２２０に取り付けられ、基台２００側に支持部材を介して被試験駆動装置１００が取り付けられる。
負荷作用部１０は、被試験駆動装置の駆動軸にカップリング１４を介して連結固定される測定子１１と、測定子１１を把持する把持機構１２と、把持機構１２の把持力を可変とする把持力可変手段としての把持力調整部１３と、を備え、把持機構１２の把持部と測定子１１との把持面間のすべり摩擦トルクを負荷トルクＴとして載荷するようになっている
。
被試験駆動装置１００としては、エアタービンのような高速回転の駆動装置に適用可能であるが、電動モータでもかまわないし、種々の回転駆動装置への負荷試験が可能である。
【００１４】
把持機構１２は、たとえば、一対の把持片１２１，１２１と、把持片１２１,１２１を
接離させるアクチュエータ１２２とを有している。把持片１２１，１２１は平行移動する構成でもよいし、開閉する構成でもよい。把持片１２１は一対でなくてもよく、３つ以上でよい。アクチュエータ１２２は、空気圧、油圧等の流体圧シリンダで駆動してもよいし、電気モータを利用するものであってもよい。
把持力調整部１３は、流体圧シリンダを利用する場合には、流体圧を制御する圧力制御弁等によって構成され、電動モータの場合には電流値等が制御される。
【００１５】
試験用測定子１１としては、図示例では断面円形上のピンゲージによって構成されている。なお、試験用測定子としては、図２（Ａ）に示すような円形のディスク部１１ａを有するディスクゲージであってもよい。この場合には、把持片１２１，１２１によってディスク部１１ａの表裏両面を、回転軸と平行方向に挟みつけて負荷を加えればよい。また、２点鎖線で示すように、ディスク部１１ａの外周を把持するようにしてもよい。
【００１６】
負荷検出部２０は、回転台２２０と基台２００の間に、回転台２２０の回転方向に互いに当接する当接部を設け、当接部に負荷検出部としての荷重センサ２１を設けたものである。すなわち、基台２００と回転台２２０の間には、回転台２２０の回転方向に互いに接触するように、荷重センサ２１と、荷重センサ２１に当接する押圧部２２とが設けられている。図示例では、荷重センサ２１は基台２００側に固定され、押圧部２２が回転台２２０側に設けられている。もちろん、荷重センサ２１を回転台２２０に、押圧部２２を基台２００側に設けてもよい。この例では荷重センサは、圧電素子によって構成され、荷重を電圧変化に変換し、回転台２２０の中心Ｏから荷重センサ２１までの回転半径Ｒから、トルクが検出可能となっている。
負荷検出部２０としては、このような荷重センサによって荷重を検出するだけでなく、測定子１１のねじり方向の歪み検出し、ねじり変形からトルクを算出するようにしてもよいし、その他、トルクに関わる力を電気信号に変換するもの、トルクによる変位を電気信号に変換する種々の方式を適用することができる。
回転数検出器３０は、基台２００側に設けられ、測定子１１の機械的な回転をパルス信号等の電気信号に変換するエンコーダである。
【００１７】
上記荷重センサ２１および回転数検出器３０からの検出情報は、コンピュータ１６に入力される。コンピュータ１６は、荷重センサ２１からの情報から予め記憶されている回転半径Ｒから負荷トルクを算出し、データを蓄積する。コンピュータ１６は、特に図示しないが、中央処理演算部（ＣＰＵ）と、データおよび各種プログラムを記憶するメモリを有しており、トルク情報と同時に回転数検出器３０からのパルス情報が読み込まれ、負荷トルクと関連付けて回転数のデータが記憶され、必要に応じて、記憶された負荷トルクおよび回転数をモニタ１７に表示、あるいはプリンタ等に出力可能となっている。
また、コンピュータ１６によって、把持力調整部１３を制御するようにしてもよい。たとえば、流体圧アクチュエータの場合には、指令値に応じて圧力調整弁を制御すればよい。もっとも、流体圧アクチュエータの調整は手動で行うようにしてもよい。また、コンピュータ１６によって、被試験駆動装置１００の回転数制御を行うようにしてもよい。
【００１８】
また、測定中の摩擦摺動によって発熱した接触部を冷却するために、冷却手段としての冷却槽１８を設けてもよい。冷却槽１８の冷却媒体は、たとえば水が用いられ、冷却槽１８を回転台２２０に配置し、把持機構１２と測定子１１の接触部を冷却媒体中に沈めるよ
うにしてもよい。
冷却手段としては、その他、流水等の冷却媒体を把持機構１２と測定子１１の接触部に流すようにしてもよいし、冷却ファンによって冷却風を吹きかけるようにしてもよいし、ペルチェ素子等によって冷却するようにしてもよい。
【００１９】
図３には、図１の装置をより具体化した装置構成を示している。
図１と同一の構成部分については同一の符号を付して説明は省略する。
図示例では、被試験駆動装置１００として、空気圧で回転駆動されるエアタービンのスピンドルを例示している。
負荷作用部１０を構成する把持機構１２には、平行クランプが用いられている。そして、冷却槽１８に把持片１２１を上方から浸漬するために、把持片１２１は、把持機構１２の本体部から冷却槽１８に向けて上下に長く、先端部分で測定子１１を挟み付ける構成となっている。
