(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーター特性が既知である負荷モーターと、
前記負荷モーターのローターと被測定モーターのローターとを接続するカップリングと、
前記被測定モーターを無負荷状態で回転させる負荷モーター制御部と、
無負荷状態の前記被測定モーターの回転数と電流とを測定し、前記負荷モーターを前記回転数で回転させるための順方向電流を算出し、前記負荷モーターが前記被測定モーターに与える負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、
前記順方向電流以下の電流を印加することにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として前記負荷トルクが前記負荷モーターに与えられたときの前記被測定モーターの電流と回転数とを測定する測定部と、
前記負荷トルクと前記被測定モーターの電流と回転数とを用いて、前記被測定モーターに掛かる負荷トルクを算出し、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出し、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を取得する特性取得部と、
を有する電気機械装置の特性測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置の特性測定装置において、さらに、
前記負荷モーターに対して外部より電流を印加せずに誘導電流を発生させることにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定し、
前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、電気機械装置の特性測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気機械装置の特性測定装置において、さらに、
前記負荷モーターに対して前記被測定モーターと逆方向に回転させるようとするトルクを生じさせる逆駆動電流を印加することにより、前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷トルクの発生装置として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定し、
前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、電気機械装置の特性測定装置。
【請求項４】
モーター特性が既知である負荷モーターを用いて被測定モーターの特性を測定する測定方法であって、
（ａ）前記被測定モーターを無負荷状態で回転させて、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、
（ｂ）前記負荷モーターを前記回転数で回転させるための順方向電流を算出する工程と、（ｃ）前記負荷モーターと前記被測定モーターとを連結し、前記負荷モーターに対して前記順方向電流以下の電流を印加することにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、
（ｄ）前記工程（ａ）及び前記工程（ｃ）の測定結果を用いて、前記被測定モーターに掛かる負荷トルクを算出し、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する工程と、 を備える、測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の測定方法において、さらに、
（ｅ）前記負荷モーターに対して外部より電流を印加せずに誘導電流を発生させることにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程、
を備え、
前記工程（ｄ）において、前記工程（ｅ）の測定結果も用いて、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、測定方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の測定方法において、さらに、
（ｆ）前記負荷モーターに対して前記被測定モーターと逆方向に回転させるようとするトルクを生じさせる逆駆動電流を印加することにより、前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷トルクの発生装置として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程、 を備え、
前記工程（ｄ）において、前記工程（ｆ）の測定結果も用いて、前記被測定モーターの
トルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置の特性測定装置、測定方法、及び電気機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定装置内のねじれ部材のねじれを用いて回転体のトルクを測定する装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３０３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ねじれ部材のねじれ特性の動作領域が狭いため、トルクの大きさに応じて、複数のねじれ部材を使い分ける、または、複数の測定装置を使う必要があった。かかる場合において測定領域の一部が重なる場合、その重なる領域において、それぞれの測定結果が一致しない場合もあった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、電気機械装置のトルクやその他の特性を簡便に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
