JPH0749504Y2 - 電動力応用教材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、電動力応用製品の作動とこの作動に必要な電
動機の電圧・電流・出力等との相関関係を視覚的に教習
させるようにした電動力応用教材に関する。

B.考案の概要 本考案は、任意の値の慣用モーメントを加える手段と任
意の値のトルクを負荷する手段とを電動機の回転軸に連
結すると共に、回転軸の回転運動を直線運動に変換する
機構及びこの変換された直線運動を視覚的に表示する手
段を設け、電動機を用いた電動力応用製品の動作を等価
的且つ視覚的に把握できるようにした教材である。

これらの手段・機構の動作の結果、電車等の電動力応用
製品の動きが容易に把握でき、教習の効果を高めること
ができる。

C.従来の技術 従来、学校等の教育機関では技術教習等を目的として電
車等の物理的等価的試験を行うための電動機を応用した
教材が用いられている。

このような教材は、電動機の回転軸に加わる慣性モーメ
ントや負荷トルクが変わった場合に、電動機に与えられ
る電流や電圧の変化と回転軸の回転状態の変化等とを観
察できるようにしている。

D.考案が解決しようとする課題 従来の教材は、電流計や電圧計あるいは回転検出器等で
電動機の運転状態を判断できる。

ところが、電動機に加わる慣性モーメントや負荷トルク
の変化に基づく電流や電圧あるいは回転軸の回転状態の
変化が具体的に電動力応用製品の作動状態にどのような
変化をもたらすかを観察することができなかった。

すなわち、従来の教材には電動力応用製品自身からの重
量や負荷を想定する手段及び電動力応用製品である例え
ば電車等のモデルを有していないため、電動力応用製品
の実際の動きが視覚的且つ等価的に把握理解できず教習
の効果が上らないという課題を有していた。

E.課題を解決するための手段 本考案による電動力応用教材は電動機の回転軸に連結さ
れてこの回転軸に加わる慣性モーメントを任意に変更し
得る慣性モーメント調整手段と、前記回転軸に連結され
て前記回転軸に負荷されるトルクを任意に変更し得るト
ルク調整手段と、前記回転軸に連結され且つ前記電動機
の回転運動を直線運動に変換する変換機構と、この変換
機構による前記直線運動に応じて移動する移動部材及び
この移動部材の移動位置を示す位置表示部材でなる直線
運動視覚化手段とを具備することを特徴とするものであ
る。

F.作用 電動機の回転軸が回転すると、慣性モーメント調整手段
が任意の大きさの慣性モーメントを回転軸に加えること
なり、また、トルク調整手段が任意の大きさの負荷トル
ク回転軸に負荷することとなる。

この際、回転軸に連結された変換機構が回転軸の回転運
動を直線運動に変換し、直線運動視覚化手段を介して、
この直線運動が視覚により認識される。

G.実施例 本考案に係る電動力応用教材の一実施例を第１図から第
４図に基づき説明する。第１図に示す本考案の電動力応
用教材の電動機である試験用のモータ１はトルクメータ
２を介して慣性モーメント調整手段5,トルク調整手段、
変換機構及び直線運動視覚化手段を有する作動表示装置
３に回転軸４で連結されている。

第２図に示す慣性モーメント調整手段５は相互に同一な
機構を具備する４つのブロック5a,5b,5c,5dから成り、
第２図上，左寄に位置し、第１のブロック5aの慣性モー
メントをなす鋼製のフライホイール７は回転軸４に軸受
7a及び支持部7cに取付けられた板ばね7bを介して相対回
転自在に設置されている。回転軸４フライホイール７に
近接した位置には円板状をしたロータ６が回転軸４と一
体回転するように設置されており、フライホイール７及
びロータ６を近接して挾むように環状にコイル8a,9aを
それぞれ収納したブレーキフィールドコア８及びクラッ
チフィールドコア９が作動表示装置３の本体3aに設置さ
れている。さらに、コイル8a,9aには通電可能なように
図示しない電源が接続されている。

すなわち、第１のブロック5aはフライホイール7,ロータ
6,ブレーキフィールドコア８及びクラッチフィールドコ
ア９等から構成されており、ブレーキフィールドコア８
のコイル8a及びクラッチフィールドコア９のコイル9aの
うちの何れか一方に選択的に通電することにより、電磁
力を応用してモータ１に選択的に慣性モーメントを加え
ることができる。

