JP3289169B2

JP3289169B2 - 負荷試験装置

Info

Publication number: JP3289169B2
Application number: JP16105294A
Authority: JP
Inventors: 洋之橋本
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: JPH0829274A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の回転機の負荷試
験に用いられる負荷試験装置に関し、更に詳述すれば、
供試回転機に加える負荷トルクの発生手段として油圧作
動型のブレーキを用いてなる負荷試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧作動型のブレーキを負荷トルクの発
生手段とする負荷試験装置は、例えば本願出願人による
実開平２-21538号及び特開平３-56837号公報等に開示さ
れている。前記ブレーキは、所謂、湿式多板ブレーキで
あり、ハウジングとこれの内部に回動自在に支承された
回転軸とを備え、該回転軸の外側に回転を拘束されて同
軸的に取り付けた多数枚の回転制動板と、前記ハウジン
グの内側に同様に取り付けた多数枚の固定制動板とを、
ハウジング内に封入された油を介して交互に重合させ、
これらを油圧により動作する作動シリンダにより相互に
押し付けて制動トルクを発生する構成となっている。

【０００３】この負荷試験装置は、以上の如く構成され
たブレーキのハウジングをこれの外側に突設された所定
長さの揺動アームを介して支持し、同じく回転軸を供試
回転機に連動連結して用いられる。供試回転機の負荷試
験は、ブレーキが発生する制動トルクを、該トルクの反
作用により前記揺動アームの支持部に加わる荷重（制動
トルク相当荷重）を媒介として検出し、この検出結果の
フィードバック信号と外部から与えられるトルク指令信
号との偏差を解消すべく、前記ブレーキの作動シリンダ
に送給されるブレーキ油圧を調圧して、該作動シリンダ
の押し付けに伴って発生する制動トルクを加減し、前記
トルク指令信号に対応する所望の負荷トルクを前記供試
回転機に負荷せしめて行われる。

【０００４】実開平２-21538号及び特開平３-56837号公
報に開示された負荷試験装置は、前記揺動アームの支持
部に介装され、前記制動トルク相当荷重が一方向に付加
されるスプールを備えた油圧制御弁と、前記スプールを
逆方向に付勢するための制御油圧を発生する電流制御型
の圧力制御弁とを備えており、これらにより前記ブレー
キ油圧の調圧を行う構成となっている。制動トルク相当
荷重のフィードバック信号は、前記トルク指令信号と共
に、前記圧力制御弁の制御動作をなすサーボアンプに与
えられ、該サーボアンプは、前記両信号の偏差、即ち、
ブレーキが実際に発生している制動トルクと目標トルク
との偏差を解消すべく前記圧力制御弁の動作電流を制御
する動作をなす。

【０００５】即ち、油圧制御弁のスプールは、揺動アー
ムを介して一側から作用する制動トルク相当荷重と、圧
力制御弁から送給される制御油圧により他側端面に作用
する押圧荷重とが平衡する位置を保ち、前記ブレーキ
は、トルク指令信号に対応する制動トルクを発生するこ
とになる。またこの状態において、種々の外乱によりブ
レーキが発生する制動トルクが変動した場合、前記スプ
ールは、制動トルク相当荷重の作用方向に変位するが、
このとき、制動トルクのフィードバック信号とトルク指
令信号との間に生じる偏差に応じたサーボアンプの制御
動作により、圧力制御弁から送給される制御油圧が増減
される結果、油圧制御弁のスプールは、前記変位前の平
衡位置に速やかに復帰し、ブレーキは、前記制動トルク
の発生を定常的に継続する。

【０００６】一方、トルク指令信号が変更された場合に
は、変更後のトルク指令信号と現状の制動トルクとの偏
差を解消すべく制御油圧が増減される結果、油圧制御弁
のスプールは新たな平衡位置に変位し、前記ブレーキ
は、変更後のトルク指令信号に対応する制動トルクを発
生し、供試回転機に負荷するようになる。このように、
トルク指令信号を適宜に変更することにより、供試回転
機の定トルク下での負荷試験が行われる。

【０００７】更に、前記特開平３-56837号に開示された
負荷試験装置は、前述した定トルク下での負荷試験を主
体とし、供試回転機の回転速度を一定に保った状態で行
われる定速度試験、ブレーキによる吸収動力を一定に保
った状態で行われる定動力試験、及び回転速度の変化に
追従変化する負荷トルク下で行われる速度追従トルク試
験等、供試回転機の実際の使用時における種々の負荷状
態を模擬しての負荷試験が可能に構成されている。

【０００８】以上の如き定速度試験、定動力試験、及び
速度追従トルク試験においては、高頻度に変更されるト
ルク指令信号に対し、前記ブレーキが発生する制動トル
クが高速度に応答（追従）する必要がある。本願出願人
は、前記特開平３-56837号、及びこれに続く一連の出願
により、ブレーキの作動シリンダとして、制動方向のみ
ならず制動の解除方向にも強制動作が可能な複動型のシ
リンダを用い、またサーボアンプの構成の適正化によ
り、応答性の向上を図っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複動型の作
動シリンダを採用し、更にサーボアンプを含めた電気系
を改善した場合においても、実際の応答性の向上効果
は、予想される効果に対して十分なものではないという
問題があった。この問題は、ブレーキへの作動油圧の送
給系における遅れ、特に、作動油圧を調圧する油圧制御
弁の動作遅れに起因するものであって、この動作遅れの
補償要素をサーボアンプに組み込む等の対策を施すこと
により、ある程度の改善は可能であるが、満足すべき応
答性を得るには至っていない。