モーター特性が既知である負荷モーターを用いて被測定モーターの特性を測定する測定方法であって、（ａ）前記被測定モーターを無負荷状態で回転させて、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、（ｂ）前記負荷モーターを前記回転数で回転させるための順方向電流を算出する工程と、（ｃ）前記負荷モーターと前記被測定モーターとを連結し、前記負荷モーターに対して前記順方向電流以下の電流を印加することにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、（ｄ）前記工程（ａ）及び前記工程（ｃ）の測定結果を用いて、前記被測定モーターに掛かる負荷トルクを算出し、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する工程と、を備える測定方法。
この適用例によれば、負荷モーターを被測定モーターの負荷として機能させることができ、その負荷の大きさを負荷モーターの回転数、電流により容易に算出することができるので、被測定モーターの特性を容易に取得することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の測定方法において、さらに、（ｅ）前記負荷モーターに対して外部より電流を印加せずに誘導電流を発生させることにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程、を備え、前記工程（ｄ）において、前記工程（ｅ）の測定結果も用いて、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、測定方法。
この適用例によれば、被測定モーターに対し、より大きな負荷を与えることが出来る。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の測定方法において、さらに、（ｆ）前記負荷モーターに対して前記被測定モーターと逆方向に回転させるようとするトルクを生じさせる逆駆動電流を印加することにより、前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷トルクの発生装置として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程、を備え、前記工程（ｄ）において、前記工程（ｆ）の測定結果も用いて、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する、測定方法。
この適用例によれば、被測定モーターに対し、さらに大きな負荷を与えることが出来る。
【００１０】
［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれか一つの適用例に記載の測定方法において、前記無負荷モーターはコアレスモーターである、測定方法。
この適用例によれば、負荷モーターがコアレスモーターで、鉄損が発生しにくいので、被測定モーターに与える負荷において、負荷モーターの鉄損失を考慮する必要がない。
【００１１】
［適用例５］
適用例１から適用例４のいずれか一つの適用例に記載の測定方法において、前記負荷モーターは、ブラシレスコアレスモーターである、測定方法。
この適用例によれば、ブラシ損失の経年変化による影響を抑制できる。
【００１２】
［適用例６］
電動モーターの特性測定装置であって、モーター特性が既知である負荷モーターと、前記負荷モーターと被測定モーターのローターとを接続するカップリングと、前記被測定モーターに負荷トルクを与えるために、前記負荷モーターの動作を制御する負荷モーター制御部と、前記負荷モーターの回転数と、前記負荷モーターに流れる電流とから、前記負荷モーターが前記被測定モーターに与える負荷トルクを算出する負荷トルク算出部と、前記負荷トルクが前記負荷モーターに与えられたときの前記被測定モーターの電流と回転数とを測定する測定部と、前記負荷トルクと前記被測定モーターの電流と回転数とを用いて前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を取得する特性取得部と、を備え、（ａ）前記被測定モーターを無負荷状態で回転させて、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、（ｂ）前記負荷モーターを前記回転数で回転させるための順方向電流を算出する工程と、（ｃ）前記負荷モーターと前記被測定モーターとを連結し、前記負荷モーターに対して前記順方向電流以下の電流を印加することにより前記負荷モーターを前記被測定モーターに対する負荷として機能させた状態で、前記被測定モーターの回転数と電流とを測定する工程と、（ｄ）前記工程（ａ）及び前記工程（ｃ）の測定結果を用いて、前記被測定モーターに掛かる負荷トルクを算出し、前記被測定モーターのトルク−回転数特性と、トルク−電流特性と、を算出する工程と、を実行する特性測定装置。
この適用例によれば、被測定モーターに直結した負荷モーターにより、被測定モーターに掛かる負荷トルクを設定するので、被測定モーターのトルク−電流特性、トルク−回転数特性を容易に測定することができる。