また、回転数検出器３０が設けられ、基台２００に立設されるシャフト４１の固定された取付板４３に設けられている。取付板４３は、シャフト４１から測定子１１に向けて水平に伸び、一端がシャフト４１に固定されるステー４２に取り付けられ、測定子１１側の先端が測定子１１を挟むように一対の腕部が分岐しており、図３（Ｂ）に示すように、この腕部の一方にＬＥＤ等の発光部３１が、他方にフォトセンサ等の受光部３２が設けられ、各腕部には発光部３１から受光部３２に向けて光を通すための穴３０ａが設けられている。シャフト１１には、切欠き１１ｂが設けられ、発光部３１から受光部３２に向けて延びる光が切欠き１１ｂに一致すると透過し、切欠き１１ｂ以外の部分では遮光するようになっており、シャフト１１の１回転で一回ずつ受光パルスを発生する。回転数検出器３０の構成は、これに限定されるものではなく、種々の構成を採用することができることはもちろんであり、要するに、シャフト１１の回転変位、あるいはシャフト１１が連結される駆動装置の駆動軸の機械的な回転変位を電気信号に変換して検出するような種々の手段を採用し得る。
【００２０】
上記構成の負荷試験装置においては、次のようにして負荷が加えられ、トルク変動が測定される。
まず、基台２００から支柱２０１を介して回転台２２０の上方に配置されるヘッド部２０２に、被試験駆動装置１００を取り付ける。被試験駆動装置１００に対応するピンゲージよりなる測定子１１を連結し、測定子支持部によって支持する。
そして、被試験駆動装置１００を予め任意に設定した所定の回転数（試験をしたい回転数）で回転制御する。被試験駆動装置１００に連結されている測定子１１も所定回転数で回転しており、この測定子１１を、把持機構１２のアクチュエータ１２２を駆動して把持片１２１，１２１によって所定の値で挟みつけ、測定子１１を介して被試験駆動装置１００に負荷として制動トルクＴを付与する。この制動トルクＴの反力が検出トルクＴｃとして把持機構１２を備えた荷重作用部１０を通じて回転台２２０に作用し、回転台２００が図中時計回り方向に回転しようとし、センサ当接部２２が荷重センサ２１に押し付けられる。この押し付け荷重の大きさが電圧情報に変換されてコンピュータ１６に送られ、コンピュータ１６によって予め記憶されている回転半径Ｒから検出トルクＴｃが算出され、その算出値がたとえば、モニタ１７に表示される。
【００２１】
一方、回転数検出手段としての回転数検出器３０からの情報がコンピュータ１６に入力され、コンピュータ１６によって回転数が算出される。
そして、把持力調整部１３によって、把持機構１２の把持力を、連続的、あるいは段階的に変化させることにより、変動した際の回転数の変化がモニタされる。
図２（Ｂ）は、回転数変化の試験結果の一例である。この例では、負荷荷重を連続的に大きくしたもので、検出トルクＴが限界トルクＴmaxに達すると回転数Ｎが低下する状態
を示しており、限界トルクＴmaxまでは一定回転数が保持される状態を示している。
このように、負荷作用部１０を、測定子１１を挟む把持機構１２によって構成し、把持機構１２との接触面間の摩擦トルクを作用させるだけという非常に簡単な機構で、把持力を変化させることにより、簡単に変動負荷を作用させることができる。また、測定子１１の寸法、形状を変えるだけで、種々の駆動装置に対応することが可能である。
【００２２】
回転数Ｎの検出は被試験駆動装置１００側の制御系で検出できれば、被試験駆動装置１００側の回転数情報を利用することができるが、回転数測定手段としての回転数検出器３０を設けておけば、制御系側で回転数検出ができない場合でも検出可能で、回転数検出の精度を任意に設定することが可能である。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で、種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１      負荷試験装置
１０    負荷作用部
１１    測定子
１１ａ  ディスク部
１２    把持機構
１２１  把持片
１２２  アクチュエータ
１３    把持力調整部
１４    カップリング
１６    コンピュータ
１７    モニタ
１８    冷却槽
２０    負荷検出部
２１    荷重センサ
２２    押圧部
３０    回転数検出器
３１    発光部、３２    受光部
１００  被試験駆動装置
１０１  駆動軸
２００  基台
２１０  ベアリング
２２０  回転台
Ｏ      中心
Ｒ      回転半径
Ｔ      制動トルク（負荷）
Ｔｃ    検出トルク
Ｔmax    限界トルク
【図１】
2011047906.tif 000003
【図２】
2011047906.tif 000004
【図３】
2011047906.tif 000005