(57)【要約】【課題】  製造コストの低い動力計を提供する。【解決手段】  回転軸７に一体的に接続され、磁性体かつ導体からなるロータ１１と、上記回転軸７の外周部に、回転軸７と同軸かつ相対回転可能に設けられた円筒状の揺動体３７と、上記揺動体３７に一体的に接続されると共に上記ロータ１１と対向させて配置され、上記ロータ１１に磁気を供給することにより、上記ロータ１１及び回転軸７に制動力を作用させる磁力供給手段１２と、上記揺動体３７の外周部に接続され、上記揺動体３７の径方向外側に延出するアーム３９ａと、上記アーム３９ａと固定側２との間に設けられ、上記アーム３９ａから受ける荷重を測定する荷重測定器４０とを備えたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に一体的に接続され、磁性体かつ導体からなるロータと、
上記回転軸の外周部に、回転軸と同軸かつ相対回転可能に設けられた円筒状の揺動体と、
上記揺動体に一体的に接続されると共に上記ロータと対向させて配置され、上記ロータに磁気を供給することにより、上記ロータ及び回転軸に制動力を作用させる磁力供給手段と、
上記揺動体の外周部に接続され、上記揺動体の径方向外側に延出するアームと、
上記アームと固定側との間に設けられ、上記アームから受ける荷重を測定する荷重測定器と、
を備えたことを特徴とする動力計。
【請求項２】
リターダを用いた動力計であって、
リターダのロータを回転軸に一体的に接続すると共に、そのリターダの磁力供給手段を上記回転軸に対して同軸かつ相対回転可能に支持し、
上記磁力供給手段に、上記回転軸の径方向外側に延出するアームを接続し、そのアームと固定側との間に、アームから受ける荷重を測定する荷重測定器を接続してなることを特徴とする動力計。
【請求項３】
上記ロータが円筒状の制動ドラムを備え、
上記磁力供給手段は、上記ロータの内側に配置され、非磁性体からなる環状ケーシングと、該環状ケーシングの外周壁に周方向に間隔を隔てて複数埋設され、磁性体からなるポールピースと、上記環状ケーシングの内部に周方向に回動不可に設けられ、周方向に間隔を隔てて複数設けられた永久磁石を有する固定磁石環と、上記環状ケーシングの内部に周方向に回動可能に設けられ、周方向に間隔を隔てて複数設けられた永久磁石を有する可動磁石環と、上記可動磁石環を周方向に回動させるアクチュエータとを備える請求項１又は２記載の動力計。
【請求項４】
上記アクチュエータにより上記可動磁石環の回動角度を調節して、上記ロータに作用する磁束を増減制御する請求項３記載の動力計。
【請求項５】
上記請求項１〜４いずれかに記載の動力計を、他の動力計と直列に接続してなることを特徴とする動力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力計に係り、特に、既存のリターダを改良して製造することが可能な動力計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両のエンジン性能（出力）はますます向上しており、既設の動力計では能力が不足して出力測定をできない事態が生じることが予想される。
【０００３】
その場合、能力の大きな動力計を新たに購入したり、既設の（既に購入済みの）動力計に新たな動力計を直列に接続して能力を向上させる（特許文献１参照）等の必要があるが、一般的な電気動力計は非常に高価であり、設備投資上の負担が大きい。
【０００４】
そこで、エンジンと動力計との間に変速機を設けて、エンジンの回転速度又はトルクを低減し、既設の動力計の能力で測定を行えるようにすることが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】実開平３−２３３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この場合、回転速度及びトルクの低減（変更）幅に制限がある、回転速度及びトルクの変更に伴う計算が必要になるという問題が生じるため十分な対策とはいえず、結局、新たな動力計を購入せざるを得ない場合が多いと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