【００１３】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電動モーターの特性測定方法の他、電動モーターの特性測定装置等様々な形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電動モーターの特性測定システムの構成を示す説明図である。
【図２】本実施例のフローチャートを示す説明図である。
【図３】負荷モーターの特性を示す説明図である。
【図４】負荷モーターの無負荷状態における回転数と電流の関係を示す説明図である。
【図５】被測定モーターを負荷モーターと分離した状態で、無負荷回転数で回転させたときの特性を示す説明図である。
【図６】負荷モーターと被測定モーターとを直結して、両モーターを被測定モーターの無負荷回転数で回転させたときの各モーターの特性を示す説明図である。
【図７】負荷モーターに流す相殺電流をステップＳ２２０の相殺電流よりも下げたときの各モーターの特性を示す説明図である。
【図８】負荷モーターに回生電流または逆駆動電流を流したときの各モーターの特性を示す説明図である。
【図９】負荷モーターに流す電流をステップＳ２２０の相殺電流よりも下げたときの負荷モーターのトルク−電流特性を示す説明図である。
【図１０】図９の領域Ａにおける電流制御を示す説明図である。
【図１１】図９の領域Ｂにおける電流制御を示す説明図である。
【図１２】図９の領域Ｃにおける電流制御を示す説明図である。
【図１３】負荷モーターの電流制御の等価回路を示す説明図である。
【図１４】被測定モーターに与える負荷の例を示す説明図である。
【図１５】既存のトルク測定装置を用いて測定した被測定モーターのトルク−電流特性を示す説明図である。
【図１６】同じ被測定モーターを本実施例の方法で測定したときのトルク−電流特性を示す説明図である。
【図１７】被測定モーターの各種特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、電動モーターの特性測定システムの構成を示す説明図である。電動モーターの特性測定システム１０００は、被測定モーター部１１００と負荷モーター部１２００と、計測用コンピュータ（計測ＰＣ）１３００と、を備える。被測定モーター部１１００は、被測定モーター１０と、エンコーダー４０と、被測定モーターＰＷＭ制御・駆動部１００と、ＰＷＭ比・極性指令部１１０と、被測定モーター用電源１２０と、電圧計１３０と、電流計１４０と、を備える。負荷モーター部１２００は、負荷モーター２０と、エンコーダー５０と、負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００と、定電流制御部２１０と、電源部２２０と、を備える。エンコーダー４０と、エンコーダー５０には、回転数計測部２３０が接続されている。被測定モーター１０と、負荷モーター２０とは、必要に応じてカップリング３０により接続される。
【００１６】
計測用コンピュータ１３００は、被測定モーターＰＷＭ制御・駆動部１００と、ＰＷＭ比・極性指令部１１０と、被測定モーター用電源１２０と、電圧計１３０と、電流計１４０と、負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００と、定電流制御部２１０と、電源部２２０と、回転数計測部２３０と、に接続されており、測定において、被測定モーター１０と、負荷モーター２０との動作を制御すると共に、被測定モーター１０と、負荷モーター２０とから、電圧、電流、回転数のデータを取得する。
【００１７】
被測定モーター１０は、測定対象のモーターである。計測用コンピュータ１３００は、ＰＷＭ比・極性指令部１１０に対して被測定モーター１０の動作を指示する。また、計測用コンピュータ１３００は、後述するように、被測定モーター１０や負荷モーター２０の回転数から負荷モーター２０に供給し、あるいは回生する電流量を算出し、さらにその電流量から被測定モーター１０に掛かる負荷トルクを算出する演算を実行する。ＰＷＭ比・極性指令部１１０は、被測定モーターＰＷＭ制御・駆動部１００に対して被測定モーター１０を駆動させる。被測定モーター用電源１２０は、被測定モーター１０の電源として機能する。電圧計１３０は、被測定モーター１０に印加される電圧を測定し、電流計１４０は、被測定モーター１０に流れる電流を測定する。エンコーダー４０は、被測定モーター１０の回転数を計測するために用いられる。なお、エンコーダー４０の代わりに回転数計を用いてもよく、また、被測定モーター１０が、電気角制御に用いるための位置センサーを有している場合には、この位置センサーを用いて被測定モーター１０の回転数を計測しても良い。
【００１８】
負荷モーター２０は、被測定モーター１０に負荷トルクを与える。負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００は、負荷モーター２０を駆動し、あるいは、回生により制動させる。定電流制御部２１０は、負荷モーター２０に所定の定電流を供給制御または受給制御する。なお、この定電流の値は、被測定モーター１０に対して与える負荷に応じて定まる。電源部２２０は、負荷モーター２０に与える電流の電流源として機能する。
【００１９】
なお、負荷モーター２０としては、鉄損失が極小のコアレスＤＣモーターを用いることが好ましい。また、制御性の容易なブラシ付コアレスＤＣモーターでも好ましく、本願の説明はこのブラシ付コアレスモーターをコアレスＤＣモーターとして説明する。ただし、負荷モーター２０としては、被測定モーター１０に与える負荷トルクを算出できれば、ブラシレスコアレスＤＣモーターの方がブラシ損失の経時変化を考慮することなく適している。
【００２０】
