(57)【要約】【課題】遠心力の影響を受けた装置の力学的特性、熱的影響、寿命の三つの要素を同時に評価すると共に、計測したトルク信号を容易に且つ正確に検出可能にすることにある。【解決手段】遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置８の負荷トルクを計測する負荷トルク計測方法において、駆動軸７を中心に回転する円板６の円周上に被測定装置８をその軸が駆動軸７と平行になるように固定し、且つ円板中央に回転が制限されるように設けられた固定軸１２と被測定装置８の軸とを歯付きプーリ１０，１１をそれぞれ介してタイミングベルト９により連結し、円板６をモータ２１により回転させることで被測定装置８を固定軸１２の歯付きプーリ１０を太陽歯車として公転運動させ、このとき被測定装置に発生するトルクを円板中央の固定軸１２にタイミングベルト９により伝達させ、この固定軸に加わるトルクをトルク検出手段により検出する。【選択図】      図２
2005156181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する負荷トルク計測方法において、駆動軸を中心に回転する円板の円周上に前記被測定装置をその軸が前記駆動軸と平行になるように固定し、且つ前記円板中央に回転が制限されるように設けられた固定軸と前記被測定装置の軸とを歯付きプーリをそれぞれ介してタイミングベルトにより連結し、前記円板をモータにより回転させることで前記被測定装置を前記固定軸の歯付きプーリを太陽歯車として公転運動させ、このとき前記被測定装置に発生するトルクを前記円板中央の固定軸に前記タイミングベルトにより伝達させ、この固定軸に加わるトルクをトルク検出手段により検出することを特徴とする負荷トルク計測方法。
【請求項２】
遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する負荷トルク計測装置において、駆動軸に回転可能に支持された円板と、この円板を回転駆動するモータと、中心部に軸を有し、該軸が前記駆動軸と平行になるように前記円板の円周上に固定された被計測装置と、前記円板に前記駆動軸と同軸的に設けられた固定軸と、この固定軸の先端部に取付けられた第１の歯付きプーリと、前記被計測装置の軸端部に取付けられた第２の歯付きプーリと、これら第１の歯付きプーリ及び第２の歯付きプーリとを連結し、且つ前記円板の回転により前記第１の歯付きプーリを太陽歯車として前記被計測装置を公転運動させたとき発生するトルクを前記固定軸に伝達するタイミングベルトと、前記固定軸に取付けられ該固定軸に加わるトルクを検出するトルク検出手段とを備えたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中空とし、この中空部に前記固定軸を挿通させたことを特徴とする装置の負荷トルク計測装置。
【請求項４】
請求項２記載の負荷トルク計測装置において、前記第１の歯付きプーリと前記第２の歯付きプーリとのプーリ比を変更して、前記円板１回転あたりの前記被測定装置の軸回転数を変更可能にしたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項５】
請求項２記載の負荷トルク計測装置において、前記円板の回転面の角度が変更可能な治具を用いて装置全体を支持部材に固定するようにしたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項６】
請求項２記載の負荷トルク計測装置において、前記被測定装置に一体的に取付けプレートを設け、この取付けプレートを前記円板に前記被測定装置が所定の位置に配置されるように取付けるようにしたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中心に前記被測定装置とは反対側の対称位置に前記被測定装置と同程度の重量の重りを設けるようにしたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項８】
請求項６記載の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中心に前記被測定装置とは反対側の対称位置に前記被測定装置とは異なる別の被測定装置を設けるようにしたことを特徴とする負荷トルク計測装置。
【請求項９】