具体的にはクラッチフィールドコア９のコイル9aにのみ
通電するとロータ６を介してフライホイール７が吸引さ
れ、ロータ６に板ばね7bの曲りを介してフライホイール
７が瞬時に吸着される。このため、フライホイール７が
回転軸４と一体的に回転し、モータ１にフライホイール
７の質量及び形状に対応した大きさの慣性モーメントが
加わることとなる。これに対して、ブレーキフィールド
コア８のコイル8aにのみ通電するとブレーキフィールド
コア８に板ばね7bの曲りを介してフライホイール７が吸
着され、回転軸４に対してフライホイール７は軸受7aに
より相対回転する。このためモータ１には回転軸４及び
ロータ６等による小さな慣性モータメントのみが加わる
ことなる。

他の３つのブロック5b,5c,5dも同様の構造であり、同様
の作用をすることとなるが、第１のブロック5aのフライ
ホイール７の慣性モーメントの値の代用として用いるは
ずみ車効果（図面上GD²と表す）の値が１kgm²対して、
第２のブロック5bの図示しないフライホイールは２kg
m²，第３のブロック5cの図示しないフライホイールは４
kgm²，第４のブロック5dの図しないフライホイールは８
kgm²の値と本実施例ではなっている。従って４つのブロ
ック5a,5b,5c,5dのフライホイールを任意的に選択する
ことにより回転軸４に１kgm²から15kgm²までの間で１kg
m²きざみの値のはずみ車効果が回転軸４に加えられるこ
ととなる。

また、回転軸４の第２図上，左端には負荷トルクを回転
軸４に与えるトルク調整手段である電磁力を応用したパ
ウダブレーキ11が本体3aとの間に設置されている。つま
り、回転軸４の端部にはパウダブレーキ11の円筒状をし
たロータ12が固着されており、ロータ12の円筒面を内外
から挾むようにフィードコア13が本体3aに取付けられて
いる。さらに、ロータ12の円筒面の外周側と対向するフ
ィールドコア13の位置にはコイル13aが収納されると共
にフィールドコア13とロータ12の内周側との間には磁性
粉体が介装されている。さらに、コイル13aには通電可
能なように図示しない電源が接続されている。

従って、コイル13aに通電すると磁性粉体14がブラケッ
ト13とロータ12の対向面との間を連結して、瞬時に回転
軸４に負荷トルクを与えることとなる。また、負荷トル
クはコイル13aへ加える電流を調節することにより任意
の値とすることもできる。

以上により４つのブロック5a,5b,5c,5dとパウダブレー
キ11とが本実施例では回転軸４に連結しており、任意に
回転軸４に慣性モーメント及び負荷トルクを与えること
のできる構造となっている。

変換機構は第１図に示す作動表示装置３の前面側に位置
しており、回転軸４の回転に連動して作動可能な機構と
なっている。

すなわち、第３図及び第４図に示すように回転軸４とほ
ぼ平行となるように送りネジ軸21が位置しており、送り
ネジ軸21両端部が本体3aに軸受26a,26bを介して回転自
在に取付けられている。送りネジ軸21の一端側にはクラ
ッチ25を有する減速プーリ26cが装着されており、減速
プーリ26cと回転軸４と一体に設けた駆動プーリ26とに
は無端レベルト26dが巻きつけられている。前記クラッ
チ25は減速プーリ26dを送りネジ軸21と一体回転させる
か、或いは送りネジ軸21に対して相対回転可能にするか
を必要に応じて切換えられるようにしたものである。従
って、クラッチ25の接続状態では回転軸４と送りネジ軸
21とが一体的に回転し、開放状態では送りネジ軸21へは
回転が伝達されず、送りネジ軸21は停止した状態とな
る。

また、送りネジ軸21の軸受26a,26bの間の外周には雄ね
じ部21aが形成されており、送りネジ軸21には雄ねじ21a
と螺合して送りネジ軸21との間でねじ対偶をなすように
回り止めされたナット部22が摺動自在に設置されてい
る。

さらに、作動表示装置３の前面側には送りネジ軸21とほ
ぼ平行になるように距離目盛を有する位置確認用のスケ
ール23が設定されると共に、ナット部22にはスケール23
の距離目盛をさし示しスケール23とで直線運動視覚化手
段を構成する指針22aが固定されている。従って、送り
ネジ軸21が回転するとナット部22が送りネジ軸21上を移
動すると共にスケール23上のナット部22の現在位置が指
針22aで示されることとなる。