図２は、本実施例のフローチャートを示す説明図である。本実施例では、負荷モーター２０の特性は既知である。フローチャートを説明する前に、負荷モーター２０の特性について説明する。
【００２１】
図３は、負荷モーターの特性を示す説明図である。図３では、負荷モーター２０のトルク−回転数特性（Ｔ−Ｎ特性）と、トルク−電流特性（Ｔ−Ｉ特性）とを示している。負荷トルクＴＬがゼロ、すなわち、負荷モーター２０に何も接続せずに負荷モーターを回転させたときの回転数を無負荷回転数ＮＬｎｌと呼び、そのときの電流を無負荷電流ＩＬｎｌと呼ぶ。また、負荷トルクＴＬを大きくし、負荷モーター２０の回転数がゼロになったときの負荷トルクを始動トルクと呼ぶ。始動トルクは最も大きなトルクであるので、最大トルクＴＬｍａｘとも呼ぶ。また、始動トルクにおける電流を始動電流と呼ぶ。始動電流は、最も大きな電流であるので、最大電流ＩＬｍａｘとも呼ぶ。
【００２２】
負荷トルクＴＬがゼロよりも小さい領域は、負荷モーター２０単独では動作できない領域である。ここで、トルク−電流特性を示す線（トルク−電流特性線）を低トルク側（低電流側）に延長する。本実施例では、電流をゼロとしたときの負荷トルクを無負荷損トルクＴＬＬと呼ぶ。この無負荷損トルクＴＬＬは、負荷モーターの機械損失と鉄損失の和に起因する。この負荷モーター２０をブラシレス、コアレスにすることで、機械損失と鉄損失の和を小さくし、極限に小さい無負荷損トルクＴＬＬを有する損失特性とすることも出来る。
【００２３】
なお、無負荷損トルクＴＬＬの大きさは、下記に示す式（１）を用いて算出することが出来る。ここで、係数ＫＬｔはトルク定数である。
【数１】
0005724335.tif 000002
【００２４】
図４は、負荷モーターの無負荷状態における回転数と電流の関係を示す説明図である。負荷モーター２０では、無負荷における回転数ＮＬｎｌが決まれば、その回転数ＮＬｎｌで負荷モーター２０を回転させるために必要な電流ＩＬｎｌが決まる。すなわち、
【数２】
0005724335.tif 000003
の関係がある。
ここでＫＬＩ（Ｘ）は、以下の近似式（３）で示すことができる。
【数３】
0005724335.tif 000004
なお近似式として、本実施例では２次の近似式を用いたが、３次以上の高次の近似式を用いてもよい。無負荷状態における回転数ＮＬｎｌと電流ＩＬｎｌとの間には、上記の関係があることから、負荷モーター２０に対し、無負荷状態で電流ＩＬｎｌと同じ量の電流を流すことにより、負荷モーター２０を無負荷回転数ＮＬｎｌと同じ回転数で回転させることが出来る。
【００２５】
図２のステップＳ２００では、被測定モーター１０を無負荷状態で駆動させ、被測定モーター１０の回転数（無負荷回転数ＮＭｎｌ）と電流（無負荷電流ＩＭｎｌ）とを測定する。ステップＳ２１０では、図４あるいは、式（２）を用いて、ステップＳ２００で測定した被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌと同じ回転数で無負荷状態の負荷モーター２０を回転させるために必要な電流を算出する。本実施例では、この電流を「相殺電流」と呼ぶ。すなわち、相殺電流を順方向に流すことにより負荷モーター２０を駆動し、その駆動力を用いて負荷モーター２０が有する機械損失を相殺することができる。ここで、順方向とは、負荷モーター２０に対し、被測定モーター１０と同方向に回転させようとする力を与えるときの電流の向きである。
【００２６】
ステップＳ２２０では、被測定モーター１０と負荷モーター２０とを接続する。そして、被測定モーター１０をステップＳ２００と同じ駆動電圧、駆動電流で回転させ、負荷モーター２０に対しステップＳ２１０で算出した相殺電流を順方向に供給し、負荷モーター２０を駆動する。上述したように、負荷モーター２０は、被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＬｎｌと同じ回転数で回転する。この場合、被測定モーター１０は、負荷モーター２０から負荷を受けない。
【００２７】
次に、ステップＳ２３０では、負荷モーター２０の順方向の相殺電流を少なくしていき、このときの被測定モーター１０の回転数と電流を測定する。このとき、相殺電流を少なくしていくと、負荷モーター２０は、負荷モーター２０自身の機械損失を相殺していた駆動力が少なくなる。その結果、（機械損失−駆動力）に相当する負荷トルクが、被測定モーター１０に掛かる。このときの被測定モーターが受ける負荷トルクの大きさは、負荷モーター２０の相殺電流の大きさ、回転数（測定された被測定モーター１０の回転数と同じ回転数）及び負荷モーター２０の既知のモーター特性（図３、図４）により容易に算出することができる。具体的な算出方法については後述する。
【００２８】
ステップＳ２４０では、さらに、負荷モーター２０の機械損失を相殺するために供給している相殺電流の量を減らし、負荷モーター２０に流す相殺電流の量をゼロ（コイル開放状態）として負荷モーター２０の機械損失のみを掛けた状態にする。すなわち、相殺電流がゼロのため、ステップＳ２３０の駆動力がゼロとなる。このときの被測定モーターが受ける負荷トルクの大きさは、負荷モーター２０の回転数（測定された被測定モーター１０の回転数と同じ回転数）及び負荷モーター２０の既知のモーター特性（図３、図４）により容易に算出することができる。具体的な算出方法については後述する。
【００２９】
