(57)【要約】【課題】  低速回転でも十分に解く計測を可能とし、装置を大型化することなく飽和点前の計測範囲を広くすることのできる渦電流式動力計を提供することを課題とする。【解決手段】  空隙を介して対面する対面部を周方向に有する磁性体のステータ７及びロータ２と、空隙そして対面部を貫通する磁力線で磁気回路を形成する磁界発生手段１８とを備え、ステータ７とロータ２のいずれか一方の対面部が周方向に滑らかに延び磁性が均一な磁性連続面を形成し、他方の対面部が周方向で周期的に空隙での磁束密度の大きさを繰り返して変化させる磁性不連続面を形成し、磁性連続面に生ずる渦電流によってロータ２とステータ７の間に互いに引き合うトルクを生じせしめ、ステータ７側に設けられたトルク計測手段１３によってトルク計測を行う渦電流式動力計において、磁性連続面が磁性連続面よりも内部の材質に対して高い導電率の材質で良導電層２０として形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を介して対面する対面部を周方向に有する磁性体のステータ及びロータと、上記空隙そして対面部を貫通する磁力線で磁気回路を形成する磁界発生手段とを備え、上記ステータとロータのいずれか一方の対面部が周方向に滑らかに延び磁性が均一な磁性連続面を形成し、他方の対面部が周方向で周期的に上記空隙での磁束密度の大きさを繰り返して変化させる磁性不連続面を形成し、ロータの回転に伴い上記磁性連続面に生ずる渦電流によってロータとステータの間に互いに引き合うトルクを生じせしめ、ステータ側に設けられたトルク計測手段によってトルク計測を行う渦電流式動力計において、上記磁性連続面が該磁性連続面よりも内部の材質に対して高い導電率の材質で良導電層として形成されていることを特徴とする渦電流式動力計。
【請求項２】
空隙の大きさと良導電層の厚さとの比率が可変であることとする請求項１に記載の渦電流式動力計。
【請求項３】
対面部は半径方向に延びる平面上に位置して形成されていることとする請求項１に記載の渦電流式動力計。
【請求項４】
ステータが半径面で分割されて二つの半体として形成され、少なくとも一方の半体が軸方向に可動で軸方向設定位置を変更可能としており、この設定位置の変更により空隙の大きさと良導電層の厚さとの比率を可変としていることとする請求項３に記載の渦電流式動力計。
【請求項５】
対面部は周方向に延びる筒面上に位置して形成されていることとする請求項１に記載の渦電流式動力計。
【請求項６】
筒面は円筒面であることとする請求項５に記載の渦電流式動力計。
【請求項７】
筒面は対面部同士で平行な円錐面であることとする請求項５に記載の渦電流式動力計。
【請求項８】
ステータとロータが相対的に軸方向に可動で軸方向設定位置を可変としており、この設定位置の変更により空隙の大きさと良導電層の厚さとの比率を可変としていることとする請求項７に記載の渦電流式動力計。
【請求項９】
空隙の大きさを良導電層の厚さで除した比率が２であることとする請求項２、請求項４そして請求項８のうちの一つに記載の渦電流式動力計。
【請求項１０】
磁気発生手段が電磁石であってステータ側に配設され、該ステータに連続面が形成されていることとする請求項１に記載の渦電流式動力計。
【請求項１１】
ロータとステータの対向面が共に連続面であり、該連続面に沿って、該連続面を貫通する磁束の密度の粗密、または磁界の極性反転、が周方向で繰り返されるように磁気回路が形成されていることとする請求項１に記載の渦電流式動力計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦電流式動力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流式動力計は、通常、磁性体で作られたステータとロータとを空隙をもって配し、磁界発生手段で上記空隙を貫通する磁気回路を形成し、被試験装置が生ずるトルクを受けて、ロータとステータの一方が回転することに伴う磁束密度の変化によって渦電流を生じせしめ、この渦電流によりロータとステータとの間で引き合う力を被試験装置のトルクとしてトルク計測手段により測定している。
【０００３】
