(57)【要約】【課題】回転負荷手段の外周を支承する軸受部の構成を簡単化すると共に、軸受損失を少なくして測定精度の向上を図ること。【解決手段】ベース１１の上面には静圧空気軸受固定部１３が固定され、静圧空気軸受１２を介して略Ｈ状に形成された可動部としてのスライド円板１４、１５が支承されている。このスライド円板１４、１５には、負荷用誘導電動機１６を内部に収納するブラケット１７およびアダプタリング１８がそれぞれボルトで締結されている。負荷用誘導電動機１６のロータ軸と一体的に形成された軸は、カップリング１９を介してスタンド２０に取り付けられた被測定電動機２１の出力軸と連結される。負荷用誘導電動機１６を回転自在の状態として被測定電動機２１を回転させたとき、負荷用誘導電動機１６の外周に働くトルクをスライド円板１４、１５に結合されたアダプタリング１８を介してロードセル２２で測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定機の軸が連結される回転負荷手段の固定側部分を軸受によって可動自在に支承し、前記回転負荷手段の固定側部分に作用する反力に基づいて前記被測定機のトルクを測定する電気動力計であって、
前記軸受が、静圧空気軸受により構成されていることを特徴とする電気動力計。
【請求項２】
前記回転負荷手段が、誘導電動機であることを特徴とする請求項１に記載の電気動力計。
【請求項３】
前記誘導電動機のロータが、
薄板鋼板からなり円周方向に複数のスロットを有する積層鉄心と、
該積層鉄心のスロットを貫通する複数の二次導体と、
前記積層鉄心の軸方向両端に配置されて前記複数の二次導体を相互に短絡する一対の環状の短絡導体と、
前記二次導体および前記短絡導体を軽合金のダイキャストにより前記積層コアに一体成形してなり、前記二次導体および前記短絡導体を形成する軽合金より機械的強度の大きい材料からなり、前記短絡導体の表面を覆うように断面コ字状に形成して前記短絡導体を保護する短絡導体保護キャップと、
を備え、
前記二次導体および前記短絡導体をダイキャストにより前記積層コアに一体成形する際に、前記短絡導体保護キャップを同時に鋳込んで一体に成形するものであることを特徴とする請求項２に記載の電気動力計。
【請求項４】
前記短絡導体保護キャップが、円周方向および軸方向の少なくともいずれか一方向に複数の穴を有することを特徴とする請求項３に記載の電気動力計。
【請求項５】
前記短絡導体保護キャップが、チタニウム合金製であることを特徴とする請求項３または４に記載の電気動力計。
【請求項６】
ロータを有する誘導電動機であって、
前記ロータが、
薄板鋼板からなり円周方向に複数のスロットを有する積層鉄心と、
該積層鉄心のスロットを貫通する複数の二次導体と、
前記積層鉄心の軸方向両端に配置されて前記複数の二次導体を相互に短絡する一対の環状の短絡導体と、
前記二次導体および前記短絡導体を軽合金のダイキャストにより前記積層コアに一体成形してなり、前記二次導体および前記短絡導体を形成する軽合金より機械的強度の大きい材料からなり、前記短絡導体の表面を覆うように断面コ字状に形成して前記短絡導体を保護する短絡導体保護キャップと、
を備え、
前記二次導体および前記短絡導体をダイキャストにより前記積層コアに一体成形する際に、前記短絡導体保護キャップを同時に鋳込んで一体に成形するものであることを特徴とする誘導電動機。
【請求項７】
前記短絡導体保護キャップが、円周方向および軸方向の少なくともいずれか一方向に複数の穴を有することを特徴とする請求項６に記載の誘導電動機。
【請求項８】
前記短絡導体保護キャップが、チタニウム合金製であることを特徴とする請求項６または７に記載の誘導電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機や原動機等のトルクを測定するための電気動力計および高速で回転する誘導電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や原動機の出力性能を測定する電気動力計では、従来、回転負荷手段に交流誘導電動機を用いるものが知られている。例えば、図６に示すように、被測定機が連結される軸５１を減速装置５２を介して三相交流誘導電動機５３のロータ軸５４に連結すると共に、トルクを計測するための可動ケーシング５５が三相交流誘導電動機５３のケーシングと一体に取り付けられ、転がり軸受５６ａ、５６ｂを介して架台５７の支持台５８ａ、５８ｂに可動自在に支承されて構成された電気動力計がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記した電気動力計にあっては、トルクを計測するための可動ケーシング５５が転がり軸受５６ａ、５６ｂによって支承されているために軸受損失が発生する。この軸受損失は、被測定機の出力が大きい場合は問題とならないが、トルクが小さい被測定機の場合は測定精度に影響を及ぼすという問題がある。また、高速回転する被測定機についてトルクを測定する際に、回転速度が転がり軸受の固有異常振動数を超えると、異常振動や騒音が発生するという問題がある。
【０００４】