ステップＳ２５０では、更に負荷モーター２０からの回生電力を用いて回生電流を定電流制御部２１０により流し、回生電流が最大となる状態（コイル短絡状態）まで変化させ、制動を掛けることにより、さらに大きな負荷トルクを被測定モーター１０に掛けることができる。このときの回生電流の向きは、上述した相殺電流の向きとは反対であり、逆方向である。この制動を掛けた状態で、被測定モーター１０の回転数と電流を測定する。このとき、被測定モーター１０は、（負荷モーター２０の機械損失＋回生による制動力）に相当する負荷トルクを受ける。ここで、負荷モーター２０の機械損失は、上記と同様に、負荷モーター２０の回転数に依存し、回生による制動力は、回生電流の大きさに依存する。すなわち、被測定モーターに掛かる負荷トルクの大きさは、負荷モーター２０の回生電流の大きさ、回転数（測定された被測定モーター１０の回転数と同じ回転数）及び負荷モーター２０の既知のモーター特性（図３、図４）により容易に算出することができる。具体的な算出方法については後述する。なお、回生電流は、消費されるか、あるいは、二次電池（図示せず）に回収される。また、回生電流がゼロのときは、回生による制動力がゼロとなるため、被測定モーター１０が受ける負荷トルクは、上述したステップＳ２４０における負荷トルクと同じである。
【００３０】
次いで、ステップＳ２６０では、負荷モーター２０に相殺電流の向きと逆向きの電流（逆駆動電流）を流すことにより、さらに大きな負荷トルクを被測定モーター１０に掛ける。この負荷トルクを掛けた状態で、被測定モーター１０の回転数と電流を測定する。このときの被測定モーター１０は、（負荷モーター２０の機械損失＋負荷モーター２０の逆駆動力）に相当する負荷トルクを受ける。ここで、負荷モーター２０の機械損失は、上記と同様に、負荷モーター２０の回転数に依存し、負荷モーターの逆駆動力は、逆駆動電流の大きさに依存する。すなわち、被測定モーターに掛かる負荷の大きさは、負荷モーター２０の逆駆動電流の大きさ、回転数（測定された被測定モーター１０の回転数と同じ回転数）及び負荷モーター２０の既知のモーター特性（図３、図４）により容易に算出することができる。具体的な算出方法については後述する。そして、被測定モーター１０は、被測定モーター１０の始動トルクと同じ大きさの負荷トルクを被測定モーター１０の回転方向と逆向きに受けたとき、回転数がゼロとなり回転を停止する。
【００３１】
ステップＳ２７０では、ステップＳ２００からステップＳ２６０で測定した被測定モーター１０の回転数と電流及び被測定モーター１０が負荷モーター２０から受ける負荷トルクを用いて、被測定モーター１０のトルク−回転数特性、トルク−電流特性を算出する。ここで、ステップＳ２００からステップＳ２６０の測定結果のうち、少なくとも一部を用いて被測定モーター１０のトルク−回転数特性、トルク−電流特性を算出してもよい。一般に、コアレスＤＣモーターでは、トルク−回転数特性、トルク−電流特性は直線になるので、内挿、外挿が可能である。
【００３２】
図５は、被測定モーター１０を負荷モーター２０と分離した状態で、無負荷回転数で回転させたときの特性を示す説明図である。図５は、図２のステップＳ２００の状態を示す。この状態で判るのは、被測定モーター１０の無負荷状態における無負荷回転数ＮＭｎｌと、無負荷電流ＩＭｎｌである。なお、被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌは、負荷モーター２０とは直結されていないため、被測定モーター１０の無負荷特性となる。破線で示した被測定モーター１０のＴ−Ｎ特性、Ｔ−Ｉ特性は、この状態では不明である。しかし、後述するように、以後の測定により負荷モーター２０から被測定モーター１０に負荷トルクＴＭを掛け、そのときの回転数及び電流を測定することにより、被測定モーター１０のＴ−Ｎ特性、Ｔ−Ｉ特性を求めることが可能である。ここで、被測定モーター２０の回転数と電流は、それぞれ回転数計測部２３０と電流計１４０（図１）により直接測定される。また、負荷トルクＴＭの大きさは、負荷モーター２０の回転数及び負荷モーター２０の電流（相殺電流、回生電流、逆駆動電流）を用いて算出することができる。
【００３３】
次に、負荷モーター２０を被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌで回転させるために必要な電流（相殺電流）を算出する。すなわち、図２のステップＳ２１０の工程を実行する。具体的には、計測用コンピュータ１３００は、回転数計測部２３０から被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌを取得すると、図４または式（３）を用いて、負荷モーター２０を被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌと同じ回転数で回転させるために必要な電流ＩＬｎｌ（相殺電流）を算出する。
【００３４】
図６は、負荷モーター２０と被測定モーター１０とを直結して、両モーターを被測定モーター１０の無負荷回転数で回転させたときの各モーターの特性を示す説明図である。すなわち、図６は、図２のステップＳ２２０の状態を示す。この状態では、定電流制御部２１０（図１）は負荷モーター２０に対し、順方向の電流ＩＬｎｌ（相殺電流）を供給しており、負荷モーター２０は、回転数ＮＬｎｌで回転する。ここで負荷モーター２０の回転数ＮＬｎｌは、被測定モーター１０の無負荷回転数ＮＭｎｌと同じ回転数である。ここで、被測定モーター１０と負荷モーター２０とは、同じ回転数で回転するため、被測定モーター１０は、負荷モーター２０から負荷を受けず、負荷モーター２０は、被測定モーター１０から負荷を受けない。このときの動作点は、被測定モーター１０については、負荷トルクＴＭがゼロ、回転数がＮＭｎｌ、電流がＩＭｎｌである。また、負荷モーター２０については、負荷トルクＴＬがゼロ、回転数がＮＬｎｌ、電流がＩＬｎｌである。
【００３５】