非特許文献１に開示される渦電流式動力計は、ディスクに放射状に延びる切り込みを半径外方に開口することにより複数のラジアルブレードを有するロータを形成し、ステータが軸線方向で上記ラジアルブレードと間隙をもって同方向の両側に位置するように配され、かつステータ側には、上記間隙そしてラジアルブレードを貫通する磁気回路を形成する磁気発生手段としての電磁石が設けられている。
【０００４】
かかる構成の渦電流式動力計では、被試験装置としてのエンジン等の動力装置の出力を上記ロータに接続して該ロータを回転せしめると、ロータの回転に伴う間隙の変化に起因して、ステータではラジアルブレードと対面する領域内のどの位置においても磁束密度が変化する。この磁束密度の変化がステータに渦電流を生じ、これがロータとの間で相対トルクを発生し、ステータを回転させようとする。したがって、このステータを回転自在に支持し、該ステータの上記トルクに対抗する均衝力を測定することにより、上記動力装置の出力トルクを計測できる。
【非特許文献１】うず電流電気動力計ディジタル自動制御装置  財団法人天野工業技術研究所発行（１９９３年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
渦電流式動力計の特性曲線は、横軸を回転速度そして縦軸を吸収トルクとして示した場合、吸収トルクは低速回転域では回転速度に比例して上り勾配直線をなし、しかる後、最大吸収トルクとなる飽和点を経て、次第に下り勾配曲線を示す。したがって、被試験装置としての動力装置が高速回転で運転されるときには、上記飽和点が高い回転数の域にあると共にその吸収トルクの値が可及的に大きいことが求められるし、動力装置が低速回転で運転されるときには、上記飽和点前の上り勾配直線の勾配が大きいことが求められる。
【０００６】
しかしながら、渦電流式の動力計にあっては、低速（低回転数）域において、磁束密度の変化が小さいために生ずる渦電流も小さく、吸収トルクが低いという問題がある。すなわち、特性曲線における上記上り勾配直線の勾配が小さい。したがって、一つの動力装置の低速域におけるトルク特性、あるいは、もともと低速である小型動力装置のトルク特性が正確に計測できない。これに対処するには、増速機を用いて動力装置の回転を増速してロータに伝達し、高速回転のもとで磁束密度の変化を大きくした状態で計測せざるを得ない。これは、増速機を要すること、そして増速機におけるギアでの損失が生じてしまい、動力装置の真の出力の測定を困難とすること等の新たな問題をかかえることとなる。
【０００７】
また、高速回転では最大吸収トルクが飽和するが、その飽和点を所望の値に設定できない。したがって、飽和点前の計測可能範囲を広く確保するには、大型の動力計が必要となる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、低速回転においても渦電流値を大きくして十分にトルクの計測可能とし、装置を大型化することなく飽和点前の計測可能範囲を広く確保できる渦電流式動力計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る渦電流式動力計は、空隙を介して対面する対面部を周方向に有する磁性体のステータ及びロータと、上記空隙そして対面部を貫通する磁力線で磁気回路を形成する磁界発生手段とを備え、上記ステータとロータのいずれか一方の対面部が周方向に滑らかに延び磁性が均一な磁性連続面を形成し、他方の対面部が周方向で周期的に上記空隙での磁束密度の大きさを繰り返して変化させる磁性不連続面を形成し、ロータの回転に伴い上記磁性連続面に生ずる渦電流によってロータとステータの間に互いに引き合うトルクを生じせしめ、ステータ側に設けられたトルク計測手段によってトルク計測を行うようになっている。
【００１０】
かかる渦電流式動力計において、本発明では、上記磁性連続面が該磁性連続面よりも内部の材質に対して高い導電率の材質で良導電層として形成されていることを特徴としている。
【００１１】