また、送りネジ軸21は前記クラッチ25を貫通して第３図
上，右側に伸びており、この伸びた位置には角度計24が
回転軸４の回転状態を示すように設定されている。

以上より、クラッチ25を接続した状態でモータ１の回転
軸４が回転すると、プーリ26を介して送りネジ軸21に回
転が伝達されて送りネジ軸21が回転し、指針22a及び角
度計24によりモータ１の回転数や、回転状態が把握され
ることとなる。

すなわち、モータ１の回転数や回転角が角度計24により
表示されるのみならずスケール23上を左右に移動する指
針22aによって直線運動の形に表示されることとなる。

この際、慣性モーメント調整手段による慣性モーメント
及びトルク調整手段による負荷トルクを任意に設定する
ことにより、これら慣性モーメント及び負荷トルクが、
モータ１に与えられた電気のエネルギを吸収・蓄積・排
出等する状態となり、モータ１の単位時間当りの回転数
Ｎを変動する現象が発生する。従って、指針22a,角度計
24さらには４つのブロック5a,5b,5c,5d,回転軸４によ
り、この現象を視覚的に把握できることとなる。

以上の構成の電動力応用教材を用いて電動力応用製品を
等価的に置換えシミュレートすることにより、ある製品
には何kwの出力を有する電動機が必要であるかをも視覚
的に学ぶことが可能となる。例えば、本教材のモータ１
を電車の走行のために用いられている電動機と規定する
と共に、慣性モーメント調整手段５を電車重量と電車に
乗車している乗客の重量とを加えたものによる慣性モー
メントと想定し、トルク調整手段をレールと電車と車輪
との間の摩擦抵抗からの損失，電車の空気抵抗からの損
失等の走行抵抗による負荷トルクと想定すれば指針22a
が電車を表すこととなり、電車に必要な電動機が等価的
に判断できるという効果を有する。

すなわち、スケール23をさし示す指針22aを電車と見立
てることにより、電車の起動・停止及び加速等に要する
走行距離及びその際に要する時間等を実測観察でき、電
車に必要な電動機の出力が判断可能となる。

また、応用製品を電車等の直線的に運動する機器の代り
にポンプ，ブロワ等を想定することもできる。この場合
は慣性モーメント調整手段及びトルク調整手段により負
荷を加えるのは同様であるが、角度計24,4つのブロック
5a,5b,5c,5d及び回転軸等の回転により、その起動等の
際の電動機の作動を実測観察可能とすることとした。

尚、第１図に示すように回転軸４に図示しない回転検出
器及びモータ１に図示しない温度検出器をそれぞれ取付
けることにより、前記のトルクメータ２と合わせて、XY
レコーダで回転軸４に加えられているトルクＴと回転軸
４の回転数Ｎの関係とを表示したり、ペンレコーダによ
りトルクＴと経過時間ｔとの関係若しくは回転数Ｎと経
過時間ｔとの関係を表示したりすることができる。さら
に、回転軸４の回転及び回転軸４に加わる負荷等からの
モータ１の発熱によるモータフレームの温度上昇も合わ
せて記録温度計に表示することができる。

従って、これらの表示により、例えば、前記電車の起動
・停止及び加速等の際の種々の特性も視覚的に確認でき
るので本教材の教習効果をより一層高めることができ
る。

さらに、本教材を応用した具体例としては第５図に示す
ようなものが考えられる。

この具体例の試験のための駆動用モータ１にはモータ制
御盤33及びシーケンサ32を介してコンピュータ31から、
モータ１の正転・逆転・始動・停止及び回転トルク・回
転数の指令がされる。この際に、コンピュータ31はシー
ケンサ32を介し慣性モーメントを加えるGD²群である慣
性モーメント調整手段５の４つのブロック及び負荷トル
ク発生部であるパウダブレーキ11により慣性モーメント
及び負荷トルクを調節し、モータ１への負荷等を任意に
調節する。同様にコンピュータ31がシーケンサ32を介し
てクラッチ25の連結を指示すると指針22a及び角度計24
が移動及び回転することとなる。