図７は、負荷モーター２０に流す相殺電流をステップＳ２２０の相殺電流ＩＬｎｌよりも下げたときの各モーターの特性を示す説明図である。すなわち、図６は、図２のステップＳ２３０からステップＳ２４０までの状態を示す。負荷モーター２０に流す相殺電流をステップＳ２２０の相殺電流ＩＬｎｌよりも下げると、下げた分、負荷モーターの機械損失を相殺する駆動力が失われるため、負荷モーター２０は、被測定モーター１０に対して負荷として機能する。その結果、被測定モーター１０の回転数は下がる。例えば、負荷モーター２０に流す相殺電流をゼロとすると（図２のステップＳ２４０）、被測定モーターに掛かる負荷トルクは、ＴＬＬとなる。このときの被測定モーター１０の回転数ＮＭ０と、電流ＩＭ０が測定される。なお、負荷トルクＴＬＬは、負荷モーター２０の回転数に依存する。また、負荷モーター２０は、被測定モーター１０と直結されているため、負荷モーター２０の回転数ＮＬ０は、被測定モーター１０の回転数ＮＭ０と同じ値である。したがって、負荷トルクＴＬＬは、下記の式（４）により算出される。
【数４】
0005724335.tif 000005
【００３６】
図８は、負荷モーター２０に回生電流または逆駆動電流を流したときの各モーターの特性を示す説明図である。図８は、図２のステップＳ２４０からステップＳ２６０までの状態を示す。負荷モーター２０に流す回生電流、逆駆動電流の向きは、相殺電流の向きと反対である。ここでは、回生電流、逆駆動電流を合わせて「逆方向電流」と呼ぶ。負荷モーター２０に逆方向電流ＩＬ１が流れ（回生電流）あるいは逆方向電流ＩＬ１を流す（逆駆動電流）と、負荷モーター２０は、被測定モーター１０と反対方向に回ろうとする駆動力を発揮するため、被測定モーター１０に対しより大きな負荷トルクを与えることができる。このときの被測定モーター１０の回転数ＮＭ１と電流ＩＭ１が測定される。なお、負荷モーター２０は、被測定モーター１０と直結されているため、負荷モーター２０の回転数ＮＬ１は、被測定モーター１０の回転数ＮＭ１と同じ値である。
【００３７】
図９は、負荷モーターに流す電流をステップＳ２２０の相殺電流よりも下げたときの負荷モーターのトルク−電流特性を示す説明図である。ここで、グラフは、負荷モーター２０に与える電流により、３つの領域に分けることが出来る。領域Ａは、図２のステップＳ２３０からステップＳ２４０までの状態に対応し、負荷モーター２０に対して、ゼロから図２のステップＳ２２０の相殺電流ＩＬｎｌまでの間の相殺電流ＩＬ２を加える領域である。なお、加える相殺電流ＩＬ２の向きは、負荷モーター２０を被測定モーター１０と同じ方向に回転させようとする力を発揮させる方向である。
【００３８】
領域Ｂは、図２のステップＳ２４０からステップＳ２５０に対応し、外部から負荷モーター２０に加える電流をゼロとし、負荷モーター２０の電磁コイルに回生電流ＩＬ３を流し、負荷モーター２０に対し、被測定モーター１０に対する電気的制動を掛けさせる領域である。なお、後述するように、領域Ｂでは、制動の大きさは、この回生電流ＩＬ３の大きさに依存する。なお、領域Ａと領域Ｂの境界が、図２のステップＳ２４０に対応する。
【００３９】
領域Ｃは、図２のステップＳ２６０に対応し、負荷モーター２０に対し、被測定モーター１０と反対の方向に回転させようとする力を発揮させる方向の逆駆動電流ＩＬ４を流す領域である。ここで、逆駆動電流ＩＬ４の向きは、相殺電流ＩＬ２の向きと反対である。なお、領域Ｃにおいて、逆駆動電流ＩＬ４は、負荷モーター２０の回転による起電力に基づく回生電流ＩＬ３に起因する部分を含む。この回生電流ＩＬ３は、負荷モーター２０の回転数が少なくなるにつれて、少なくなる。そして、被測定モーター１０及び負荷モーター２０が停止するとき、回生電流ＩＬ３はゼロとなる。なお、回生電流ＩＬ３と、逆駆動電流ＩＬ４は、いずれも逆方向であるため、図８では、両者をまとめて電流ＩＬ１と表現している。
【００４０】
図１０は、図９の領域Ａにおける電流制御を示す説明図である。負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００は、スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を有するＨ型ブリッジ回路を有している。ここでは、スイッチングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ４とをオン状態とし、スイッチングトランジスタＴｒ２とスイッチングトランジスタＴｒ３とをオフ状態とする。そして、負荷モーター２０に対して、相殺電流ＩＬｎｌよりも小さい相殺電流ＩＬ２を加える。このときの被測定モーター１０と負荷モーターの回転数をＮＬ２とする。負荷モーター２０を無負荷状態で、回転数ＮＬ２で回転させるときに必要な電流ＩＬｎｌ２は、式（２）より、
【数５】
0005724335.tif 000006
となる。したがって、このときの無負荷損トルクＴＬｎは、式（１）より、
【数６】
0005724335.tif 000007
となる。この無負荷損トルクＴＬｎのうち（ＫＬｔ×ＩＬ２）については、負荷モーター２０が、電流ＩＬ２により発生させる駆動力で相殺するので、その差分、（ＴＬｎ−ＫＬｔ×ＩＬ２）が、被測定モーター１０が、負荷モーター２０から受ける負荷トルクＴＭとなる（式（７））。
【数７】
0005724335.tif 000008
なお、上記演算は、上述したように、計測用コンピュータ１３００（図１）により実行される。
【００４１】