、製造コストの低い動力計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために考案された請求項１に係る発明は、回転軸に一体的に接続され、磁性体かつ導体からなるロータと、上記回転軸の外周部に、回転軸と同軸かつ相対回転可能に設けられた円筒状の揺動体と、上記揺動体に一体的に接続されると共に上記ロータと対向させて配置され、上記ロータに磁気を供給することにより、上記ロータ及び回転軸に制動力を作用させる磁力供給手段と、上記揺動体の外周部に接続され、上記揺動体の径方向外側に延出するアームと、上記アームと固定側との間に設けられ、上記アームから受ける荷重を測定する荷重測定器と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、リターダを用いた動力計であって、リターダのロータを回転軸に一体的に接続すると共に、そのリターダの磁力供給手段を上記回転軸に対して同軸かつ相対回転可能に支持し、上記磁力供給手段に、上記回転軸の径方向外側に延出するアームを接続し、そのアームと固定側との間に、アームから受ける荷重を測定する荷重測定器を接続してなるものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記ロータが円筒状の制動ドラムを備え、上記磁力供給手段は、上記ロータの内側に配置され、非磁性体からなる環状ケーシングと、該環状ケーシングの外周壁に周方向に間隔を隔てて複数埋設され、磁性体からなるポールピースと、上記環状ケーシングの内部に周方向に回動不可に設けられ、周方向に間隔を隔てて複数設けられた永久磁石を有する固定磁石環と、上記環状ケーシングの内部に周方向に回動可能に設けられ、周方向に間隔を隔てて複数設けられた永久磁石を有する可動磁石環と、上記可動磁石環を周方向に回動させるアクチュエータとを備える請求項１又は２記載の動力計である。
【００１１】
請求項４の発明は、上記アクチュエータにより上記可動磁石環の回動角度を調節して、上記ロータに作用する磁束を増減制御する請求項３記載の動力計である。
【００１２】
請求項５の発明は、上記請求項１〜４いずれかに記載の動力計を、他の動力計と直列に接続してなるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造コストの低い動力計を提供できるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図６は本実施形態の動力計の概略図である。
【００１６】
図６に示すように、本実施形態の動力計４９は、車両用エンジンなどの試験対象Ｅの駆動軸５のトルクや出力等を測定するためのものであり、直列に接続された二つの動力計１，４７を備える。
【００１７】
動力計４７は一般的な直流又は交流電気動力計であり、その前段に配置された動力計１が本発明の特徴を備えたものである。この動力計１により試験対象Ｅの駆動軸５のトルク（出力）を吸収することによって、動力計４７に入力されるトルクや回転速度をその能力範囲まで低減させることができる。即ち、本実施形態の動力計４９は、既設の動力計４７に本発明の特徴を有する動力計１を直列に接続することにより、動力計４９全体としての能力を向上させたものである。
【００１８】
試験対象Ｅのトルクは、動力計１により測定された吸収トルクと、動力計４７により測定されたトルクとを合算することで求めることができる。
【００１９】
以下、本発明の特徴を有する動力計１の詳細な構造を説明する。
【００２０】
図１は動力計１の側面断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２１】
本実施形態における動力計１は、本出願人が先に出願した特公平７−１１８９０１号公報に記載されているリターダ（制動装置）を用いて製造したものである。このリターダは、例えば大型車両の補助ブレーキ等として現在使用されているものであり、このような既存の装置（リターダ）を用いて製造することにより、製造コストの大幅な削減を図っている。
【００２２】