【００１０】即ち、従来の負荷試験装置においては、前
記油圧制御弁は、前記ブレーキのハウジングに突設され
た揺動アームの支持部に介装されており、ブレーキが発
生する制動トルクの反作用により揺動アームを介して加
わる荷重と、圧力制御弁から送給される制御用の油圧と
の力バランスにより動作し、前記サーボアンプの制御出
力は、前記圧力制御弁に与えられているため、ブレーキ
のハウジングから揺動アームを経て油圧制御弁のスプー
ルに至るまでの間の機械的なガタの集積と、前記制御用
油圧の伝播遅れとにより、所定の動作遅れは避けられな
い一方、この動作遅れを正確に見込んでサーボアンプを
構成するには、制御定数の煩雑な調整作業を要するとい
う問題がある。

【００１１】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、ブレーキの作動油圧を調圧する油圧制御弁の動
作遅れに起因する制御系全体の応答性の低下を有効に解
消でき、種々の負荷条件下にて供試回転機の負荷特性を
高精度にて求め得る負荷試験装置を提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る負荷試験装
置は、供試回転機に連動連結された油圧作動型のブレー
キと、該ブレーキの作動油圧を内蔵スプールの移動によ
り調圧する油圧制御弁と、該作動油圧の送給により前記
ブレーキが発生する制動トルクを所定の目標トルクに維
持すべく、前記油圧制御弁の動作を制御するサーボアン
プとを備え、前記供試回転機の負荷試験を種々の負荷ト
ルク下にて行うようにした負荷試験装置において、前記
作動油圧を検出する手段と、前記制動トルクを検出する
手段とを備え、前記サーボアンプは、前記目標トルクに
対応するトルク指令信号と前記制動トルクの検出結果に
対応するトルクフィードバック信号との偏差を入力とす
る比例要素に、前記トルクフィードバック信号を入力と
する微分要素を並設してなるＰＤ演算部と、該ＰＤ演算
部の演算結果を、前記作動油圧の検出結果に対応する油
圧フィードバック信号とこれの微分値とにより減量補正
し、前記油圧制御弁の必要動作量を示す制御信号を出力
する補正部とを具備することを特徴とする。

【００１３】更に加えて、前記油圧制御弁は、前記サー
ボアンプからの制御信号を前記内蔵スプールの移動力に
変換する手段を一体的に備えること、また前記作動油圧
の検出手段を一体的に備えることを夫々特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明においては、供試回転機に連動連結され
た油圧作動型のブレーキに供給される作動油圧と、この
作動油圧に応じて発生する制動トルクとを検出し、夫々
に対応する油圧フィードバック信号とトルクフィードバ
ック信号とをサーボアンプにフィードバックする。サー
ボアンプは、目標トルクに対応するトルク指令信号とト
ルクフィードバック信号との偏差を入力とする比例要素
に、トルクフィードバック信号を入力とする微分要素と
を備えたＰＤ演算部におけるＰＤ演算の結果を、油圧フ
ィードバック信号とこれの微分値とにより減量補正し、
ブレーキの作動油圧を調圧する油圧制御弁の必要動作量
を求めて出力し、この出力により前記油圧制御弁を直接
的に動作させる。

【００１５】従って、目標トルクの変更初期には、これ
に応じた制御信号の変化により、ブレーキが発生する制
動トルクが急峻に変化し、この変化が生じ始めた後は、
この制動トルクのフィードバック信号を入力とする微分
要素の出力により制御ゲインが減じられ、作動油圧のフ
ィードバック信号及びこれの微分値により更なる減量補
正が行われて、ブレーキが発生する制動トルクは、変化
率を減じつつ目標トルクに整定する。

【００１６】また、前記油圧制御弁は、前記サーボアン
プからの制御信号を内蔵スプールの移動力に変換する手
段として、リニアソレノイド等のアクチュエータを一体
的に備え、更に、前記作動油圧の検出手段を一体的に備
えており、機械系又は油圧系による動作遅れを発生を可
及的に減じ、応答性の更なる向上を図る。

【００１７】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係る負荷試験装置（以下本
発明装置という）の油圧回路の構成を示す模式図であ
る。図示の如く本発明装置は、負荷トルクを発生する油
圧作動型のブレーキ１、該ブレーキ１の制動及び解除動
作を行わしめるべく、これの内部に構成された作動シリ
ンダ10への送給油圧（作動油圧Ｐ_a，Ｐ_b）を制御する
油圧制御弁２、及び作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bの元圧となるブ
レーキ油圧Ｐ₀の発生源となる油圧ポンプＰを備えてな
る。

【００１８】前記ブレーキ１は、供試回転機Ａの出力軸
に連動連結される回転軸11と、この回転軸11を支承し、
内部に油が封入されたハウジング12とを備え、両者に夫
々回転を拘束して取り付けた多数の制動板間に制動トル
クを発生する湿式多板ブレーキである。図２はブレーキ
１の内部構造を示す縦断面図であり、図３は図２の要部
拡大図である。なお、図２の上半部は制動状態を、図２
の下半部及び図３は制動の解除状態を夫々示している。