このような構成の本発明によると、被試験装置たる動力装置からトルクを受けて、ロータが回転すると、上記磁性連続面に渦電流が生ずるが、この磁性連続面がその内部よりも高い導電率の良導電層となっているために、上記渦電流の電流値が増大する。これは、特性曲線において、低速時の上り勾配直線の勾配を従来より大きくする。したがって、これに伴い、与えられた回転数における吸収トルク、すなわち測定可能なトルクが従来よりも大きくなるし、低速域であっても、トルクを正確に測定できることを意味する。
【００１２】
本発明において、空隙の大きさと良導電層の厚さとの比率が可変であることが望ましい。発明者は、回転数の変化に伴い、最大吸収トルク値を得るための空隙の大きさと良導電層の厚さとの関係（比率）に最適値が存在し、また、これが諸条件に伴い多少変化することを発見した。したがって、この比率を可変とすることにより、設計条件に対応して比率を変更し、最適比率で運転することができる。
【００１３】
高速回転時でのトルク測定を可能とする目的で飽和点を高速域にくるようにするには、良導電層を薄くすることが一策であるが、一旦設定された良導電層の厚さが低速回転域の吸収可能トルクに影響を与え、特に、良導電層と空隙との比率によって影響度が異なる。そこで、本発明では、この良導電層の厚さが定められたときに、これに応じて空隙の大きさをも変えて、上記比率を最適値になるように可変とすることを可能とする。
【００１４】
本発明において、対面部を半径方向に延びる平面上に位置して形成することができる。
その場合、上記比率を可変とするには、ステータが半径面で分割されて二つの半体として形成され、少なくとも一方の半体が軸方向に可動で軸方向設定位置を変更可能とすることで対処できる。この設定位置の変更により軸方向での空隙の大きさと良導電層の厚さとの比率を可変とする。
【００１５】
また、本発明では、対面部は周方向に延びる筒面上に位置して形成されているようにすることもできる。この場合、上記筒面は、円筒面とすることができるが、他に、筒面は対面部同士で平行な円錐面とすることができる。したがって、ロータとステータを軸線方向に相対移動させることで、上記空隙の大きさを変えて、上記比率を変更できる。
【００１６】
本発明では、上記比率の最良値は、概ね２である。
【００１７】
本発明において、磁気発生手段は電磁石とすることができ、この場合、この電磁石はステータ側に配設され、該ステータに連続面が形成されているようになる。
【００１８】
本発明において、ロータとステータの対向面が共に連続面であっても、該連続面に沿って、該連続面を貫通する磁束の密度の粗密、または磁界の極性反転、が周方向で繰り返されるように磁気回路が形成されているようにすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上のように、渦電流が発生する部位たる磁性連続面を、良導電層としたので、低速時で磁束密度変化が小さくとも大きな渦電流が流れる。その結果、与えられた仕様回転数において、従来よりも大きな吸収トルクが得られ、動力計の低速域での計測が正確に行えるようになった。また、上記良導電層の厚さの設定後、ロータとステータとの間の空隙を、仕様回転数に応じて設定することにより、回転数の増大に伴う吸収トルクの飽和点を所望の回転数に設定できると共に、この仕様回転数を十分にカバーする範囲での計測を正確にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態としての渦電流式動力計の全体の概要構成を示し、（Ａ）は軸線を含む面での縦断面図、（Ｂ）は軸線方向から見た正面図である。
【００２２】
図において、水平方向に延びる軸体１に、その軸線方向中央位置で、ロータ２が取り付けられている。このロータ２は金属材で作られており、図２のごとく、放射状に複数のブレード２Ａがボス部２Ｂから延びる形態をなしている。したがって、該ロータ２は上記複数のブレード２Ａにより、周方向に歯状部を形成しており、磁性からみると周方向に不連続な面をなす。図１（Ａ）に見られるごとく、上記軸体１の一端部には、被試験装置としての動力装置（図示せず）の出力軸を結合するためのフランジ部１Ａが設けられている。
【００２３】