動力計１は、ベース２上に防振部材３を介して支持されており、車両用エンジンなどの試験対象（図示せず）の駆動軸５にカップリング６を介して接続された回転軸７と、その回転軸７のトルクを吸収するトルク吸収部９と、トルク反力（吸収トルク）を測定するトルク反力測定部１０とを備える。
【００２３】
トルク吸収部９がリターダを適用した部位であり、その基本的な構成は、上述した特公平７−１１８９０１号公報に記載されたものと同様である。即ち、トルク吸収部９は、回転軸７に対して一体的に（相対回転不可に）結合されたロータ１１と、そのロータ１１と対向させて配置され、ロータ１１に磁気を供給することによりロータ１１及び回転軸７に制動力を作用させる磁力供給手段（ステータ）１２とを備える。
【００２４】
ロータ１１は、回転軸７の外周にスプライン結合されたフランジ部１３と、そのフランジ部１３に固定された薄肉円筒状の制動ドラム１５とを備える。制動ドラム１５は、鋼などの磁性体かつ導体からなり、回転軸７と同軸に配置される。制動ドラム１５の外周部には放熱フィン１６が多数形成される。
【００２５】
ステータ１２は、図３及び図４にその詳細を示すように、制動ドラム１５の内側に配置された環状ケーシング１７と、環状ケーシング１７の外周壁（制動ドラム１５の内面と対向する部位）に周方向に間隔を隔てて複数埋設されたポールピース１９と、環状ケーシング１７の内部に周方向に回動不可に設けられ、周方向に間隔を隔てて設けられた複数の永久磁石２０を有する固定磁石環２１と、環状ケーシング１７の内部に周方向に回動可能に設けられ、周方向に間隔を隔てて設けられた複数の永久磁石２２を有する可動磁石環２３と、可動磁石環２３を周方向に回動させるアクチュエータ２５とを備える。
【００２６】
環状ケーシング１７はアルミニウムなどの非磁性体からなり、回転軸７の外周に同軸かつ相対回転可能に配置される。環状ケーシング１７の径方向内側部分にはフランジ２６が形成されており、環状ケーシング１７は、このフランジ２６を介してトルク反力測定部１０の揺動体３７に固定される。
【００２７】
ポールピース１９は低炭素鋼などの強磁性体からなり、環状ケーシング１７の内部に収容された永久磁石２０，２２両方と対向するように軸方向に所定距離延出する。
【００２８】
固定磁石環２１は、環状ケーシング１７に固定され、鋼などの磁性体からなる固定支持リング２７と、固定支持リング２７の外周部に周方向に間隔を隔てて配置された複数の永久磁石２０とを備える。永久磁石２０はその径方向両端面に磁極面を有しており、径方向外側（ポールピース１９と対向する側）の磁極が周方向に隣接する永久磁石２０，２０同士で異なるように配置される。また、永久磁石２０の周方向間隔（ピッチ）はポールピース１９の周方向間隔とほぼ等しく設定される。
【００２９】
可動磁石環２３は、環状ケーシング１７の内部に周方向に回転可能に設けられた可動支持リング２９と、可動支持リング２９の外周部に周方向に間隔を隔てて配置された複数の永久磁石２２とを備える。可動支持リング２９は、固定支持リング２７と同様に鋼などの磁性体で形成される。各永久磁石２２はその径方向両端面に磁極面を有しており、径方向外側の磁極が周方向に隣接する永久磁石２２，２２同士で異なるように配置される。可動磁石環２３の各永久磁石２２の周方向間隔もポールピース１９の周方向間隔とほぼ等しく設定される。可動支持リング２９の側面には、後述するアクチュエータ２５の係合部材３５と係合するピン３０が設けられる。
【００３０】
アクチュエータ２５は、図４に示すように、環状ケーシング１７の側部に一体的に設けられたハウジング３１の外壁に固定されたステッピングモータ３２と、ステッピングモータ３２の回転軸と螺合すると共に、ハウジング３１の外壁を貫通してその内部スペースに延出するネジ付ロッド３３と、ネジ付ロッド３３の先端部に接続された係合部材３５とを備える。
【００３１】
可動支持リング２９のピン３０はハウジング３１内に収容され、アクチュエータ２５の係合部材３５と係合する。係合部材３５は、ほぼコ字状の断面を有し、その内部にピン３０が収容されて係合する。
【００３２】
ステッピングモータ３２の回転軸が回転すると、ネジ付ロッド３３が伸長又は縮退し、それに伴ってピン３０及びそれに接続された可動支持リング２９が周方向に移動（回動）する。アクチュエータ２５は、可動支持リング２９を少なくとも永久磁石２２の１ピッチ分だけ回動させる。