請求項２記載の負荷トルク計測装置において、固定軸はその材質又は断面形状を軸全体もしくはトルク検出部位を変更して負荷トルクの計測範囲を変更することを特徴とする負荷トルク計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する負荷トルク計測方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電機のステータコイルに絶縁テープを巻くテープ巻付け装置において、その構成部品であるテープ張力保持装置は回転リングに取付けられているため、その遠心力の影響を受ける。
【０００３】
このテープ巻付け装置としては、トロイダル方式など幾つかの方法が既に提案されているが、これらの装置の開発に当たり、テープに一定の張力を与える装置、つまり負荷装置は力学的影響、熱的影響、寿命を考慮に入れた評価を行う必要がある。
【０００４】
従来、このような負荷装置の評価方法としては、テープに張力を与える装置にテープリールを取付け、モータによるテープ巻取りとテープリール軸のトルク計測を同時に行う方法などが考えられていた。
【０００５】
しかし、この方法では、テープリールからテープが減少するにしたがって巻取り径が変化していくため、一定条件でのトルク計測は困難であり、さらにテープがなくなるとトルク計測を停止しなければならない。そのため、連続運転を行うことによる寿命評価を行う点で問題がある。
【０００６】
また、熱的影響に関しては、テープ送り方向と張力を与える方向が逆のため、負荷装置はブレーキ動作を行い、投入される電力または機械的な外力により熱が発生する。このため、張力を与える装置の冷却を考慮する必要があり、実際にテーピングしている環境同様に回転リングで回転しつつ周囲の空気の流れで冷却する環境下で試験を行う必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにテープ張力保持装置の総合的評価を行うには、力学的要素、熱的影響、寿命の三つを考慮に入れなければならない。ここで、力学的要素とは、装置がテープに張力を与える機能であり、熱的影響とは、熱が装置に与える影響を意味する。
【０００８】
負荷装置が行う仕事は、外からの仕事に対してブレーキを加える動作に該当するため、投入された電力または機械的な外力のほとんどを熱として放出する。
【０００９】
テープ巻付け装置は、数十分の連続運転を繰返し行う動作となるため、熱の影響を考慮して評価を行うことは、重要な要素である。
【００１０】
寿命は、装置の特性上、摩耗する部品を一定期間で交換する必要があるため、性能を保証できる運転時間を明らかにする必要がある。
【００１１】
ここで、一般的な張力制御で用いられる負荷装置の例として、トルクモータ、パウダーブレーキ、電磁乾板ブレーキが挙げられる。トルクモータ、パウダーブレーキは、その構造上、摩耗する箇所がないので、力学的要素と熱的評価を行えばよいことになる。また、電磁乾板ブレーキは、アーマチュアとロータが接触することでトルクを発生するため、アーマチュアの摩耗が予想される。寿命の評価はアーマチュアの厚さを計測することで評価することが可能である。
【００１２】
しかるに、発電機のステータコイルに絶縁テープを巻き付けるテープ巻付け装置のように遠心力の影響を受ける回転負荷装置の負荷トルクを計測するには、力学的特性、熱的影響、寿命の三つの要素を同時に評価しなければならないが、今のところこのような計測装置が実現していないのが現状である。
【００１３】
本発明は、遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の力学的特性、熱的影響、寿命の三つの要素を同時に評価すると共に、計測したトルク信号を容易に且つ正確に検出することが可能な負荷トルク計測方法及び装置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】
【００１４】
本発明は、上記の目的を達成するため、次のような方法及び装置により遠心力を受けた装置の負荷トルクを計測するものである。
【００１５】
請求項１に対応する発明は、遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する負荷トルク計測方法において、駆動軸を中心に回転する円板の円周上に前記被測定装置をその軸が前記駆動軸と平行になるように固定し、且つ前記円板中央に回転が制限されるように設けられた固定軸と前記被測定装置の軸とを歯付きプーリをそれぞれ介してタイミングベルトにより連結し、前記円板をモータにより回転させることで前記被測定装置を前記固定軸の歯付きプーリを太陽歯車として公転運動させ、このとき前記被測定装置に発生するトルクを前記円板中央の固定軸に前記タイミングベルトにより伝達させ、この固定軸に加わるトルクをトルク検出手段により検出する。
