(57)【要約】【課題】電力計のローパスフィルタの時定数を大きくしなければならないので遅延時間が長く、データの同時性が維持できない。そのため、負荷を連続して変化させた場合にモータを高速かつ高精度で評価することが出来なかったという課題を解決する。【解決手段】三相交流の各相の電圧値と電流値を乗算し、それらを加算して、その加算値を遅延部によって遅延させてモータの入力電力を求めるようにした。時定数が長いローパスフィルタが不要になるので遅延時間が短くなり、また遅延部の遅延時間を調整することにより、他のデータとの同時性を確保することができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される遅延部とを有することを特徴とする電力計。
【請求項２】
前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記遅延部に入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電力計。
【請求項３】
前記遅延部はシフトレジスタで構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力計。
【請求項４】
モータの負荷を変化させて、このモータに入力される電力とこのモータの機械的な出力を測定して前記モータを評価するモータ評価装置において、
前記モータに入力される三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される第１の遅延部と、前記モータの特性を測定する機械的出力測定部と、この機械的出力測定部の出力が入力される第２の遅延部とを有し、前記第１、第２の遅延部の遅延量を調整してデータの同時性を補正するようにしたことを特徴とするモータ評価装置。
【請求項５】
前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記第１の遅延部に入力するようにしたことを特徴とする請求項４記載のモータ評価装置。
【請求項６】
前記機械的出力測定部は、前記モータの回転数信号と前記モータのトルク信号を乗算する乗算部およびこの乗算部の出力が入力されるローパスフィルタとで構成されることを特徴とする請求項４または請求項５記載のモータ評価装置。
【請求項７】
前記第１および前記第２の遅延部はシフトレジスタで構成されることを特徴とする請求項４ないし請求項６いずれかに記載のモータ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
この発明は三相交流モータを評価するモータ評価装置に関し、特に高精度の評価を実現することができるモータ評価装置に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
図３に三相交流モータの評価装置の構成を示す。図３において、モータコントローラ５はモータ７に所定の電圧の３相交流電力を供給する。モータ７の消費電力は電力計６で測定される。ブレーキコントローラ９２によって制御されるブレーキ９１はモータ７の負荷を調整する。また、モータ７のトルクと回転数はセンサ８１およびトルク計・回転計８２で計測される。なお、ｕ１、ｕ２、ｕ３はモータ７に印加される三相交流の各相の電圧、ｉ１、ｉ２、ｉ３はモータ７に流れる各相の電流である。
【０００２】
モータ７の入力は電気信号であり、その出力は機械的な出力である。モータ制御ではトルクを一定にすることは難しいので、検査を簡単にするためにブレーキ９１でモータ７の負荷を変化させて、所定のトルクのときの機械的な出力をトルク計・回転計８２で測定する。モータ７の機械的な出力は下記（１）、（２）式で表される。
モータ７の機械的出力Ｐｍ＝
（トルク（Ｎｍ））×（回転数（ｒｐｍ））×２π／６０  ・・・（１）
モータ７の効率（％）＝Ｐｍ／Ｐ  ・・・・・・・・・・・・・・  （２）
Ｐ：モータ７に入力される電力
【０００３】
図４に電力計６の構成を示す。図４において、三相交流の１相の電圧ｕ１と電流ｉ１は乗算部６１で乗算される。同様に他の相の電圧ｕ２と電流ｉ２は乗算部６２で、電圧ｕ３と電流ｉ３は乗算部６３で乗算される。すなわち、乗算部６１〜６３は各相の瞬時電力を演算する。各相の瞬時電力Ｐｎ（ｎ＝１〜３）は下記（３）式で表される。
Ｐｎ（ｔ）＝ｕｎ（ｔ）×ｉｎ（ｔ）  ・・・・・・・  （３）
なお、ｔは時間である。
【０００４】
乗算部６１〜６３の出力はそれぞれローパスフィルタ６４〜６６に入力されて平滑される。ローパスフィルタ６４〜６６の時定数が充分大きいと、効果として下記（４）式の演算を行うことと同等になる。
【数１】
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ローパスフィルタ６４〜６６の出力は加算部６７に入力されて加算される。上記（４）式は有効電力を求める式であるので、加算部６７の出力はモータ７に入力される有効電力になる。