【００１９】ブレーキ１のハウジング12は、基台Ｂ（図
４参照）上に適長離隔して立設された一対の支承台Ｃ，
Ｃ間に、各別のベアリング 12A,12Bを介して揺動自在に
支持されている。またブレーキ１の回転軸11は、ハウジ
ング12の内部に一側（図の左側）から挿入され、挿入
側、即ち左側の中途部をハウジング12に嵌着固定された
ベアリング 11A,11Bにより、また先端部、即ち右端部を
同じくハウジング12に嵌着固定されたベアリング 11Cに
より夫々支持され、軸心回りでの回動が可能となってい
る。

【００２０】ハウジング12は、回転軸11の外側を囲繞す
る内側ハウジング14を備えており、該内側ハウジング14
の内周には、これに回転を拘束されると共に、軸長方向
への移動自在に多数枚の制動板が取り付けてある。また
回転軸11外周の内側ハウジング14による囲繞部分には、
該回転軸11に回転を拘束されると共に、軸長方向への移
動自在に多数枚の制動板が取り付けてあり、これらは、
内側ハウジング14の内周の前記制動板と軸長方向に交互
に重合させてある。

【００２１】ハウジング12の右側端部には、ベアリング
15Aを介して回転継手15が嵌着してあり、内側ハウジン
グ14の内部には、前記回転継手15及びこれに連なる油路
16を介して導入及び導出される油が封入されている。こ
の油路16の左端部は、回転軸11の中心部を貫通する油路
16aを介して、前記ベアリング 11A,11Bの配設位置に連
通させてあり、内側ハウジング14の封入油は、ベアリン
グ 11A,11B、及び高圧用のオイルシール 11Dの潤滑油と
しても使用されるようになっている。

【００２２】ブレーキ１は、回転軸11側及び内側ハウジ
ング14側の制動板が相互に接近せしめられたとき、内側
ハウジング14内部の封入油を介して両者間に生じる摩擦
により制動トルクを発生し、また相互に離反せしめられ
たとき、制動トルクを解除するものであり、内側ハウジ
ング14の右側には、前記接近を行わしめるべく制動板を
押圧する複動型の作動シリンダ10が構成されている。

【００２３】作動シリンダ10は、図３に詳細に示す如
く、内側ハウジング14の右側端部に周設した段付環孔
（制動板側が大径に、これより遠い側を小径にしてあ
る）の内部に、これに対応する段付環状のピストン 100
を嵌め合わせ、該ピストン 100の両側に一対の作動油室
10a,10bを形成してなる。一側の作動油室 10aは、前記
段付環孔の大径部の右側に、他側の作動油室 10bは、同
じく小径部の左側に夫々形成され、各別の送油路 17a,1
7bを介してハウジング12の右側外壁の相異なる位置に夫
々連通させてあり、これらの送油路 17a,17bの開口端に
各別の管継手 19a,19bを介して夫々接続された送油管 1
8a,18bを経て前記作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bが導入されるよう
になっている。

【００２４】而してピストン 100は、一方の作動油室 1
0aへの作動油圧Ｐ_aの導入に応じて前記制動板を押圧す
べく進出し、各制動板間に発生する制動トルクを増す制
動動作をなし、逆に他方の作動油室 10bへの作動油圧Ｐ
_bの導入に応じて退入し、押し付け力の緩和により各制
動板間の制動トルクを解除する制動解除動作をなす。前
記制動板の夫々の間には、これらを離反方向に相互に付
勢する皿ばね 101,101…が介装してあり、これらは、ピ
ストン 100の退入に応じた各制動板の離反を補助し、制
動解除動作を確実化する作用をなしている。

【００２５】ブレーキ１のハウジング12の略中央部に
は、所定長さの揺動アーム13が半径方向外向きに突設さ
れている。図４は、ブレーキ１の右側面の外観を示す側
面図であり、図示の如く前記揺動アーム13の先端部は、
基台Ｂ上に立設された支持杆40の上端部に連結され、該
支持杆40によりハウジング12の揺動を拘束すべく支持さ
れており、両者の連結部分にはロードセル41が介装さ
れ、前記ブレーキ１による制動トルクの発生に伴って揺
動アーム13を介して支持杆40に加わる荷重（制動トルク
相当荷重）を検出している。

【００２６】以上の如く構成されたブレーキ１に送給さ
れる作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bを調圧する油圧制御弁２は、図
４に示す如く、基台Ｂ上に横位置に固設してある。この
油圧制御弁２は、図１に示す如く、両端部を閉塞する態
様にコイルハウジング30，30を取り付けてなる筒形のシ
リンダハウジングＨの内側に、円筒形の絞りスリーブ21
を介してスプール20を内嵌してなる。図５及び図６は、
スプール20と絞りスリーブ21との嵌合部分を拡大して示
す動作説明図である。

【００２７】絞りスリーブ21は、その両端部を同側のコ
イルハウジング30，30の端面に突き当てて軸長方向の移
動を拘束されており、その外周には、軸長方向に所定の
間隔を隔てて５本の環状溝が周設されている。またスプ
ール20は、図５及び図６に示す如く、軸長方向に所定の
間隔を隔てて３つのランドＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を備えてお
り、これらを介して絞りスリーブ21に内嵌され、軸長方
向への摺動自在となっている。スプール20の両側のラン
ドＬ₁，Ｌ₃の外側端面は、同側のコイルハウジング3
0，30の端面に対向しており、この対向面間には、戻し
ばね 22A,22Bが夫々介装されている。