上記ロータ２が取り付けられた軸体１は、軸線方向で該ロータ２に対して両側位置で軸受３，４を介して、軸線まわりに回動可能な可動支持体５，６により、回転可能に支持されている。両可動支持体５，６は、軸線方向に延びる筒状体をなしているが、ロータ２寄り部分が大径部５Ａ，６Ａをなし、この大径部５Ａ，６Ａの対向段部５Ｂ，６Ｂにてステータ７を保持している。したがって、両可動支持体５，６は後述のステータ７を介して一体をなしている。また、上記可動支持体５，６は、ロータ２に対して反対側端部で、軸受８，９を介して不動支持体１０，１１により支持されている。不動支持体１０，１１は基礎（床面等）Ｆに不動に配置されている。かかる可動支持体５，６の一方、例えば可動支持体５は、図１（Ｂ）に示されるように、その外周面に半径方向に延びるレバー１２が固定されており、その先端に、トルク計測装置１３が接続されている。該トルク計測装置１３は、伸縮自在な部材１４により、上記レバー１２と基礎Ｆとの間に架設されている。このトルク計測装置１３は、トルクを受けて回転しようとする可動支持体５，６に対して均衡力により回転を阻止しつつ、その均衡力とレバーの長さとの積としてトルクを計測する。上記可動支持体５，６は、上記均衡力と釣り合う状態となるまで、軸線まわりに微小角だけ回動する。
【００２４】
上記可動支持体５，６により保持されているステータ７は、半径方向に延びる面で、軸方向に二つの半体１５，１６に分割形成されている。この半体１５，１６は金属材で作られていて、互いに環状の段部１５Ａ，１６Ａで軸線方向に相対位置を調整移動できるようになっている。これら半体１５，１６は、軸方向で調整された位置で互いにボルト等の結合手段（図示せず）によって結合され、その位置が維持された状態で一体化される。
【００２５】
二つの半体１５，１６は、対向内面に環状の溝により環状空間１７を形成している。該環状空間１７は、半体１５，１６の半径方向外側寄りの部分に位置しており、この環状空間１７には、磁界発生手段として、樹脂で被覆された環状の電磁石１８が配置されている。該電磁石１８は、両方の半体１５，１６により保持されており、外部からの電力の供給を受けて、周囲に磁界を形成する。この磁界については、後に詳述する。
【００２６】
また、上記二つの半体１５，１６の対向内面には、上記環状空間１７よりも半径方向内方の部分に、切り落とされた段状部が半径内方に開口した環状のロータ収容空間１９が形成されており、既述したロータ２のブレード２Ａの部分を収容している。上記ロータ収容空間１９を形成する対向内面は、いずれも、周方向に連続な面を形成し、この面上に良導電層２０が形成されている。すなわち、磁性からみて周方向に連続面をなしている。この良導電層２０は、該良導電層２０よりも内部のステータ自体の材質に比し導電性の良い金属で形成され、例えば、メッキ、蒸着、塗布、薄金属板の鑞接、溶接等により設けられる。
【００２７】
この良導電層２０は、その層厚を適宜変更する可能性を考えて、図３に見られるように、その部分だけステータ７の半体１５，１６とは別体の環部材１５Ａ，１６Ａとして形成し、これを半体１５，１６に接面取付けするようにしてもよい。図３の例では、ステータ７の冷却を行うための冷却水路１５Ｂ，１６Ｂが形成されていて、外部から供給される冷却水により、発熱するステータ７を冷却している。図３に見られるように、良導電層２０は厚さｔをもっており、ブレード２Ａの面と空隙δを形成している。したがって、本実施形態では、層厚の異なる良導電層２０を有する環部材１５Ａ，１６Ａを交換することにより良導電層２０の厚さｔを変更し、半体１５，１６の軸方向相対位置の選定により空隙δの値を変更することができる。その結果、適切な良導電層２０の厚さｔのもとで、空隙δと厚さｔとの比率、すなわちδ／ｔを種々変更設定できる。
【００２８】
このような構成のロータ２とステータ７の間には磁気回路が形成される。すなわち、電磁石１８から発する磁力線がステータ７の一方の半体１５内を経て、該半体１５側で良導電層２０と空隙δを通過し、ロータ２のブレード２Ａを通って、もう一方の半体１６の側の空隙δそして良導電層２０に至り、半体１６を経て電磁石１８へ戻るという磁気回路が形成される。このように、磁界が上記ブレード２Ａを経てロータ収容空間１９を軸線方向に横切るようになる。
【００２９】
このような構成の本実施形態装置において、トルク計測は次の要領でなされる。
【００３０】