図１１は、図９の領域Ｂにおける電流制御を示す説明図である。領域Ｂでは、上述のように、負荷モーター２０に対して、回生電流ＩＬ３を流して、被測定モーター１０に対する電気的制動を掛けさせる。このとき負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００のＨ型ブリッジ回路は、スイッチングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ４とをオフ状態とし、スイッチングトランジスタＴｒ２とスイッチングトランジスタＴｒ３とをオン状態とする。この制動の大きさは、負荷モーター２０の電磁コイルＬを流れる回生電流ＩＬ３の大きさに依存する。そして、機械損失と、この制動による負荷トルクとの和が、被測定モーター１０に対する負荷トルクとなる。
【００４２】
領域Ｂにおける被測定モーター１０と負荷モーターの回転数をＮＬ３とする。負荷モーター２０を無負荷状態で、回転数ＮＬ３で回転させるときに必要な電流ＩＬｎｌ３は、式（２）より、
【数８】
0005724335.tif 000009
となる。したがって、このときの無負荷損トルクＴＬｎは、式（１）より、
【数９】
0005724335.tif 000010
となる。この無負荷損トルクＴＬｎは、負荷モーター２０の機械損失に基づく負荷トルクである。さらに、被測定モーター１０には、機械損失に基づく負荷トルクに加えて、制動による負荷トルクが加わる。制動による負荷トルクＴＬ３は、式（１）より、
【数１０】
0005724335.tif 000011
となる。したがって、負荷モーター２０から受ける負荷トルクＴＭは、
【数１１】
0005724335.tif 000012
となる。
【００４３】
図１２は、図９の領域Ｃにおける電流制御を示す説明図である。領域Ｃでは、上述のように、負荷モーター２０に対して、逆駆動電流ＩＬ４を流して、被測定モーター１０に対する大きな負荷を掛けさせる。このときの負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部２００のＨ型ブリッジ回路は、領域Ｂと同様に、スイッチングトランジスタＴｒ１とスイッチングトランジスタＴｒ４とをオフ状態とし、スイッチングトランジスタＴｒ２とスイッチングトランジスタＴｒ３とをオン状態とする。
【００４４】
領域Ｃにおける負荷モーターの回転数をＮＬ４とする。負荷モーター２０を無負荷状態で、回転数ＮＬ４で回転させるときに必要な電流ＩＬｎｌ４は、式（２）より、
【数１２】
0005724335.tif 000013
となる。したがって、このときの無負荷損トルクＴＬｎは、式（１）より、
【数１３】
0005724335.tif 000014
となる。この無負荷損トルクＴＬｎは、負荷モーター２０の機械損失に基づく負荷トルクである。
【００４５】
次に、被測定モーター１０に対して逆方向に回転しようとする負荷モーター２０の負荷トルクを算出する。この逆方向に回転しようとする負荷トルクＴＬ４は、式（１）より、
【数１４】
0005724335.tif 000015
となる。したがって、負荷モーター２０から受ける負荷トルクＴＭは、
【数１５】
0005724335.tif 000016
となる。
【００４６】
図１３は、負荷モーターの電流制御の等価回路を示す説明図である。この等価回路は、電源ＥＬと、スイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４と、電磁コイルＬと、抵抗Ｒと、定電流制御回路ＩＬと、を備えている。領域Ａでは、スイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ４がオンとなり、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ３がオフとなる。電源ＥＬから定電流制御回路ＩＬで設定された駆動電流（相殺電流）が電磁コイルＬに対して順方向に供給され、負荷モーター２０の機械損と鉄損を相殺させる制御を行う。
【００４７】
領域Ｂでは、領域と反対にスイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ４がオフとなり、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ３がオンとなる。ここで、電源ＥＬは供給する電圧を０Ｖとする。この場合、電磁コイルＬから発生する逆起電力による電流（誘導電流、回生電流）が逆方向に流れる。この逆方向の電流を定電流制御回路IＩＬで設定された大きさに制限し、負荷モーター２０を制動する。
【００４８】
領域Ｃでは、領域Ｂと同様の状態にスイッチングＴｒ１〜Ｔｒ４のオンオフを設定し、定電流制御回路ＩＬに設定された電流の大きさに対し、電磁コイルＬから発生する逆起電力による電流（誘導電流）が不足した場合、電源ＥＬの電圧設定を上昇させることにより逆駆動電流を供給する。尚、領域Ｃのように電源ＥＬに電圧を設定（≠０）した状態で、領域Ｂを行っても回転している負荷モーター２０の電磁コイルＬから発生する逆起電力による電流（誘導電流）は、電源ＥＬからの電流を抑制し流させない、結果的に領域Ｂのように電源ＥＬが０Ｖと同等状態となり、領域Ｃの設定条件は領域Ｂを包含した設定領域として用いることができる。そのため、領域Ｂから領域Ｃへの電源ＥＬの設定電圧の切り替える境を構築する必要は無くなる。
【００４９】
図１４は、被測定モーターに与える負荷トルクの例を示す説明図である。図１４（Ａ）に示す例では、階段状に負荷トルクを与えている。図１４（Ｂ）に示す例では、直線的に負荷トルクを増大させている。図１４（Ｃ）に示す例では、直線的に負荷トルクを増大させた後、直線的に負荷トルクを減少させている。図１４（Ｄ）に示す例では、パルス状に負荷トルクを与えている。
【００５０】