また、誘導電動機では、薄板鋼板からなる積層鉄心のスロットに貫通する複数の二次導体と、積層鉄心の軸方向両端に配置されて複数の二次導体を相互に短絡する一対の環状の短絡導体をアルミダイキャストにより一体的に成形したロータが多く使用されている。このようなロータの例としては、図７に示すように、積層鉄心６１の両端面付近に積層した鉄心片６２のスロットの大きさを、積層鉄心６１の中央部６３に積層した鉄心片６２のスロットの大きさより両端面に近づくにしたがって順次大きくしたものがあり、ダイキャスト時における巣等の欠陥の発生を防止している（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
超高速回転が要求される電気動力計の誘導電動機では、遠心力によって短絡導体６４に撓みを生じ、回転精度に影響を及ぼしたり、遂には破壊に至る場合があり、測定対象の原動機や電動機の回転速度が制限されてしまうという事情がある。
【０００６】
一方、図８に示す電気動力計は、被測定機が直結される回転子７１と、ベッド７２に対し磁石７３、７４からなる軸受によって支承される可動部としての固定子７５を備え、固定子７５を回転させる力をロードセル７６によって計測するものである（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
この電気動力計では、磁石７３、７４の反発力を利用した軸受で固定子７５を支承しているので、磁石７３、７４の磁気特性の精度維持、芯出し等の調整が困難であり、汎用性に乏しいという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５２３８３号公報
【特許文献２】特開平８−１４９７６９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転負荷手段の外周を支承する軸受部の構成を簡単化できると共に、軸受損失を少なくして測定精度の向上を図ることができる電気動力計を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、回転負荷手段として用いる誘導電動機のロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時における遠心力による破壊を防止し、超高速回転する電動機や原動機の出力性能の測定を可能にした電気動力計を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明の他の目的は、ロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速での回転を可能にした誘導電動機を提供することにある。
【００１２】
更に、本発明の別の目的は、軸受部における異常振動および騒音の発生を抑制すると共に、調整作業を容易にして汎用性に優れた電気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】
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明に係る電気動力計は、下記（１）〜（５）を特徴としている。
（１）  被測定機の軸が連結される回転負荷手段の固定側部分を軸受によって可動自在に支承し、前記回転負荷手段の固定側部分に作用する反力に基づいて前記被測定機のトルクを測定する電気動力計であって、
前記軸受が、静圧空気軸受により構成されていること。
（２）  上記（１）の電気動力計において、
前記回転負荷手段が、誘導電動機であること。
（３）  上記（２）の電気動力計において、
前記誘導電動機のロータが、
薄板鋼板からなり円周方向に複数のスロットを有する積層鉄心と、
該積層鉄心のスロットを貫通する複数の二次導体と、
前記積層鉄心の軸方向両端に配置されて前記複数の二次導体を相互に短絡する一対の環状の短絡導体と、
前記二次導体および前記短絡導体を軽合金のダイキャストにより前記積層コアに一体成形してなり、前記二次導体および前記短絡導体を形成する軽合金より機械的強度の大きい材料からなり、前記短絡導体の表面を覆うように断面コ字状に形成して前記短絡導体を保護する短絡導体保護キャップと、
を備え、
前記二次導体および前記短絡導体をダイキャストにより前記積層コアに一体成形する際に、前記短絡導体保護キャップを同時に鋳込んで一体に成形するものであること。
（４）  上記（３）の電気動力計において、
前記短絡導体保護キャップが、円周方向および軸方向の少なくともいずれか一方向に複数の穴を有すること。
（５）  上記（３）または（４）の電気動力計において、
前記短絡導体保護キャップが、チタニウム合金製であること。
【００１４】
上記（１）の電気動力計によれば、回転負荷手段の固定側部分を支承する軸受部を静圧空気軸受により構成したので、軸受損失が少なくなり、測定精度の向上を図ることができる。また、軸受部における異常振動および騒音の発生を抑制した電気動力計を提供することができる。
また、上記（２）の電気動力計によれば、回転負荷手段として誘導電動機を使用したので、構成を簡単化できると共に、汎用性に優れた電気動力計を提供できる。