【００２８】またスプール20は、両側のランドＬ₁，Ｌ
₃の外側に同軸的に突設された操作杆 23A,23Bを備えて
おり、これらは、同側のコイルハウジング30，30の軸心
部を貫通して延長されて、夫々のコイルハウジング30，
30の端部に取り付けたねじ杆23，23の先端に臨ませてあ
る。また操作杆 23A,23Bの中途部外側は、コイルハウジ
ング30，30に周設保持されたソレノイドコイル31，31に
臨ませてあり、これらへの通電に応じた軸長方向の力を
スプール20に加えるリニアソレノイド３，３を構成して
いる。

【００２９】而してスプール20は、通常時には、ランド
Ｌ₁，Ｌ₃の外側に弾接する前記戻しばね 22A,22Bのば
ね荷重によりスプリングセンターを形成し、図１に示す
中立位置を保っており、ソレノイドコイル31への通電、
又はねじ杆23，23の手動操作に応じて軸長方向に変位す
ることになる。

【００３０】絞りスリーブ21外周の前記環状溝は、シリ
ンダハウジングＨの内周との間に５つの環状室を形成し
ている。これらの内、中央の環状室には、前記油圧ポン
プＰが発生され、吐出側のリリーフ弁Ｒの作用により一
定圧に保たれたブレーキ油圧Ｐ₀が、シリンダハウジン
グＨを貫通する導圧孔24を介して導入されており、ま
た、両側の２つの環状室は、同じくシリンダハウジング
Ｈを貫通する還流孔25，25を介して低圧状態に維持され
た油タンクＴに開放されている。

【００３１】更に、残りの２つの環状室は、シリンダハ
ウジングＨに貫通形成された各別の送油孔26，27に連通
しており、各別の前記送油管 18a,18b、及びブレーキ１
内部の前述した油路を経て、前記作動シリンダ10におけ
る制動側及び制動解除側の作動油室 10a及び 10bとに夫
々接続されている。前記送油孔26，27は、その他側にお
いて、連通孔28により相互に連通させてあり、これらの
連通部には、両送油孔26，27からの流入のみを許容する
向きに各別の逆止弁29，29が嵌着してあり、これらの間
の圧力が、シリンダハウジングＨに一体的に取付けた圧
力センサ４に導かれ、検出されるようになしてある。な
お前記連通孔28は、コントロールオリフィス4aを介して
油タンクＴに開放されている。

【００３２】図５及び図６に示す如く、絞りスリーブ21
には、これの外周の前記環状室の夫々に基端を発し、軸
心に向けて周壁を貫通する５組の貫通孔Ｓ₁〜Ｓ₅が形
成されており、また絞りスリーブ21の内側には、前記ス
プール20に設けた３つのランドＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃間に２
つの油室Ｒ₁，Ｒ₂が形成されている。

【００３３】前記貫通孔Ｓ₁〜Ｓ₅の内、中央の環状室
に連通する貫通孔Ｓ₃は、図５に示す如くスプール20が
中立位置にあるとき、中央のランドＬ₂により閉塞され
る位置にあり、該スプール20の両方向の変位に応じて油
室Ｒ₁又は油室Ｒ₂内に開口し、前記導圧孔24を経て導
入される元圧Ｐ₀を減圧して油室Ｒ₁又は油室Ｒ₂に導
入する可変絞り孔として作用する。以下の説明では、こ
の貫通孔Ｓ₃を絞り孔Ｓ₃と呼称する。

【００３４】図７は、図５の VII−VII 線、即ち、前記
絞り孔Ｓ₃の形成位置での横断面図である。図示の如く
絞り孔Ｓ₃は、スプール20の中央のランドＬ₃と絞りス
リーブ21との嵌合周上に、略等配をなして複数個（図の
場合には４個）形成されており、スプール20の変位に応
じた絞り面積の変化は、前記複数の絞り孔Ｓ₃，Ｓ₃…
の夫々において生じるようになしてある。

【００３５】また両側の環状室に夫々連通する貫通孔Ｓ
₁，Ｓ₅は、スプール20が中立位置にあるとき、両側の
ランドＬ₁，Ｌ₃により夫々閉塞される位置にあり、該
スプール20の変位によりいずれか一方が油室Ｒ₁又は油
室Ｒ₂内に開口して、これらを前記還流孔25，25を介し
て油タンクＴに開放する作用をなす。更に、残りの２つ
の環状室に夫々連通する貫通孔Ｓ₂，Ｓ₄の開口位置
は、スプール20の変位の如何に拘わらず、前記油室
Ｒ₁，Ｒ₂夫々の内部に常時開口する位置に設定してあ
る。

【００３６】前記貫通孔Ｓ₁，Ｓ₅の開口は、前記絞り
孔Ｓ₃の開口側と逆側において常に生じる。スプール20
が図６に示す位置にあり、絞り孔Ｓ₃が油室Ｒ₁内に開
口している場合、他方の油室Ｒ₂は、貫通孔Ｓ₅の開口
により油タンクＴに連通される一方、スプール20の変位
が図６と逆方向に生じ、該スプール20が逆位置にあって
絞り孔Ｓ₃が油室Ｒ₂内に開口した場合、貫通孔Ｓ₁の
開口により他方の油室Ｒ₁が油タンクＴに開放される。