【００３３】
アクチュエータ２５により可動支持リング２９を回動させて、軸方向に隣接する、固定磁石環２１の永久磁石２０と可動磁石環２３の永久磁石２２との磁極が異なるようにすると、図３の上半分に示すように、軸方向に隣接する二つの永久磁石２０，２２と、ポールピース１９と、固定及び可動支持リング２７，２９とを通る短絡的磁気回路Ｗ１が形成される。この場合、ロータ１１には磁気が作用せず、制動力は発生しない。
【００３４】
この状態から可動支持リング２９を永久磁石２２の１ピッチ分回動させて、軸方向に隣接する永久磁石２０，２２の磁極が同一となるようにすると、径方向外側の磁極がＮ極である永久磁石２０，２２の磁束がポールピース１９を通ってロータ１１（制動ドラム１５）へ流れ、ロータ１１を周方向に流れて、周方向に隣接するポールピース１９を通って、径方向外側の磁極がＳ極である永久磁石２０，２２へと流れる。つまり、図３の下半分に示すように、周方向に隣接する二つの永久磁石２０，２０，２２，２２と、周方向に隣接する二つのポールピース１９，１９と、ロータ１１と、固定又は可動支持リング２７，２９とを通る制動磁気回路Ｗ２が形成される。この制動磁気回路Ｗ２を回転するロータ１１が横切ることにより、ロータ１１（制動ドラム１５）の内面に渦電流が発生し、ロータ１１及びそれに接続された回転軸７に制動力が作用する。この制動力により回転軸７のトルクが吸収される。
【００３５】
本実施形態では、ステッピングモータ３２により、ロッド３３の伸長量、つまり、可動支持リング２９の回動角度を永久磁石２２の１ピッチ内で調節できるようになっている。つまり、図５に示すように、固定磁石環２１の永久磁石２０と可動磁石環２３の永久磁石２２との位相を任意に調節できる。永久磁石２０と永久磁石２２との位相を調節することで、ロータ１１に作用する磁束を増減制御することができる。この結果、ロータ１１に作用する制動力を制御でき、トルク吸収性能を制御・変更することが可能となる。なお、ロータ１１に作用する磁束は、図５（ｄ）に示すように、永久磁石２２と永久磁石２０とが同極で完全に対向する位相で最も多くなる。この状態から、永久磁石２２と永久磁石２０との位相がずれると、その位相ずれに伴ってロータ１１に作用する磁束が徐々に少なくなり、図５（ａ）に示すように、異極で完全に対向するとほぼゼロとなる。
【００３６】
さて、上述したように、本実施形態のトルク吸収部９は、既存のリターダを用いて製造することが可能である。つまり、既存のリターダのロータを回転軸７に一体的に接続すると共に、そのリターダの磁力供給手段（ステータ）を回転軸７に対して同軸かつ相対回転可能に支持し、トルク反力測定部１０の揺動体３７と接続すれば良い。
【００３７】
次に、図１及び図２を用いて、トルク反力測定部１０を説明する。
【００３８】
トルク反力測定部１０は、ベース２上に防振部材３を介して支持され、内部に回転軸７を収容する外部ケーシング３６と、外部ケーシング３６と回転軸７との間に支持された円筒状の揺動体３７と、揺動体３７の外周部に取り付けられた一対のアーム３９ａ，３９ｂ（図２参照）と、一方のアーム３９ａとベース（固定側）２との間に設けられた荷重測定器（ロードセル）４０とを備える。
【００３９】
揺動体３７は、ベアリング４１を介して回転軸７に支持されており、回転軸７と同軸かつ相対回転可能に設けられる。また、揺動体３７と外部ケーシング３６との間にはベアリング４２が設けられる。つまり、揺動体３７は、回転軸７と外部ケーシング３６との間で回転可能に支持されている。
【００４０】
揺動体３７の長手方向中間部には径方向に突出したフランジ３７ａが設けられており、このフランジ３７ａにアーム３９ａ，３９ｂが取り付けられる。アーム３９ａ，３９ｂは、揺動体３７の周方向に１８０°間隔を隔てて２個設けられ、各アーム３９ａ，３９ｂは、外部ケーシング３６に形成されたスリット４３（図１参照）を通って外部ケーシング３６の外側に延出する。
【００４１】
ロードセル４０は、その一端が一方のアーム３９ａの先端部に取り付けられ、他端がベース２に取り付けられたブラケット４５に取り付けられる。アーム３９ａから受ける荷重をロードセル４０で検出することにより、揺動体３７及びそれに接続されたステータ１２のトルクを求めることができる。