【００１６】
請求項２に対応する発明は、遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する負荷トルク計測装置において、駆動軸に回転可能に支持された円板と、この円板を回転駆動するモータと、中心部に軸を有し、該軸が前記駆動軸と平行になるように前記円板の円周上に固定された被計測装置と、前記円板に前記駆動軸と同軸的に設けられた固定軸と、この固定軸の先端部に取付けられた第１の歯付きプーリと、前記被計測装置の軸端部に取付けられた第２の歯付きプーリと、これら第１の歯付きプーリ及び第２の歯付きプーリとを連結し、且つ前記円板の回転により前記第１の歯付きプーリを太陽歯車として前記被計測装置を公転運動させたとき発生するトルクを前記固定軸に伝達するタイミングベルトと、前記固定軸に取付けられ該固定軸に加わるトルクを検出するトルク検出手段とを備える。
【００１７】
請求項３に対応する発明は、請求項２に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中空とし、この中空部に前記固定軸を挿通させる。
【００１８】
請求項４に対応する発明は、請求項２に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記第１の歯付きプーリと前記第２の歯付きプーリとのプーリ比を変更して、前記円板１回転あたりの前記被測定装置の軸回転数を変更可能にする。
【００１９】
請求項５に対応する発明は、請求項２に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記円板の回転面の角度が変更可能な治具を用いて装置全体を支持部材に固定する。
【００２０】
請求項６に対応する発明は、請求項２に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記被測定装置に一体的に取付けプレートを設け、この取付けプレートを前記円板に前記被測定装置が所定の位置に配置されるように取付ける。
【００２１】
請求項７に対応する発明は、請求項６に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中心に前記被測定装置とは反対側の対称位置に前記被測定装置と同程度の重量の重りを設ける。
【００２２】
請求項８に対応する発明は、請求項６に対応する発明の負荷トルク計測装置において、前記円板の駆動軸を中心に前記被測定装置とは反対側の対称位置に前記被測定装置とは異なる別の被測定装置を設ける。
【００２３】
請求項９に対応する発明は、請求項２に対応する発明の負荷トルク計測装置において、固定軸はその材質又は断面形状を軸全体もしくはトルク検出部位を変更して負荷トルクの計測範囲を変更する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置の負荷トルクを計測する場合、被計測装置の力学的特性、熱的影響、寿命の３つを同時に評価することが可能となり、さらに計測したトルク信号を容易に且つ正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明が適用される発電機のステータコイルに絶縁テープを巻き付けるテープ巻付け装置の一例を示す構成図である。
【００２７】
図１において、回転リング１はテーピングヘッド３の内部に回転自在に支持され、図示しないモータにより回転駆動されるようになっている。また、この回転リング１の内側には、ステータコイル５を挟んで一対のテープリール２が設けられ、回転リング１の回転によりテープリール２より絶縁テープがステータコイル５に巻き付けられるようになっている。
【００２８】
さらに、テープリール２のテープ送出し側に絶縁テープに一定圧のテンションを与えてステータコイル５に巻き取られる絶縁テープの張力を制御する回転負荷装置４が設けられている。
【００２９】
このような構成のテープ巻付け装置において、回転リング１の回転により絶縁テープがテープリール２よりステータコイル５に巻き取られる際、回転負荷装置４によりテープ張力を制御することで、常に一定圧のテンションを絶縁テープに与えた状態で該絶縁テープがステータコイル５に巻き付けられる。
【００３０】
図２は本発明による負荷トルク計測装置の第１の実施形態を示す平面図である。
【００３１】