【００３７】従って、スプール20が図６に示す位置にあ
る場合、中央のランドＬ₂の変位により前記絞り孔
Ｓ₃，Ｓ₃…が油室Ｒ₁側に開口した状態にあり、油圧
ポンプＰから供給されるブレーキ油圧Ｐ₀は、絞り孔Ｓ
₃，Ｓ₃…の通流に伴う減圧を経て油室Ｒ₁に導入さ
れ、貫通孔Ｓ₂、送油孔26及び送油管 18aを経て、作動
シリンダ10の制動側の作動油室 10aに作動油圧Ｐ_aとし
て送給される結果、作動ピストン 100の進出により、回
転軸11側及び内側ハウジング14側の制動板が相互に押し
付けられ、各制動板間に油膜を介して生じる摩擦抵抗に
よりブレーキ１は制動トルクを発生する。

【００３８】またこのとき、他方の油室Ｒ₂は、前記ラ
ンドＬ₃の変位により開口する貫通孔Ｓ₅と還流孔25と
を介して油タンクＴに開放された状態にあり、ブレーキ
１の制動動作により他方の作動油室 10bから排出される
作動油は、送油管 18b及び油圧制御弁２を経て油タンク
Ｔに速やかに戻り、制動ための作動ピストン 100の動作
は迅速に生じる。

【００３９】一方スプール20が図６に示す位置と逆位置
にある場合、ブレーキ油圧Ｐ₀は、絞り孔Ｓ₃，Ｓ₃…
の通流に伴う減圧を経て油室Ｒ₂に導入され、貫通孔Ｓ
₄、送油孔27及び送油管 18bを経て導出され、制動解除
側の作動油室 10bに作動油圧Ｐ_bとして送給される結
果、作動ピストン 100の退入によりブレーキ１は制動ト
ルクを解除する。この解除動作においても、他方の作動
油室 10aから排出される作動油は、送油管 18aを経て油
室Ｒ₁に戻り、該油室Ｒ₁に開口する貫通孔Ｓ₁を経て
油タンクＴに開放され、制動解除のための作動ピストン
100の動作も迅速に生じる。

【００４０】このような動作中、油圧制御弁２が発生す
る作動油圧Ｐ_a又はＰ_bは、絞り孔Ｓ₃の絞り面積に応
じて定まり、この絞り面積は、スプール20の軸長方向の
変位に対応し、スプール20の変位は、これの両側の操作
杆 23A,23Bを含んで一体的に構成されたリニアソレノイ
ド３，３の動作、具体的には、ソレノイドコイル31，31
への通電に応じて生じるから、前記作動油圧Ｐ_a又はＰ
_bは、ソレノイドコイル31，31の通電量の制御により自
在に調圧できる。ソレノイドコイル31，31への通電制御
は、後述するサーボアンプ５の動作により行われる。な
お、スプール20両側の操作杆 23A,23Bの端部に臨ませた
ねじ杆23，23は、リニアソレノイド３，３の故障時にお
ける手動操作を可能とするものである。

【００４１】このような調圧動作の間、油室Ｒ₁，Ｒ₂
の一方は、前記絞り孔Ｓ₃の開口により高圧となり、他
方は貫通孔Ｓ₁，Ｓ₅の開口により低圧となり、両室間
には圧力差が生じるが、油室Ｒ₁の内圧は、これの両側
壁となるランドＲ₂及びＲ₁の端面への作用により相殺
され、油室Ｒ₂の内圧は、同じくランドＲ₂及びＲ₃の
端面への作用により相殺される。即ち、スプール20の移
動のために必要な力は、前記戻しばね 22A,22Bのばね力
に抗するだけの力であればよく、ソレノイドコイル31，
31への大電流の通電は不要であり、また前記操作レバー
23の操作も問題なく行える。

【００４２】また、前述した調圧動作中、絞り孔Ｓ₃の
開口により油室Ｒ₁内にブレーキ１の作動油圧Ｐ_aが発
生しているとき、他方の油室Ｒ₂は油タンクＴへの開放
により低圧状態にあるから、送油孔26，27間を連通する
連通孔28内には、送油孔26側の逆止弁29を押し開け、ブ
レーキ１の制動用の作動油圧Ｐ_aが導入され、前記圧力
センサ４に作用する。逆に、絞り孔Ｓ₃が油室Ｒ₂内に
開口している場合、前記連通孔28内には、送油孔27側の
逆止弁29を押し開けてブレーキ１の制動解除用の作動油
圧Ｐ_bが導入され、前記圧力センサ４に作用する。

【００４３】圧力センサ４は、歪ゲージ、圧電素子等を
用いてなり、作用する圧力に応じた電圧又は電流出力を
発する公知の構成のものであればよく、前述の如く、作
動油圧Ｐ_a又はＰ_bに対応するこの出力は、油圧フィー
ドバック信号Ｅ_pとして、油圧制御弁２の動作制御のた
めのサーボアンプ５に与えられている。