【０００５】
図５にトルク計・回転計８２の構成を示す。回転センサ（図示せず）の出力ＳｐｅｅｄはＦ／Ｖコンバータ８２１で電圧信号に変換され、ローパスフィルタ８２２に入力される。回転センサは、例えば複数の光学式スリットあるいは機械式の歯が入ったホイルがモータ７の軸に固定されており、軸が回転すると光源が遮られて回転数に比例する周波数のパルス信号が得られるものを使用する。
【０００６】
また、トルクセンサ（図示せず）の出力Ｔｏｒｑｕｅはローパスフィルタ８２３に入力される。歪みゲージを使用したトルクセンサを使用した場合、このトルクセンサがモータ７の軸に接触するためにその出力にモータ７の交流信号やノイズが重畳される。ローパスフィルタ８２３はこの交流信号やノイズを除去するために挿入する。
【０００７】
ローパスフィルタ８２２と８２３の出力は乗算部８２４に入力されて乗算される。この乗算部８２４の出力がモータ７の機械的出力になる。乗算部８２４の出力、ローパスフィルタ８２２，８２３の出力はそれぞれモータ７の機械的出力、回転速度、トルクとして出力される。
【０００８】
このような構成において、ブレーキコントローラ９２によって被評価物であるモータ７の負荷を連続的に変化させ、そのときのモータ７の入力電力を電力計６によって求め、モータ７の機械的出力をトルク計・回転計８２によって求めて、これらの値から前記（２）式によってモータ７の効率を演算してその特性を評価する。
【０００９】
また、トルクセンサや回転センサからの信号に基づいてモータの機械的パラメータも測定できるように構成され、電圧入力部や電流入力部からモータの入力電圧、電流、電力、周波数などの電気的パラメータを求めると共に、トルク入力部および回転数入力部からの信号を測定し、トルク、回転数などの機械的パラメータを求めるようにしているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２６４３５７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなモータ評価装置には次のような課題があった。
【００１２】
図３のように、ブレーキコントローラ９２でモータ７の負荷を連続的に変化させながらデータを取り込む構成では、データの連続性およびデータの同時性がないと正確な測定を行うことができない。しかし、図３に示すようにそれぞれの信号には個別のローパスフィルタ６４〜６６および８２２，８２３が必要である。
【００１３】
これらのローパスフィルタはデータを遅延させるので、全てのローパスフィルタの時定数を等しくしないとデータの同時性を維持できないという課題があった。しかしながら、瞬時電力を平滑化するローパスフィルタ６４〜６６は入力信号の周期の数倍の時定数が必要であり、大きな遅延時間が生じる。そのため、全てのローパスフィルタの時定数をこの時定数の合わせると応答性が悪くなり、高速、高精度でモータを評価することができないという課題もあった。
【００１４】
従って本発明が解決しようとする課題は、測定信号の遅延時間を最小にすることによりデータの同時性を維持して、高速、高精度で評価できるモータ評価装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される遅延部とで構成するようにしたものである。遅延時間が短くなり、かつ調整できる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記遅延部に入力するようにしたものである。ノイズを除去できる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記遅延部をシフトレジスタで構成するようにしたものである。構成が簡単になる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、モータの負荷を変化させて、このモータに入力される電力とこのモータの機械的な出力を測定して前記モータを評価するモータ評価装置であって、前記モータに入力される三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される第１の遅延部と、前記モータの特性を測定する機械的出力測定部と、この機械的出力測定部の出力が入力される第２の遅延部とを有し、前記第１、第２の遅延部の遅延量を調整してデータの同時性を補正するようにしたものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記第１の遅延部に入力するようにしたものである。信号に重畳する高周波成分やノイズを除去できる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項４または請求項５記載の発明において、前記機械的出力測定部は、前記モータの回転数信号と前記モータのトルク信号を乗算する乗算部およびこの乗算部の出力が入力されるローパスフィルタとで構成されるようにしたものである。簡単に機械的出力を測定できる。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項４ないし請求項６いずれかに記載の発明において、前記第１および前記第２の遅延部をシフトレジスタで構成するようにしたものである。構成が簡単になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係るモータ評価装置に用いる電力計の一実施例の構成を示す。なお、ブレーキによってモータの負荷を調整し、このときのモータの入力電力および機械的出力を求めてモータを評価する構成は図３と同様なので、説明を省略する。