先ず、被試験装置としての動力装置の出力軸を軸体１のフランジ１Ａへ結合し、電磁石１８が通電している状態の下で、この動力装置を回転駆動する。
【００３１】
軸体１の回転に伴い、該軸体１に取り付けられているロータ２のブレード２Ａは、ロータ収容空間１９を軸線方向に貫通する磁力線を周方向に横切ることとなる。ブレード２Ａは周方向には、断続的に存在することとなるので、このブレード２Ａの回転により、ステータ７の周方向の任意の一固定位置で、磁束密度が周期的に変化する。したがって、ステータ７には、渦電流が発生する。この渦電流はステータ７に形成された良導電層２０を流れるが、該良導電層２０は電気抵抗が小さいために、磁束密度変化が小さくとも比較的大きな電流となる。
【００３２】
上記渦電流の発生によりロータとの間に強力な電磁吸引力が誘起され、ステータ７は回転力を受けるようになる。しかし、ステータ７は、該ステータ７に取り付けられたレバー１２がトルク計測装置１３に接続されているため、該トルク計測装置の均衡力と釣り合うまで若干の角度だけ回動はするものの連続的には回転しない。上記均衡力は軸体１が伝えるトルクに匹敵するので、この均衡力を計測することで、動力装置のトルクを知ることができる。
【００３３】
本実施形態装置では、ステータ本体は、通常、鋼材で作られるので、これよりも導電性の高い良導電層の材料としては、銅、アルミニウム等が適切で実用的である。他には、銀、金も可能である。
【００３４】
特性曲線上の飽和点を所望の回転数に定めるように良導電層の厚さを適宜設定した後、空隙を調整することにより、空隙の大きさを上記良導電層の厚さで除した値（δ／ｔ）を変えることにより、特性曲線上での飽和点前の吸収トルクを最良値とする。
【００３５】
本発明は、図１ないし図３に示された形態には限定されず、種々変更が可能である。先ず、渦電流を発生する周方向連続面をステータに形成せずに、図４に示されるように、ロータ２に形成することも可能である。したがって、ロータの連続面上に良導電層２Ｃを形成し、ステータ７の半体１５，１６の対向面には、周方向に歯状をなすように、放射状に溝１５Ｂ，１６Ｂを形成する。この場合、渦電流はロータ２の良導電層２Ｃに流れるが、その結果、ステータ７との間には相対的に吸引力が作用するので、この場合でも、トルクはステータ側で計測できる。
【００３６】
さらには、ステータとロータの対向面を半径方向に延びる平面としなくとも、周方向に延びる円筒面とすることも可能である。例えば、図５に示されるように、ロータ２を周方向に歯状をなすスプライン軸のように、軸方向に延びる溝２Ｄを外周面に複数形成し、これに対して、ステータ７の内周面を上記スプライン軸と半径方向で空隙を形成する周方向連続面とし、ここに良導電層２０を形成してもよい。
【００３７】
上記対向面は、円筒面とせずに、互いに平行な円錐面とすることもできる。こうすると、ステータとロータとを軸方向で相対移動可能とすることで、対向面同士間の空隙を変更できる。しかも、軸線方向でどの位置にあっても、その空隙の大きさは同じに保てる。
【００３８】
本発明では、磁界を発生する手段として、電磁石に代えて永久磁石を用いてもよい。例えば、ロータとステータの一方の対向面を歯状部とするとき、この歯状部を永久磁石の配設により形成し、他方の対向面を周方向連続面として、この連続面に良導電層を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態装置を示し、（Ａ）は軸線を含む面での縦断面図、（Ｂ）は軸線方向に見た正面図である。
【図２】図１装置に用いられるロータの正面図である。
【図３】良導電層とその近傍を拡大して示す図で、図１の変形例を示している。
【図４】他の実施形態を示す断面図である。
【図５】さらに他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  ロータ
７  ステータ
１３  トルク計測手段
１５，１６  半体
１８  磁界発生手段（電磁石）
２０  良導電層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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