【００４４】一方、図４において、作動油圧Ｐ_a又はＰ
_bの送給によりブレーキ１が発生する制動トルクは、該
ブレーキ１のハウジング12を揺動アーム13を介して支持
する支持杆40に作用する制動トルク相当荷重として、前
記ロードセル41により検出されており、この検出結果
は、トルクフィードバック信号Ｅ_bとして前記サーボア
ンプ５に与えられている。

【００４５】図８は本発明に係る負荷試験装置の制御系
のブロック線図である。基本的な制御機能である定トル
ク制御においては、前記目標トルクは、この大きさに対
応する電圧信号（トルク指令信号Ｅ_s）としてサーボア
ンプ５に与えられる。

【００４６】サーボアンプ５にはまた、ロードセル41に
より検出され、制動トルク相当荷重に対応するトルクフ
ィードバック信号Ｅ_bと、圧力センサ４により検出さ
れ、ブレーキ１の作動油圧Ｐ_a又はＰ_bに対応する油圧
フィードバック信号Ｅ_pとが夫々与えられており、サー
ボアンプ５は、これらの信号を後述の如く処理し、油圧
制御弁２に制御信号ｅを出力する動作をなす。

【００４７】サーボアンプ５の出力が与えられる油圧制
御弁２は、電荷重変換部32、慣性遅れ要素33及び圧力変
換部34に置き換えられる。電荷重変換部32は、サーボア
ンプ５から与えられる制御信号ｅをスプール20への作用
荷重Ｆに変換するものであり、油圧制御弁２の一側に一
体的に構成されたリニアソレノイド３に相当する。即
ち、サーボアンプ５から油圧制御弁２に与えられる制御
信号ｅは、比例感度Ｋ_aを有する電荷重変換部32として
表されるリニアソレノイド３を経て力（荷重）の次元に
変換され、スプール20に荷重Ｆが作用する。

【００４８】慣性遅れ要素33は、荷重Ｆの作用によりス
プール20が移動する際の抵抗に相当し、スプール20の質
量ｍ、スプール20と絞りスリーブ21との間にてダンパと
して作用する油の粘性に起因する速度抵抗係数η、及び
スプール20の両側に弾接する戻しばね 22A,22Bのばね定
数ｋを含む２次遅れの伝達関数を有し、スプール20への
作用荷重Ｆは、この慣性遅れ要素33を経て変位ｘに変換
され、この変位ｘは、油圧制御弁２からブレーキ１に至
る油圧管路を含み、ゲインＫ_pを有する一次遅れの伝達
関数を備えた圧力変換部34を経て作動油圧Ｐ_a又はＰ_b
（以下の説明では制動側の作動油圧Ｐ_aを用いる）に変
換され、ブレーキ１に送給される。この作動油圧Ｐ_aが
圧力センサ４により検出され、サーボアンプ５にフィー
ドバックされる。なお、圧力変換部34のゲインＫ_pは、
スプール20の変位ｘに対する作動油圧Ｐ_aの変化率を示
す圧力勾配係数である。

【００４９】以上の如く発生する作動油圧Ｐ_aの送給に
より制動トルクＴ_bを発生するブレーキ１は、図示の如
く、油圧力加算点35とトルク変換部36とに置き換えられ
る。ブレーキ１の作動シリンダ10に相当する油圧力加算
点35においては、油圧制御弁２から送給される作動油圧
Ｐ_aに、前記戻しばね 101,101…の付勢力を進出側油室
10aにおける受圧面積にて除して得られる等価ピストン
戻し圧力Ｐ_rが減算される。作動シリンダ10のピストン
100は、これの受圧面積に両圧力の差（Ｐ_a−Ｐ_r）を
乗じた力により制動板を押圧する。

【００５０】この押圧力は、比例感度Ｋ_cを有する比例
要素として表されるトルク変換部36を経て制動トルクＴ
_bに変換される。なお、トルク変換部36の比例感度Ｋ_c
は、前記ピストン 100の押圧力に対する制動トルクＴ_b
の変化率を示すブレーキ定数であり、このブレーキ定数
Ｋ_Cは、制動板の有効直径Ｄ_mと枚数Ｚ、各制動板間の
動摩擦係数μ、ピストン 100の受圧面積Ａ等、ブレーキ
１各部の寸法及びハウジング12の内部に封入された油の
粘性に依存する定数である。Ｔ_b＝Ｋ_c（Ｐ_a−Ｐ_r）（ kgf・cm） ∵ Ｋ_c＝μＺＤ_mＡ（cm³ ）

【００５１】以上の如く生じる制動トルクＴ_bは、揺動
アーム13の長さＬにて除された制動トルク相当荷重Ｆ_b
として、該揺動アーム13の支持部に介装されたロードセ
ル41により検出され、この検出結果は、フィードバック
アンプ37、絶対値回路38及びトルクスパン設定回路39を
経て制動トルク相当荷重Ｆ_bに対応するトルクフィード
バック信号Ｅ_bとなり、サーボアンプ５にフィードバッ
クされる。なおフィードバックアンプ37は、トルク指令
信号Ｅ_sに対応するレベルを有するトルクフィードバッ
ク信号Ｅ_bを得るべく、ロードセル41の出力を増幅する
固定増幅器であり、絶対値回路38は、ブレーキ１の回転
方向の相違によるロードセル41の負出力の正出力に転換
する回路であり、常に正であるトルク指令信号Ｅ_sとト
ルクフィードバック信号Ｅ_bとを対応づけるために必要
なものである。