また、上記（３）〜（５）のいずれかの電気動力計によれば、回転負荷手段として用いる誘導電動機のロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速で回転する電動機や原動機の出力性能の測定を可能にした電気動力計を提供することができる。
【００１５】
また、上述した目的を達成するため、本発明に係る誘導電動機は、下記（６）〜（８）を特徴としている。
（６）  ロータを有する誘導電動機であって、
前記ロータが、
薄板鋼板からなり円周方向に複数のスロットを有する積層鉄心と、
該積層鉄心のスロットを貫通する複数の二次導体と、
前記積層鉄心の軸方向両端に配置されて前記複数の二次導体を相互に短絡する一対の環状の短絡導体と、
前記二次導体および前記短絡導体を軽合金のダイキャストにより前記積層コアに一体成形してなり、前記二次導体および前記短絡導体を形成する軽合金より機械的強度の大きい材料からなり、前記短絡導体の表面を覆うように断面コ字状に形成して前記短絡導体を保護する短絡導体保護キャップと、
を備え、
前記二次導体および前記短絡導体をダイキャストにより前記積層コアに一体成形する際に、前記短絡導体保護キャップを同時に鋳込んで一体に成形するものであること。
（７）  上記（６）の誘導電動機において、
前記短絡導体保護キャップが、円周方向および軸方向の少なくともいずれか一方向に複数の穴を有すること。
（８）  上記（６）または（７）の誘導電動機において、
前記短絡導体保護キャップが、チタニウム合金製であること。
【００１６】
上記（６）〜（８）のいずれかの誘導電動機によれば、ロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速での回転を可能にした誘導電動機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回転負荷手段の外周を支承する軸受部の構成を簡単化できると共に、軸受損失を少なくして、測定精度の向上を図ることが可能な電気動力計を提供できる。
また、本発明によれば、回転負荷手段として用いる誘導電動機のロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速回転する電動機や原動機の出力性能の測定を可能にした電気動力計を提供できる。
よって、本発明によれば、ロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速回転を可能にした誘導電動機を提供できる。
更に、本発明によれば、軸受部における異常振動や騒音の発生を抑制すると共に、調整作業を容易にして汎用性に優れた電気動力計を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る電気動力計の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【００１９】
図１において、ベース１１の上面には静圧空気軸受１２を固定する静圧空気軸受固定部１３が設置され、静圧空気軸受１２を介して略Ｈ状に形成された可動部としてのスライド円板１４、１５が支承されている。このスライド円板１４、１５には、負荷用誘導電動機１６を内部に収納するブラケット１７と、スライド円板１５と一体に稼働するアダプタリング１８がそれぞれボルトで締結されている。尚、負荷用誘導電動機１６は、オイルミストによって潤滑されるとともに、冷却水によって冷却されている。
【００２０】
静圧空気軸受１２は、断面が矩形円環状に形成されたグラファイトや青銅ボーラス材等からなり、外周面が静圧空気軸受固定部１３に固定されるとともに、内周面および端面が圧縮空気の供給によって形成される空気膜を介してスライド円板１４、１５の中空軸外径面および対向する端面で支承されている。この静圧空気軸受１２は、転がり軸受や油等による静圧軸受に比べて回転抵抗が極めて小さいという特徴を有している。これによって被測定電動機２１のトルク測定に及ぼす影響を低減することができ、精度の良い測定を行なうことが可能であるとともに、被測定電動機２１のトルクが小さい場合でも正確に測定を行なうことができる。また、静圧空気軸受１２はダンピング特性に優れるという特徴を有しているので、固有振動周波数通過時の異常振動や騒音を防止することができる。
【００２１】
負荷用誘導電動機１６のロータ軸と一体的に形成された軸は、カップリング１９を介してスタンド２０に取り付けられた被測定電動機２１の出力軸と連結され、アダプタリング１８の半径方向の所定距離に設けられたロードセル２２によって被測定電動機２１の回転時におけるトルクが測定される。
【００２２】
図２は、図１に示した負荷用誘導電動機１６の概略構成を示す図である。
【００２３】
図２において、負荷用誘導電動機１６は、フランジ部を有する電動機ハウジング３１内にステータ３２およびロータ３３を収納して構成されている。電動機ハウジング３１のフランジ部は、電動機ハウジング３１の外径部を囲む図１のブラケット１７にボルトで締結され、これによってステータ３２は、静圧空気軸受１２に支承された図１のスライド円板１４、１５と一体の動きをする。尚、ステータ３２は、外部から供給される冷却水で冷却されることによって、温度上昇を抑制している。
