JP2005291973A

JP2005291973A - 変速機の効率測定方法及びそれに用いる装置

Info

Publication number: JP2005291973A
Application number: JP2004108404A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yamazaki; 勝則山崎; Teru Hayashi; 輝林; Takahiro Ito; 高廣伊藤
Original assignee: Toin Gakuen
Current assignee: Toin Gakuen
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】変速機特に小型変速機の効率を簡単かつ正確に評価するための変速機の効率測定方法及びそれに用いる装置を提供する。
【解決手段】駆動部と負荷部とを対向させて、駆動部のモータの軸方向に対し左右に揺動自在に取り付けするとともに、駆動部と負荷部の中間に効率を測定すべき変速機を固定配置し、駆動部を入力ギヤに連結して変速機を回転させ、それを出力ギヤを介して負荷部に伝達し、それによって発生した負荷量を測定し、その変化率に基づいて変速機の効率を算出することにより測定する。それに用いる装置として、駆動モータ６と負荷プーリ９とを上部に固定された梁体１に設けられた２個所の刃型支点（２，２´）のそれぞれに天秤型支持アームを介して支持し、たがいに対向して配置された構造を有し、両者の中間に測定すべき変速機を、その入力ギヤが駆動モータの回転軸に、また出力ギヤが負荷プーリ軸にそれぞれ着脱可能に連結されているものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、減速機や増速機のような変速機の効率を簡単に、しかも正確に測定するための測定方法及びそれに用いる装置に関するものである。

最近、マイクロメカニズム分野における研究の進行に伴って、マイクロモータやマイクロ変速機の開発が行われるようになり、このマイクロ変速機の性能を評価する必要性が生じてきた。

機械分野において、電動機のような動力やその動力伝達機構について、その性能を評価することは、既に行われており、例えば歪みゲージを電導機駆動軸に固定して、既知長さの駆動軸に対して加わる既知の死荷重を用いて歪みとトルクの関係を校正し、電動機を作動したときの入力及び回転速度を測定し、前記歪みゲージから回転アンテナを経て固定アンテナにＲＦ信号を伝送し、負荷をかけて前記駆動軸のトルクの測定値を記録することにより、電動機の効率又は負荷を測定する方法（特許文献１参照）、固定された機械とこれを一直線の軸線に沿って横断し、角速度で軸線の周りを回転する軸系との間で機械的エネルギーを交換し、その際の機械的エネルギーが軸系内を軸線方向に流れるように構成された仕事率を決定する装置（特許文献２参照）、回転力を伝達する２つの出力軸を有し、その出力軸の伝達トルクが一定値以上の差を生じたことを検出する機構を備えたトルク差検出装置（特許文献３参照）、駆動モータと第一トルク検出器とを連結し、入力軸に接続した第一伝導ラインと、吸収モータと第二トルク検出器とを連結し、出力軸に接続した第二伝導ラインとを並設した伝動機のトルクを測定する試験装置（特許文献４参照）などが知られている。

しかしながら、変速機、特にマイクロ変速機の効率を測定するために好適な装置については、これまで研究の対象に採り上げられておらず、実用的なものはまだ知られていない。

本発明者らは、先に遊星歯車を用いて小型化したハーモニックドライブ機構のために、駆動モータと変速機と負荷プーリとを一直線状に配置して、それぞれ軸連結し、モータに一体的に取り付けた入力腕に負荷した重錘でモータの反力を相殺するとともに、プーリに重錘を負荷して出力側のトルクを測定する試験装置を提案したが、このものは、実験の開始時と終了時との間に装置自体の変形を生じ、その測定結果に悪影響を及ぼすという欠点があった。

特開平６−６６６５３号公報（特許請求の範囲その他）特開平１０−５１１４６３号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−４４６７号公報（特許請求の範囲その他）特開２００１−９９７３０号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、変速機特に小型変速機の効率を簡単かつ正確に評価するための変速機の効率測定方法及びそれに用いる装置を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、微小な動力を扱うマイクロ変速機の効率測定を精密に行うための効率測定装置を開発するために鋭意研究を重ねた結果、駆動側に浮動ケーシングモータを、負荷側にブローニングブレーキを用い、両者のトルク測定腕を天井に固定支点をもつ天秤の腕にリンク結合した天秤型にすることにより、その目的を達成し得ることを見出し、その知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、駆動部と負荷部とを対向させて、駆動部のモータの軸方向に対し左右に揺動自在に取り付けするとともに、駆動部と負荷部の中間に効率を測定すべき変速機を固定配置し、駆動部を入力ギヤに連結して変速機を回転させ、それを出力ギヤを介して負荷部に伝達し、それによって発生した負荷量を測定し、その変化率に基づいて変速機の効率を算出することを特徴とする変速機の効率測定方法、及び駆動モータ６と負荷プーリ９とを上部に固定された梁体１に設けられた２個所の刃型支点（２，２´）のそれぞれに天秤型支持アームを介して支持し、たがいに対向して配置された構造を有し、両者の中間に測定すべき変速機を、その入力ギヤが駆動モータの回転軸に、また出力ギヤが負荷プーリ軸にそれぞれ着脱可能に連結されていることを特徴とする変速機の効率測定装置を提供するものである。

本発明によると、変速機、特に微小な動力を扱うマイクロ変速機の効率測定を精密に行うことができる。

次に、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明測定装置の１例を示す斜視図であって、外枠（図示せず）に平行に支持された固定上部梁体１の２個所の刃型支点２，２´に２本の天秤型アーム３，４が該固定上部梁体１に対し左右に揺動可能に支持されている。