【００２３】
図１において、１１１および１１２はＡＤコンバータであり、それぞれモータに入力される三相交流の１相の電圧ｕ１および電流ｉ１が入力され、これらの信号をデジタル値に変換する。１１３は乗算部であり、ＡＤコンバータ１１１および１１２の出力が入力され、これらの値を乗算する。すなわち、乗算部１１３は入力された相の瞬時電力を演算する。
【００２４】
１２１，１２２はＡＤコンバータ、１２３は乗算部であり、モータに入力される三相交流の他の１相の電圧ｕ２および電流ｉ２をデジタル値に変換して乗算する。同様に、１３１，１３２はＡＤコンバータ、１３３は乗算部であり、モータに入力される三相交流の残りの１相の電圧ｕ３および電流ｉ３が入力され、これらの信号をデジタル値に変換して乗算する。乗算部１２３，１３３も入力された相の瞬時電力を演算する。
【００２５】
１４は加算部であり、乗算部１１３，１２３，１３３の出力を加算する。１５はローパスフィルタであり、加算部１４の出力が入力され、この入力信号を平滑する。１６は遅延部であり、ローパスフィルタ１５の出力が入力され、この入力信号を所定の値だけ遅延させる。この遅延部１６の出力が電力計の出力になる。
【００２６】
加算部１４は各相の瞬時電力を加算する。加算された瞬時電力をｐ（ｔ）、各相の瞬時電力をそれぞれｐ１（ｔ）、ｐ２（ｔ）、ｐ３（ｔ）とすると、下記（５）式が成立する。
ｐ（ｔ）＝ｐ１（ｔ）＋ｐ２（ｔ）＋ｐ３（ｔ）＝ｕ１（ｔ）×ｉ１（ｔ）＋ｕ２（ｔ）×ｉ２（ｔ）＋ｕ３（ｔ）×ｉ３（ｔ）  ・・・・・・・  （５）
【００２７】
三相交流の各相の電圧は振幅が同じで位相が互いに１２０°ずれている。電流も同様に振幅が同じで位相が１２０°ずれている。このような信号の場合、下記（６）式が成立する。
有効電力Ｐ＝ｕ１（ｔ）×ｉ１（ｔ）＋ｕ２（ｔ）×ｉ２（ｔ）＋ｕ３（ｔ）×ｉ３（ｔ）  ・・・・・・・  （６）
【００２８】
この（６）式は前記（５）式と同じである。すなわち、ローパスフィルタがなくても有効電力を求めることができる。
【００２９】
加算部１４の出力はローパスフィルタ１５に入力されて平滑化される。ローパスフィルタ１５の時定数が大きいと下記（７）式が成立し、有効電力を求めることができる。しかし、前述したように三相交流の場合は加算部１４の出力が有効電力を表しているので、ローパスフィルタ１５の時定数は任意の値を取ることができる。
【数２】
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【００３０】
図２にトルク計・回転計の構成を示す。２は機械的出力測定部であり、Ｆ／Ｄコンバータ２１，ＡＤコンバータ２２，乗算部２３およびローパスフィルタ２４で構成される。回転センサ（図示せず）のパルス出力ＳｐｅｅｄはＦ／Ｄコンバータ２１でデジタル値に変換され、トルクセンサ（図示せず）の出力ＴｏｒｑｕｅはＡＤコンバータ２２でデジタル値に変換される。
【００３１】
Ｆ／Ｄコンバータ２１の出力とＡＤコンバータ２２の出力は乗算部２３に入力されて乗算される。この乗算部２３の出力はローパスフィルタ２４に入力されて、ノイズが除去される。４２は遅延部であり、ローパスフィルタ２４の出力が入力され、この入力を所定の時間遅延させる。この遅延部４２の出力がモータの機械的出力になる。
【００３２】
３１はローパスフィルタであり、Ｆ／Ｄコンバータ２１の出力が入力され、ノイズなどを除去する。４１は遅延部であり、ローパスフィルタ３１の出力が入力され、この入力を所定の時間だけ遅延させる。この遅延部３１の出力は回転速度信号として出力される。なお、回転センサは前述したモータ軸に光学式スリットなどが入ったホイルを固定したものなどを用いる。
【００３３】
３２はローパスフィルタであり、ＡＤコンバータ２２の出力が入力され、ノイズなどを除去する。４３は遅延部であり、ローパスフィルタ３２の出力が入力され、この入力を所定の時間だけ遅延させる。この遅延部３２の出力はトルク信号として出力される。
【００３４】
このような構成において、前述したように加算部１４の出力は瞬時の有効電力であるので、図４の６４〜６６のような大きな時定数のローパスフィルタが不要になる。従って、信号の遅延量を少なくすることができる。
【００３５】