【００２４】
ロータ３３の内径には、オイルミストにより潤滑される一対の玉軸受３５ａ、３５ｂで支承された軸３４が嵌合され、その軸端は図１に示したカップリング１９を介して被測定電動機２１の出力軸と連結されている。玉軸受３５ｂの外輪はボールブッシュ３６で支承されるスリーブ３７に嵌合され、予圧ばね３８によって予圧が付与されている。
【００２５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、負荷用誘導電動機における本発明の実施形態に係るロータの概略構成を示す図であり、図３（ａ）は軸方向から見た正面図、そして図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ矢視断面図である。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る短絡導体保護キャップの概略構成を示す図であり、図４（ａ）は軸方向から見た正面図、そして図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ矢視断面図である。
【００２６】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ロータ３３は、軸３４と、珪素鋼板等の磁性薄板をプレス加工により円周方向に等間隔に複数のスロットを形成した鉄心片を積層して軸３４に固定した積層鉄心４１と、複数のスロットのそれぞれを貫通して配置される複数の二次導体４２と、積層鉄心４１の軸方向の両端に配置され、複数の二次導体４２を相互に短絡する一対の短絡導体４３と、各短絡導体４３を覆って固定される一対の短絡導体保護キャップ４４と、を有する構成である。
【００２７】
ここで、二次導体４２および短絡導体４３は、後述するように、軽合金、例えばアルミニウムのダイキャストによって積層鉄心４１および短絡導体保護キャップ４４と一体的に成形されるものである。
【００２８】
短絡導体保護キャップ４４は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、積層鉄心４１の方向へ開口し、内周面および側周面に複数の穴４５と、外周面にダイキャスト時における湯口４６を有する略コ字状断面の環状に形成され、二次導体４２および短絡導体４３より機械的強度に優れた金属、例えばチタニウム合金棒材を切削して、またはチタニウム合金板材のプレス加工によって製作される。
【００２９】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すロータ３３の製造方法について説明する。まず、ダイキャスト金型に積層鉄心４１を配置すると共に、短絡導体保護キャップ４４をその断面略コ字状の開口を積層鉄心４１の軸方向端面に同心状に当接させて固定する。
【００３０】
この状態でダイキャストを行なうと、溶融したアルミニウムは、短絡導体保護キャップ４４の湯口４６から流入して断面コ字状の内部と内周面および側周面に設けた複数の穴４５を満たし、一対の短絡導体４３を形成する。同時に、溶融したアルミニウムは積層鉄心４１のスロット内に流入して複数の二次導体４２を形成する。
【００３１】
このようにしてダイキャスト成形することにより、二次導体４２および一対の短絡導体４３が積層鉄心４１に一体に固定されると共に、一対の短絡導体４３は短絡導体保護キャップ４４によって覆われ、更に短絡導体保護キャップ４４に設けた複数の穴４５にアルミニウムが入り込むことによって強固に固定される。
【００３２】
次いで、積層鉄心４１を圧入または焼き嵌めにより軸３４に固定し、誘導電動機のロータ３３を完成させる。このようにして製作されたロータ３３は、被測定電動機２１の超高速回転時におけるトルク測定においても短絡導体４３が遠心力によって破壊することがなく、広い回転速度範囲におけるトルク測定が可能となる。
【００３３】
次に、上記のように構成された本発明に係る電気動力計の実施形態の動作について説明する。
【００３４】
図１において、負荷用誘導電動機１６を回転自在の状態にしながら被測定電動機２１を任意の回転速度で回転させると、負荷用誘導電動機１６はマイナススリップ状態となって交流誘導発電機となり、被測定電動機２１の出力は交流誘導発電機となった負荷用誘導電動機１６によって電力に変換される。変換された電力は、負荷用誘導電動機１６を回転駆動させるための電力ラインにフィードバックされ、これによって被測定電動機２１の出力が吸収される。
【００３５】
このようにして被測定電動機２１の出力が吸収されることにより、静圧空気軸受１２を介して可動状態に保持されたスライド円板１４、１５には、交流誘導発電機となった負荷用誘導電動機１６から直接に吸収トルクが伝達される。伝達されたトルクは、アダプタリング１８を介してロードセル２２でその大きさが測定される。
【００３６】
連続回転時におけるトルク測定は、次にようにして行なう。
【００３７】