従って、モータ１の作動が視覚的に認識可能となり、教
習効果が向上する他に、トルクメータ2,モータ１に取付
けた温度検出器，角度計24に取付けた角度検出器，スケ
ール23に取付けた位置検出器からのそれぞれの信号をコ
ンピュータ31に取入れることによって、これら検出器か
らのデータを図示しないディスプレイ上に表示すること
若しくはこれらのデータに基づきモータ１のフィードバ
ック制御を行うこともできる。

本実施例では慣性モーメント調整手段をコイルを設置し
た電磁的なクラッチ，ブレーキを用いたものとしたが他
の周知な瞬時に負荷を加えたり、除いたりできるもので
あればよく、また、ブレーキを有さないこととしてもよ
い。慣性モーメント調整手段のブロックの数も４つ限定
するものではない。トルク調整手段も電磁力を応用した
パウダブレーキを用いたが他の周知な例えば、直流・交
流発電機等を応用した瞬時に負荷トルクを変化できるも
のであればよい。

さらに、本実施例の角度計24及び送りネジ軸21は一体に
作動する構造となっているが、角度計と送りネジとを一
体的な構造とせずにそれぞれ別個にクラッチを介して回
転軸４に連結することもできる。この場合、電車を想定
した時は送りネジ軸のみを連結し指針を移動することと
し、ポンプ，ブロワ等を想定した時は角度計のみを連結
し角度計を回転することとすることもできる。

また、本実施例の４つのブロック5a,5b,5c,5dのはずみ
車効果の値を１kgm²,2kgm²,4kgm²,8kgm²としたが、試験
するモータに合せて例えば、0.1kgm²きざみではずみ車
効果の値を変更できるように0.1kgm²,0.2kgm²,0.4kgm²,
0.8kgm²の値を有する４つのブロックに代用することが
できる。さらに、モータ及び試験の内容に合せて他の大
きさを有するものとしてもよい。

尚、モータ１は教習の目的に合わせて、あるいは必要と
する電動機の出力を確認する等のため他のモータと交換
可能となっており、モータ１及びトルクメータ２の他に
発電機を回転軸４と同軸状に設置することもできる。

直線運動視覚化手段を本実施例ではスケール23と指針22
aとで構成することとしたが、代りにペンレコーダ等の
周知のものとすることもできる。

H.考案の効果 本考案の電動力応用教材によれば、多様化した機器を等
価的に置換えることにより等価試験が可能となる。

例えば、電車，ポンプ，ブロワ等の電動力応用製品に用
いられる電動機の回転運動が、変換機構により直線運動
に変換され、更に直線運動視覚化手段により前記直線運
動が視覚的に表されるため、この直線運動を観察するこ
とにより、電動機の動き、ひいては電動力応用製品の動
きを視覚を通して把握することができることとなる。

このため教習の効果が向上し、さらには、技術革新のめ
ざましい電動機制御技術の分野における電動力応用製品
に対応していかなる電動機を選定すべきかを学ぶことも
でき、メカトロニクスに対応できる技術者を養成をする
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる電動力応用教材の斜視図、第２
図は本考案にかかる電動力応用教材の慣性モーメント調
整手段及びトルク調整手段の断面図、第３図は本考案に
かかる電動力応用教材の概念図、第４図は本考案にかか
る電動力応用教材の変換機構の平面図、第５図は本考案
にかかる電動力応用教材を用いた教材のブロック図であ
る。 図面中、 １はモータ、２はトルクメータ、３は作動表示装置、５
は慣性モーメント調整手段、5a,5b,5c,5dはブロック、1
1はパウダブレーキ、21は送りネジ軸、22はナット部、2
3はスケール、24は角度計である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 南保 敏夫 東京都品川区大崎３丁目７番９号 明電エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 実公 昭58−53572（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の回転軸に連結されてこの回転軸に
   加わる慣性モーメントを任意に変更し得る慣性モーメン
   ト調整手段と、前記回転軸に連結されて前記回転軸に負
   荷されるトルクを任意に変更し得るトルク調整手段と、
   前記回転軸に連結され且つ前記電動機の回転運動を直線
   運動に変換する変換機構と、この変換機構による前記直
   線運動に応じて移動する移動部材及びこの移動部材の移
   動位置を示す位置表示部材でなる直線運動視覚化手段と
   を具備することを特徴とする電動力応用教材。