図２において、６は中心部に中空状の駆動軸７を有する円板で、この円板６の一方の円周面上に駆動軸７に平行に遠心力の影響を受けた装置を対象とする被計測装置、ここでは図１の回転負荷装置８が固定されている。
【００３２】
また、円板６の一方面側の駆動軸７にトルク計測装置本体３０が連結されている。このトルク計測装置本体３０は、ベース板１８に取付けられた交流モータ２１と、この交流モータ２１の回転軸にプーリ及びベルトを介して円板駆動軸７に連結された回転部３１と、この回転部３１内を貫通させ、且つ駆動軸７の中空部を通して設けられるとともに駆動軸７の両端部に組込まれた軸受１４及び軸固定ブラケット１３により支持された固定軸１２、この固定軸１２上に貼り付けられた歪みゲージ１６とから構成されている。
【００３３】
このような構成の回転負荷装置８及びトルク計測装置本体３０において、円板６の他方の円周面側に貫通する回転負荷装置８の軸に歯付きプーリ１０を取付け、この歯付きプーリ１０と駆動軸７の中空部内を通して設けられた固定軸１２の先端に歯付きプーリ１１を取付け、これら歯付きプーリ１０および１１との間をタイミングベルト９により連結し、交流モータ２１により円板６を駆動軸７を介して回転させることで、歯付きプーリ１１を太陽歯車とした公転運動が歯付きプーリ１０によって行えるようにしたものである。
【００３４】
なお、交流モータ２１及び歪みゲージ１６に与える電源は、円板６に支持体を介して支持されたスリップリング１５を通して供給される。
【００３５】
このように構成された負荷トルク計測装置において、交流モータ２１の回転がトルク計測装置本体３０の回転部３１に伝達されると、円板駆動軸７を介して円板６が回転する。
【００３６】
すると、この円板６の回転により回転負荷装置８は、固定軸１２の先端に取付けられた歯付きプーリ１１を太陽歯車とした公転運動を行う。このため、回転負荷装置８の軸が回転し、トルクが発生する。このトルクはタイミングベルト９を通して円板６の中心部の歯付きプーリ１１を介して固定軸１２に伝達され、静止状態の固定軸１２にトルクが加えられる。
【００３７】
したがって、固定軸１２上に貼り付けられた歪みゲージ１６により回転負荷装置８より発生したトルクを検出することができる。
【００３８】
ここで、被計測装置として、例えば板ブレーキ、パウダーブレーキ等を使用した場合、支持軸のトルクは、円板６の回転数とスリップリング１５を介して入力される電源側の抵抗器によって調整された電流に依存する。
【００３９】
このように第１の実施形態では、固定軸１２の先端に取付けた歯付きプーリ１１を太陽歯車に見立て被計測装置８を公転運動させ、この被計測装置８に発生したトルクを軸に取付けられた歯付きプーリ１０と円板６の中心部の固定軸１２に取付けられた歯付きプーリ１１にタイミングベルト９を通して伝達するようにしているので、被計測装置８に発生したトルクを歪みゲージ１６で容易に検出することができるとともに、テープリールを取付けてテープを巻き取らせるような場合でも、テープの巻き直し等で停止する必要がないため、長時間運転が可能となるばかりでなく、長時間運転後の被計測装置を評価することで寿命予測をすることができる。
【００４０】
また、円板周囲の空気による被計測装置の冷却効果は、実際にテーピングヘッドに適用した場合と同程度に期待できる。
【００４１】
上記実施形態において、被計測装置の軸に取付けられた歯付きプーリと固定軸の先端に取付けられた歯付きプーリの比の異なるものに交換することで、円板の１回転に対する被計測装置の軸の回転数を変更することができ、さらに多くの状況下での評価を行うことができる。
【００４２】
また、上記実施形態において、固定軸１２の断面形状を変更することにより、被測定装置８の軸トルク測定範囲を変更することができる。すなわち、固定軸１２の捻じれ度合いは軸径によって変化するため、この捻じれ度合いを固定軸の断面形状を変更することで調整し、歪みゲージによる軸トルク測定範囲を変更することができる。例えば、固定軸の断面を中空もしくは歪みゲージ貼り付け部位のみ直径を小さくすること等が考えられる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、固定軸１２に伝達される被測定装置８に発生するトルクを歪みゲージにより検出するようにしたが、圧電素子などトルクを検出できるものであれば他のトルク検出装置を固定軸に取付けるようにしても良い。
【００４４】
図３は本発明による負荷トルク計測装置の第２の実施形態を示す鳥瞰図である。
【００４５】