【００４２】
他方のアーム３９ｂの先端部には、動力計１の校正（検定）を行うときにウエイトを吊り下げるためのフック４６が設けられる。
【００４３】
次に、この動力計１の作用を説明する。
【００４４】
試験対象の駆動軸５を駆動すると、回転軸７及びロータ１１が一体的に回転する。その状態で、ステータ１２の可動磁石環２３を回動させてロータ１１に磁気を供給すると、ロータ１１に制動力が作用し、その反力によりステータ１２及び揺動体３７がロータ１１と同方向に回転しようとする。このとき、ステータ１２及び揺動体３７のトルクがアーム３９ａを介してロードセル４０に付与され、その荷重が測定される。ロードセル４０の測定値は、図示しない増幅器により増幅された後、演算装置に入力され、演算装置によりステータ１２及び揺動体３７のトルク（つまり、トルク吸収部９で吸収したトルク）が求められる。
【００４５】
上述したように、この吸収トルクと図６に示した動力計４７で測定したトルクとを合算することで、試験対象Ｅのトルクを求めることができる。
【００４６】
以上説明した動力計１は、構造がシンプルであるため大容量化が可能であると共に、直流及び交流電気動力計等と比較して安価で製造することができる。特に、本実施形態の動力計１は、既存のリターダに改良を加えることにより製造することが可能であるため、大幅なコスト低減が可能となる。
【００４７】
また、本実施形態の動力計１では、可動磁石環２３の回動角度を調節することによりトルク吸収能力を制御できるので、直列に接続した動力計４７に入力されるトルクを、動力計４７の能力に合わせて適切に制御できる。また、トルク吸収能力を制御することにより、ロードセル４０に付与される荷重を適切な範囲に制御できる。
【００４８】
本発明は上記実施形態に限定はされない。
【００４９】
例えば、トルク吸収部９の構造、つまり、リターダの構造は図３に示したものに限定はされない。例えば、可動磁石環２３を軸方向に移動させて制動力のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるものや、電磁石を用いたタイプ等でも良い。これらのリターダを用いた場合、可動磁石環２３の軸方向の移動距離、及び電磁石に対する通電電流を制御することにより、トルク吸収性能を制御することができる。
【００５０】
更に、トルク吸収部９に適用するリターダとして、オルタネータ機能を内蔵し、発電機能を有するものなどを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る動力計の側面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】動力吸収部の詳細を示す側面断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】（ａ）は固定磁石環の永久磁石と可動磁石環の永久磁石との位相を示す図である。（ｂ）は固定磁石環の永久磁石と可動磁石環の永久磁石との位相を示す図である。（ｃ）は固定磁石環の永久磁石と可動磁石環の永久磁石との位相を示す図である。（ｄ）は固定磁石環の永久磁石と可動磁石環の永久磁石との位相を示す図である。
【図６】図１の動力計と直流又は交流電気動力計を直列に接続した状態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  動力計
７  回転軸
９  動力吸収部
１０  トルク反力測定部
１１  ロータ
１２  磁力供給手段（ステータ）
１７  環状ケーシング
１９  ポールピース
２０  永久磁石
２１  固定磁石環
２２  永久磁石
２３  可動磁石環
２５  アクチュエータ
３７  揺動体
３９ａ，３９ｂ  アーム
４０  荷重測定器（ロードセル）
【図１】
2005164325.tif 000003
【図２】
2005164325.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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