【００５２】図９は、サーボアンプ５の内部構成を示す
ブロック線図である。図示の如くサーボアンプ５は、比
例感度Ｋ_eを有する比例要素70とゲインＫ_dを有する微
分要素71とを一対の加算器72，73間に並設してなるＰＤ
演算部（メジャーループ）７と、このＰＤ演算部７の出
力を減量補正する補正部（マイナーループ）８と、ゲイ
ンＫ₀を有する一次進みの伝達関数を備えた直列進み補
償要素９とを備えてなる。

【００５３】ＰＤ演算部７は、制御量を決定する主要部
分であり、サーボアンプ５に入力されるトルク指令信号
Ｅ_sは、ＰＤ演算部７の加算器72に与えられる。加算器
72にはまた、ブレーキ１が発生する制動トルクＴ_bに対
応するトルクフィードバック信号Ｅ_bがフィルタ74を介
して与えられており、該加算器72は、両者の偏差信号
（＝Ｅ_s−Ｅ_b）を比例要素70に出力する。該比例要素
70に並設された微分要素71には、トルクフィードバック
信号Ｅ_bが直接的に与えられており、両要素70，71の出
力側の加算器73により比例要素70の出力を微分要素71の
出力により減量補正するＰＤ演算が行われる。

【００５４】一方、サーボアンプ５に入力される圧力セ
ンサ４の検出結果、即ち、油圧制御弁２からブレーキ１
に与えられる作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bの検出結果は、ゲイン
Ｋ_hを有する増幅器51を経てトルク指令信号Ｅ_sに対応
するレベルの油圧フィードバック信号Ｅ_pに変換され
て、補正部８に与えられる。補正部８は、一対の加算器
80，81と微分要素82とを備えてなり、油圧フィードバッ
ク信号Ｅ_pは、フィルタ83を介して加算器80に与えら
れ、またゲインＫ_wを有する微分要素82により微分され
て加算器81に与えられている。

【００５５】前記加算器80にはまた、ＰＤ演算部７の出
力が与えられており、該加算器80においては、ＰＤ演算
部７の出力を減量補正する補正演算が行われ、この補正
出力は、ゲインＫ_Vを有する増幅器84により利得調整さ
れた後、他方の加算器81に入力されており、該加算器81
において、前記微分要素82の出力として与えられる油圧
フィードバック信号Ｅ_pの微分値により更に減量補正さ
れ、直列進み補償要素９に与えられる。直列進み補償要
素９は、補正部８の補正出力に一次の進みを付与した出
力を発し、この出力が油圧制御弁２の電荷重変換部31に
制御信号ｅとして与えられるようになっている。

【００５６】以上の如くサーボアンプ５においては、油
圧制御弁２の必要動作量が、ブレーキ１が発生中の制動
トルクＴ_bに対応するトルクフィードバック信号Ｅ_bと
トルク指令信号Ｅ_sとの偏差を入力とする比例要素70
と、前記トルクフィードバック信号Ｅ_bを入力とする微
分要素71とを備えたＰＤ演算部７でのＰＤ演算により決
定され、この演算値を、ブレーキ１に与えられる作動油
圧Ｐ_a又はＰ_bに対応する油圧フィードバック信号Ｅ_p
と、これの微分値とにより減量補正した制御信号ｅが油
圧制御弁２に与えられる。

【００５７】而して、トルク指令信号Ｅ_sが変更された
場合、この変更初期にサーボアンプ５は、比例要素70の
出力により急増する制御信号ｅを出力し、油圧制御弁２
の動作が急峻に生じ、作動油圧Ｐ_a又はＰ_bが急変し
て、この作動油圧Ｐ_a又はＰ_bの送給によりブレーキ１
が発生する制動トルクＴ_bは、前記トルク指令信号Ｅ_s
に対応する目標トルクに向けて急変する。

【００５８】一方、作動油圧Ｐ_a，Ｐ_bの急変により、
油圧フィードバック信号Ｅ_pが変化し、補正部８におい
てＰＤ演算部７の出力が減量補正されると共に、前記作
動油圧Ｐ_a，Ｐ_bの送給によるブレーキ１の制動トルク
Ｔ_bの変化により、トルクフィードバック信号Ｅ_bが急
変するから、ＰＤ演算部７の微分要素71の出力が大きく
なり、ＰＤ演算部７の出力自体が減量補正される結果、
油圧制御弁２に与えられる制御信号ｅの変化率は、前記
制動トルクＴ_bが目標トルクに接近する前に緩やかにな
り、ダンピングの最適化を達成でき、また有害なゼロク
ロスピークの発生を大幅に軽減することができて、ブレ
ーキ１が発生する制動トルクＴ_bは、目標トルクに速や
かに整定するようになる。この結果、トルク指令信号Ｅ
_sの変更初期における急峻な変化との相乗作用により、
所望の目標トルクに整定するまでの時間の大幅な短縮が
図れ、高い応答性が達成される。