被測定電動機２１を一定の回転速度で回転させながら、負荷用誘導電動機１６の回転速度を被測定電動機２１の回転速度より低い値で可変させ、そのとき発生する負荷用誘導電動機１６の負荷トルクをスライド円板１４、１５に伝達させ、アダプタリング１８を介してロードセル２２でその大きさを測定する。これにより、被測定電動機２１と負荷用誘導電動機１６の回転速度差に応じてトルクが変化し、例えば図５に示すように、連続回転時における被測定電動機２１のトルク曲線が得られる。
【００３８】
以上、説明したように、このような本発明に係る実施形態の電気動力計は、被測定電動機２１の軸が連結される負荷用誘導電動機１６の外周（即ち、固定側部分）をスライド円板１４、１５に連結して静圧空気軸受１２で可動自在に支承する。負荷用誘導電動機１６を回転自在の状態として被測定電動機２１を回転させたとき、負荷用誘導電動機１６の外周に働くトルクをスライド円板１４、１５に結合されたアダプタリング１８を介してロードセル２２で測定する。
【００３９】
このように、負荷用誘導電動機１６の外周を静圧空気軸受１２で可動自在に支承する構成としたことにより、被測定電動機２１のトルク測定に及ぼす影響を低減することができ、精度の良い測定を行なうことが可能になるとともに、固有振動周波数通過時の異常振動や騒音を防止することができる。
【００４０】
また、負荷用誘導電動機１６のロータ３３には、短絡導体４３を覆う短絡導体保護キャップ４４を設け、積層鉄心４１、二次導体４２および短絡導体４３と一体的にダイキャスト成形して構成する。これにより、被測定電動機２１の超高速回転時におけるトルク測定においても、短絡導体４３が遠心力によって破壊することがなく、広い回転速度範囲におけるトルク測定が可能となる。
【００４１】
尚、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、負荷用電動機は誘導電動機に限らず、直流電動機等各種の電動機、渦電流ブレーキ、ヒステリシスブレーキ等を使用してもよい。また、本発明は、上述した電動機のトルク測定のみならず、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として使用できることはいうまでもない。
【００４２】
以上、説明したように、本発明は、回転負荷手段の外周を支承する軸受部の構成を簡単化できると共に、軸受損失を少なくして測定精度の向上を図ることができる電気動力計を提供できる効果を有し、超高速回転する電動機や原動機の出力性能を測定する電気動力計等に有用である。
【００４３】
また、本発明は、ロータにおける短絡導体の機械的強度を向上させて、超高速回転時の遠心力による短絡導体の破壊を防止し、超高速回転を可能にした誘導電動機を提供できる効果を有し、超高速回転する誘導電動機等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る電気動力計の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る電気動力計の実施形態で使用される負荷用誘導電動機の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】負荷用誘導電動機の本発明の実施形態に係るロータの概略構成を示す図であり、図３（ａ）は軸方向から見た正面図、そして図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ矢視断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るロータの短絡導体保護キャップの概略構成を示す図であり、図４（ａ）は軸方向から見た正面図、そして図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ矢視断面図である。
【図５】本発明に係る電気動力計の実施形態において、被測定電動機の回転速度を一定として負荷用誘導電動機の回転速度を変化させた場合のトルク比を示す図である。
【図６】負荷用誘導電動機を用いた従来の電気動力計の概略構成を示す縦断面図である。
【図７】従来の誘導電動機におけるロータの概略構成を示す縦断面図である。
【図８】軸受に磁石を用いた従来の動力計の概略構成を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１２  静圧空気軸受
１３  静圧空気軸受固定部
１４、１５  スライド円板
１６  負荷用誘導電動機
１７  ブラケット
１８  アダプタリング
２０  カップリング
２１  被測定電動機
２２  ロードセル
３２  ステータ
３３  ロータ
４１  積層鉄心
４２  二次導体
４３  短絡導体
４４  短絡導体保護キャップ
【図１】
2007107910.tif 000003
【図２】
2007107910.tif 000004
【図３】
2007107910.tif 000005
【図４】
2007107910.tif 000006
【図５】
2007107910.tif 000007
【図６】
2007107910.tif 000008
【図７】
2007107910.tif 000009
【図８】
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