そして、一方のアーム３にはモータ部接続部材５，５´により駆動モータ６を取り付けたモータ固定アーム７が、またもう一方のアーム４には、負荷部接続部材８，８´により負荷プーリ９を取り付けた負荷プーリ固定アーム１０がぞれぞれ支持され、さらに駆動モータ６と負荷プーリ９との中間位置に供試されるべき変速機１１が固定上部梁体１に固定部材１２によって配置されている。

この装置を用いて変速機の効率を測定するには、変速機１１の入力ギヤ（図示せず）に駆動モータ６の回転軸（図示せず）を、また変速機１１の出力ギヤ（図示せず）に負荷プーリ９の軸（図示せず）をそれぞれ連結する。この連結は、必要時又は不必要時に着脱可能な方式でなされている。

この装置の材質としては、できるだけ変形を生じないようにし、かつ質量を小さくするために、アルミニウム又はその合金のような軽量で剛性のある金属又は合金を選ぶのが好ましい。
また、刃型支点２，２´には、カミソリ刃のような薄い板状体を用いるのが好ましい。
駆動モータ６は、モータ固定アーム７に取り付けられるが、駆動モータ６が変換自在に取り付けられるように、例えば２枚の支持板に挟み込み、固定する形式にするのが好ましい。

この装置を用いて、変速機の効率を測定するには、先ず天秤型アーム３，４が水平になるように水準器及びレーザ変位計を用いて測定しながら、左右のバランスを調整する。この調整は、例えば軽い方に鉛のような重錘を付加することによって行われる。

次いで、変速機１１を設置後、デジタルフォースゲージをその先端が刃型支点例えばカミソリ刃に軽く触れるようにしてモータ部及び負荷プーリ部に取り付けたのち、このデジタルフォースゲージとアナライジングレコーダとを接続する。

このような準備が完了したのち、電源を入れ、駆動モータ６を始動させると、モータの回転が変速機１１に伝達され、さらにその回転が負荷プーリ９に伝達される。この負荷プーリ９には負荷が印加されているので天秤型アーム４が傾斜しようとする。
そして、この状態になったとき、刃型支点２´に接続しているデジタルフォースゲージにより、その際の荷重が測定される。

一方、負荷プーリ９に負荷が印加されると、それと連動してモータ６にも負荷が印加されるので、天秤型アーム３が傾斜し、その際の荷重がデジタルフォースゲージで測定される。
このようにして得られる各天秤型アーム３，４に印加された荷重は、アナライジングレコーダに記録される。

このようにして得られたデータに基づき、以下の式（１）に従って変速機の所定の変速比ｕにおける効率η（％）を求めることができる。
η＝（１／ｕ）・（τ₀／τ_i）（１）
式中のτ₀及τ_iは以下の意味をもつ。
τ₀＝ｍ₀ｇ・ｒ₀ （２）
τ_i＝ｍ_iｇ・ｒ_i （３）
ただし
τ₀：負荷側トルク（Ｎ・ｍｍ）
ｍ₀：負荷側荷重（ｇ）
ｒ₀＝負荷側の中心からデジタルフォースゲージまでの距離（ｍｍ）
ｇ：重力加速度（ｋｇ／ｓ²）
τ_i：モータ側トルク（Ｎ・ｍｍ）
ｍ_i：モータ側荷重（ｇ）
ｒ_i：モータ側の中心からデジタルフォースゲージまでの距離（ｍｍ）

市販の減速比１／９５の減速機について、６Ｖ及び９Ｖの電圧を印加して本発明方法により１０回試験して得た測定効率（％）を図２及び図３に示す。

市販の減速比１／８０の減速機について、６Ｖ及び９Ｖの電圧で駆動させ、本発明方法により１０回試験して得た測定効率（％）を図４及び図５に示す。

これらの図から、本発明方法によれば、減速比の異なる減速機について、いずれも安定した効率の評価結果が得られることが分かる。

本発明によれば、種々の変速機についての効率を簡単かつ正確に算出することができるので、変速機を用いるシステムの管理に好適に利用できる。

本発明における第一の実施の形態を示す測定装置の斜視図。市販の減速比１／９５の減速機について６Ｖの電圧を印加して１０回試験して得た測定効率（％）を示すグラフ。市販の減速比１／９５の減速機について９Ｖの電圧を印加して１０回試験して得た測定効率（％）を示すグラフ。市販の減速比１／８０の減速機について６Ｖの電圧で駆動させ、１０回試験して得た測定効率（％）を示すグラフ。市販の減速比１／８０の減速機について９Ｖの電圧で駆動させ、１０回試験して得た測定効率（％）を示すグラフ。

符号の説明

１固定上部梁体
２，２´刃型支点
３，４アーム
５，５´モータ部接続部材
６駆動モータ
７モータ固定アーム
８，８´負荷部接続部材
９負荷プーリ
１０負荷プーリ固定アーム
１１変速機

Claims

駆動部と負荷部とを対向させて、駆動部のモータの軸方向に対し左右に揺動自在に取り付けするとともに、駆動部と負荷部の中間に効率を測定すべき変速機を固定配置し、駆動部を入力ギヤに連結して変速機を回転させ、それを出力ギヤを介して負荷部に伝達し、それによって発生した負荷量を測定し、その変化率に基づいて変速機の効率を算出することを特徴とする変速機の効率測定方法。
駆動モータと負荷プーリとを上部に固定された梁体に設けられた２個所の刃型支点のそれぞれに天秤型支持アームを介して支持し、たがいに対向して配置された構造を有し、両者の中間に測定すべき変速機を、その入力ギヤが駆動モータの回転軸に、また出力ギヤが負荷プーリ軸にそれぞれ着脱可能に連結されていることを特徴とする変速機の効率測定装置。