【００５９】更に、サーボアンプ５が出力する制御信号
ｅは、ＰＤ演算部７及び補正部８の出力そのものではな
く、直列進み補償要素９を経ることにより、油圧制御弁
２のスプール20の移動速度に対応する一次の進みを付加
した信号となるから、油圧制御弁２からブレーキ１に至
る油圧配管系における一次の遅れ成分が吸収される。特
に、直列進み補償要素９の時定数Ｔ₀が圧力変換部34の
時定数Ｔに略等しく設定された場合、油圧配管系の一次
遅れは略完全に相殺され、この遅れに起因する応答性の
悪化を解消できる。

【００６０】本発明に係る負荷試験装置の制御系全体の
伝達関数Ｇ₂（＝Ｔ_b／Ｅ_s）は、前述の如く、直列進
み補償要素９の時定数Ｔ₀を圧力変換部34の時定数Ｔに
等しく設定し、油圧配管系における一時遅れを完全にキ
ャンセルした場合、次式に示す如く、図８及び図９中の
各値を含む二次の遅れ系となり、電荷重変換部32及び慣
性遅れ要素33として表される油圧制御弁２の伝達関数Ｇ
₁（＝Ｐ／ｅ′）に対応するものとなる。

【００６１】

【数１】

【００６２】

【数２】

【００６３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る負荷試験
装置においては、供試回転機に連動連結された油圧作動
型のブレーキに供給される作動油圧と、この作動油圧に
応じて発生する制動トルクとを検出し、夫々に対応する
油圧フィードバック信号とトルクフィードバック信号と
をサーボアンプにフィードバックして、目標トルクに対
応するトルク指令信号とトルクフィードバック信号との
偏差を用いたＰ演算値をトルクフィードバック信号の微
分演算値により補正するＰＤ演算により、前記ブレーキ
の作動油圧を調圧する油圧制御弁の必要動作量を求め、
更にこの結果を、油圧フィードバック信号とこれの微分
値とにより減量補正して得られる制御信号により油圧制
御弁を直接的に動作させるから、油圧制御弁の動作遅れ
に起因する制御系全体の応答性の低下を有効に解消で
き、目標トルクの変化に高応答に追随しての負荷試験が
可能となる。

【００６４】更には、サーボアンプからの制御信号を内
蔵スプールの移動力に変換する手段を一体的に備え、ま
た、作動油圧の検出手段を一体的に備える油圧制御弁の
構成により、機械系又は油圧系の動作遅れを可及的に減
じ、応答性の更なる向上を図ることができ、種々の負荷
条件下にて供試回転機の負荷特性を高精度にて求め得る
ようになる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る負荷試験装置の油圧回路の構成を
示す模式図である。

【図２】負荷トルクの発生手段である油圧作動型ブレー
キの縦断面図である。

【図３】図２の要部拡大図である。

【図４】油圧作動型ブレーキの右側面の外観を示す側面
図である。

【図５】本発明に係る負荷試験装置に用いられる油圧制
御弁の動作説明図である。

【図６】本発明に係る負荷試験装置に用いられる油圧制
御弁の動作説明図である。

【図７】図５の VII−VII 線による横断面図である。

【図８】本発明に係る負荷試験装置の制御系のブロック
線図である。

【図９】サーボアンプの内部構成を示すブロック線図で
ある。

【符号の説明】

１ブレーキ２油圧制御弁３リニアソレノイド４圧力センサ５サーボアンプ７ＰＤ演算部（メジャーループ）８補正部（マイナーループ） 10 作動シリンダ 20 スプール 21 絞りスリーブ 24 導圧孔 25 還流孔 27 送油孔 28 連通孔 29 逆止弁 30 コイルハウジング 31 ソレノイドコイル 41 ロードセル 71 微分要素 72 加算器 73 加算器 80 加算器 81 加算器 82 微分要素Ｅ_s トルク指令信号Ｅ_b トルクフィードバック信号Ｅ_p 油圧フィードバック信号Ｌ₁ ランドＬ₂ ランドＬ₃ ランドＳ₃ 絞り孔

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 3/00 G01M 19/00 G01M 17/00 G01M 13/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】供試回転機に連動連結された油圧作動型
のブレーキと、該ブレーキの作動油圧を内蔵スプールの
移動により調圧する油圧制御弁と、該作動油圧の送給に
より前記ブレーキが発生する制動トルクを所定の目標ト
ルクに維持すべく、前記油圧制御弁の動作を制御するサ
ーボアンプとを備え、前記供試回転機の負荷試験を種々
の負荷トルク下にて行うようにした負荷試験装置におい
て、前記作動油圧を検出する手段と、前記制動トルクを
検出する手段とを備え、前記サーボアンプは、前記目標
トルクに対応するトルク指令信号と前記制動トルクの検
出結果に対応するトルクフィードバック信号との偏差を
入力とする比例要素に、前記トルクフィードバック信号
を入力とする微分要素を並設してなるＰＤ演算部と、該
ＰＤ演算部の演算結果を、前記作動油圧の検出結果に対
応する油圧フィードバック信号とこれの微分値とにより
減量補正し、前記油圧制御弁の必要動作量を示す制御信
号を出力する補正部とを具備することを特徴とする負荷
試験装置。
【請求項２】前記油圧制御弁は、前記サーボアンプか
らの制御信号を前記内蔵スプールの移動力に変換する手
段を一体的に備える請求項１記載の負荷試験装置。
【請求項３】前記油圧制御弁は、前記作動油圧の検出
手段を一体的に備える請求項１又は請求項２記載の負荷
試験装置。