第２の実施形態では、図３に示すようにトルク計測装置本体３０のベース板１８に角度を付けた底面治具１９を取付け、この底面治具１９を支持構造物４１の適宜の面に取付けて円板６の回転面を地面に対して傾斜可能な構成とするものである。
【００４６】
このような構成とすれば、傾斜角度の異なる底面治具１９を複数種類用いることで、各傾斜角度に応じた評価を行うことが可能となる。
【００４７】
例えば、発電機のステータコイルに絶縁テープをテーピングする装置において、ステータコイルは直線部と曲線部から形成されているため、テーピングを行うヘッドは回転面が地面に対して大きく傾く場合がある。
【００４８】
このように回転面の角度が地面に対して変化した場合、被計測装置に影響する重力の方向が変る。したがって、負荷トルク計測装置は、底面治具を用いて円板の回転面の角度を変更することにより、被計測装置への重力の影響を調べることができる。
【００４９】
図４は本発明による負荷トルク計測装置の第３の実施形態を示す背面図である。
【００５０】
第３の実施形態では、図４に示すように被計測装置を専用の取付けプレート１７に一体的に取付け、この取付けプレート１７を被計測装置が円板６の一方の円周面上に配置されるように円板６の周面に着脱可能に固定し、且つ円板６の駆動軸を中心に被計測装置と対称な円板６の背面位置に重り２０を固定する構成とするものである。この場合、歯付きプーリ１０は、円板６を挟むように設けられた被計測装置とは反対側のアームに有する軸に歯付きプーリ１０が取付けられ、この歯付きプーリ１０と円板６の中心部の固定軸に取付けられた歯付きプーリ１１とをタイミングベルト９により連結している。
【００５１】
このような構成とすれば、被計測装置が専用の取付けプレート１７に一体的に取付けられているので、円板６上に固定するに際しては、円板６に穴あけ加工をしなくても被計測装置を容易に固定することができるとともに、多くの被計測装置に対応させることが可能となり、調整時間の短縮を図ることができる。
【００５２】
また、駆動軸を中心に被計測装置と反対側の対称位置に重り２０が固定されているので、円板６の重量のアンバランスによる回転数の変動を抑制することができる。
【００５３】
上記実施形態では、被計測装置が円板６の一方の円周面上に配置されるように円板６の周面に取付けプレート１７を着脱可能に固定し、円板６の駆動軸を中心に被計測装置と対称な円板６の背面位置に重り２０を固定するようにしたが、この重り２０に代えて図５に示すように上記とは異なる別の被測定装置が一体的に設けられた上述同様の取付けプレート１７を着脱可能に固定するようにしても良い。この場合、円板６の中心部の固定軸に上下２段にして取付けられた上記とは別の歯付きプーリ１１が取付けられ、上述同様にこの歯付きプーリ１１と取付けプレート１７のアームに有する軸に取付けられた歯付きプーリ１０とをタイミングベルト９により連結される。
【００５４】
このようにすれば、２台の被測定装置により円板６の重量のアンバランスによる回転数の変動を抑制することができると同時に、一度に２台の被測定装置８に関する寿命試験を行うことも可能である。
【００５５】
また、円板６上に３台以上の被測定装置をバランス良く配置することにより、一度に多くの被測定装置の寿命試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明が適用される発電機のステータコイルに絶縁テープを巻き付けるテープ巻付け装置の一例を示す構成図。
【図２】本発明による負荷トルク計測装置の第１の実施形態を示す平面図。
【図３】本発明による負荷トルク計測装置の第２の実施形態を示す鳥瞰図。
【図４】同実施形態において、他の構成例を示す背面図。
【図５】本発明による負荷トルク計測装置の第３の実施形態を示す背面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…回転リング、２…テープリール、３…テーピングヘッド、４…回転負荷装置、５…ステータコイル、６…円板、７…駆動軸、８…被計測装置（回転負荷装置）、９…タイミングベルト、１０，１１…歯付きプーリ、１２…固定軸、１３…軸固定ブラケット、１４…軸受、１５…スリップリング、１６…歪みゲージ、１７…取付けプレート、１８…ベース板、１９…底面治具、２０…重り、２１…交流モータ、３０…トルク計測装置本体、３１…回転部、４１…支持構造物。
【図１】
2005156181.tif 000003
【図２】
2005156181.tif 000004
【図３】
2005156181.tif 000005
【図４】
2005156181.tif 000006
【図５】
2005156181.tif 000007