図１５は、既存のトルク測定装置を用いて測定した被測定モーターのトルク−電流特性を示す説明図である。高トルク用として株式会社小野測器製のＭＴ−Ｃ６４１４Ａを用い、低トルク用としてＭＴ−Ｃ４２３１を用いた。２つの測定器のトルクの測定範囲は、一部が重複している。被測定モーター１０の２つのトルク−電流直線は、傾きや重複範囲において、ずれている。
【００５１】
図１６は、同じ被測定モーターを本実施例の方法で測定したときのトルク−電流特性を示す説明図である。被測定モーター１０に与える負荷トルクの値は、負荷モーター２０に与える電流または、負荷モーター２０で消費させる電流に基づいて、上述した演算式で算出している。各負荷トルクにおいて、電流計１４０（図１）により、電流を測定し、負荷トルクに対して、電流ＩＭの値をプロットした。トルク−電流直線の傾きは、低負荷トルクから高負荷トルクまでほぼ同じである。また、１つの測定器で測定しているので、２つの測定器で測定したときに見られた、測定領域の重複領域におけるズレは見られない。このように、１つの測定器で広範囲の負荷トルク測定を一回で測定できることは、被測定モーター１０への始動トルクである高トルク時の発熱に対する測定時間を短期間で測定ができることに繋がり、測定中での発熱での影響を最小限として測定出来ることは、従来では測定出来なかった領域を測定できる大きな意味がある。
【００５２】
図１７は、被測定モーターの各種特性を示す説明図である。トルク−電流特性は、各負荷トルクＴＭに対して、電流ＩＭをプロットすることにより得ることが出来る。トルク−回転数特性は、各負荷トルクＴＭに対して、被測定モーター１０の回転数ＮＭを、回転数計測部２３０（図１）を用いて計測する。なお、被測定モーター１０と負荷モーター２０の回転数は同じである。また、被測定モーター１０への印加電圧ＥＭを、電圧計１３０（図１）を用いて計測する。被測定モーター１０の入力ＰＭは、
【数１６】
0005724335.tif 000017
で、算出することができる。被測定モーター１０の出力ＰＬは、
【数１７】
0005724335.tif 000018
で、算出することができる。効率ηは
【数１８】
0005724335.tif 000019
で示すことができる。
【００５３】
以上、本実施例によれば、負荷モーター２０を用いて低負荷トルクから高負荷トルクまで１つの測定装置で簡便にトルクを測定し、被測定モーターの特性を簡便に取得することが出来る。また、複数の測定装置を用いた場合、測定領域が重複すると、重複した領域で２つの測定装置の測定結果が一致しない場合もあるが、本実施例では、測定装置が１つであるので、測定結果の不一致は、起こり得ない。
【００５４】
本実施例によれば、負荷モーター２０の回転数と電流とから、被測定モーター１０に与えるトルクを算出しているが、予め、負荷モーター２０の回転数と電流とから、被測定モーター１０に与える負荷トルクの関係を算出しておき、被測定モーター１０に与える負荷トルクから、負荷モーター２０の電流を算出し、当該電流を負荷モーター２０に流してもよい。
【００５５】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５６】
１０…被測定モーター
２０…負荷モーター
３０…カップリング
４０…エンコーダー
５０…エンコーダー
１００…被測定モーターＰＷＭ制御・駆動部
１１０…極性指令部
１２０…被測定モーター用電源
１３０…電圧計
１４０…電流計
２００…負荷モーターＰＷＭ制御・駆動部
２１０…定電流制御部
２２０…電源部
２３０…回転数計測部
１０００…特性測定システム
１１００…被測定モーター部
１２００…負荷モーター部
１３００…計測用コンピュータ（計測ＰＣ）
ＥＬ…電源
ＥＭ…印加電圧
ＩＬ…定電流制御回路
ＩＬｎｌ…無負荷電流
ＩＬｍａｘ…最大電流
ＩＭｎｌ…無負荷電流
ＩＬｎ２…電流
ＩＬ２…電流
ＩＬ３…誘導電流
ＩＬ４…電流
ＩＬｎｌ２…無負荷電流
ＩＬｎｌ３…無負荷電流
ＩＬｎｌ４…無負荷電流
ＩＭ…電流
Ｋｌｔ…係数
Ｌ…電磁コイル
ＮＬ０…回転数
ＮＭ０…回転数
ＮＭ１…回転数
ＮＬ１…回転数
ＮＬ２…回転数
ＮＬ３…回転数
ＮＬ４…回転数
ＮＬｎｌ…無負荷回転数
ＮＭｎｌ…無負荷回転数
ＮＭ…回転数
ＰＬ…出力
ＰＭ…入力
Ｒ…抵抗
Ｒ２…可変抵抗
ＳＷ１…スイッチ
ＴＬ…負荷トルク
ＴＭ…負荷トルク
ＴＬ３…負荷
ＴＬ４…負荷トルク
ＴＬｍａｘ…最大トルク
ＴＬｎ…無負荷損トルク
ＴＬＬ…無負荷損トルク
Ｔｒ１…スイッチングトランジスタ
Ｔｒ２…スイッチングトランジスタ
Ｔｒ３…スイッチングトランジスタ
Ｔｒ４…スイッチングトランジスタ
【図１】
0005724335.tif 000020
【図２】
0005724335.tif 000021
【図３】
0005724335.tif 000022
【図４】
0005724335.tif 000023
【図５】
0005724335.tif 000024
【図６】
0005724335.tif 000025
【図７】
0005724335.tif 000026
【図８】
0005724335.tif 000027
【図９】
0005724335.tif 000028
【図１０】
0005724335.tif 000029
【図１１】
0005724335.tif 000030
【図１２】
0005724335.tif 000031
【図１３】
0005724335.tif 000032
【図１４】
0005724335.tif 000033
【図１５】
0005724335.tif 000034
【図１６】
0005724335.tif 000035
【図１７】
0005724335.tif 000036