また、各々のローパスフィルタの遅延時間およびセンサ自体の遅延に起因する各信号の遅延量のばらつきは、遅延部１６および４１〜４３の遅延量を調整することによって調整することができる。従って、データの同時性を保つことができる。また、各々のブロックの処理をＡＤコンバータのサンプリングのタイミングに応じたパイプライン処理にすると、原理的な時間制約がないために必要なときにデータを取り出すことができる。
【００３６】
なお、最近はほとんどのモータがインバータによって駆動される。このようなモータでは瞬時電力にインバータのキャリア周波数のノイズが重畳されるので、加算部１４の出力は必ずしも有効電力そのものにはならない。しかしながら、モータの入力電力の周波数が１ｋＨｚ以下であるのに対してインバータのキャリア周波数は１０ｋＨｚ以上であるので、ローパスフィルタ１５で容易にキャリア周波数を除去することができる。
【００３７】
また、遅延部１６，４１〜４３はシフトレジスタで構成することができるので、シフトレジスタの段数やタイミングクロックを調整することにより、簡単に任意の遅延時間を得ることができる。
【００３８】
また、これらの実施例では信号をデジタル信号に変換して処理するようにしたが、アナログ信号で処理するようにしてもよい。また、図１の実施例では三相４線式の電力測定の場合で説明したが、三相３線式の電力測定にも適用することができる。
【００３９】
さらに、電力、トルク、回転などを個別の機器で行い、ＧＰＩＢなどの通信バスを用いて測定値を一括化するようにしてもよい。このような場合に遅延部１６，４１〜４３で遅延量を調整することにより、個別の機器の応答性や表示更新レートに起因する遅延量のばらつきを調整して、データの同時性を補償することができる。
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果が期待できる。
請求項１記載の発明によれば、三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される遅延部とで構成するようにした。
【００４０】
平滑のためのローパスフィルタを用いなくてもよいので遅延時間が短くなり、応答が早くなるという効果がある。また、遅延部を具備しており遅延時間を調整することができるので、他の測定器などと組み合わせて用いる場合にデータの同時性を補正することができるという効果もある。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記遅延部に入力するようにした。インバータのキャリア周波数に起因するノイズなどのノイズを除去することができるという効果がある。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の発明において、前記遅延部をシフトレジスタで構成するようにした。簡単な構成で測定データを遅延させることができ、かつ遅延量の変更が簡単にできるという効果がある。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、モータの負荷を変化させて、このモータに入力される電力とこのモータの機械的な出力を測定して前記モータを評価するモータ評価装置であって、前記モータに入力される三相交流のそれぞれの相の電圧値と電流値が入力され、これらの電圧値と電流値を乗算する３個の乗算部と、この３個の乗算部の出力を加算する加算部と、この加算部の出力が入力される第１の遅延部と、前記モータの特性を測定する機械的出力測定部と、この機械的出力測定部の出力が入力される第２の遅延部とを有し、前記第１、第２の遅延部の遅延量を調整してデータの同時性を補正するようにした。
【００４４】
電力量と機械的出力のデータの同時性が補正されるので、負荷を連続的に変化させながらモータを高精度で評価することができるという効果がある。また、負荷の変化を早くすることができるので、より短い時間でモータを評価することができるという効果もある。
【００４５】
請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明において、前記加算部の出力が入力されるローパスフィルタを有し、このローパスフィルタの出力を前記第１の遅延部に入力するようにした。インバータのキャリア周波数に起因する高周波成分やノイズ等を除去することができるという効果がある。
【００４６】
請求項６記載の発明によれば、請求項４または請求項５記載の発明において、前記機械的出力測定部は、前記モータの回転数信号と前記モータのトルク信号を乗算する乗算部およびこの乗算部の出力が入力されるローパスフィルタとで構成されるようにした。簡単な構成でモータの機械的出力を測定できるという効果がある。また、ローパスフィルタによってノイズを除去することができるという効果もある。
【００４７】
請求項７記載の発明によれば、請求項４ないし請求項６いずれかに記載の発明において、前記第１および前記第２の遅延部をシフトレジスタで構成するようにした。簡単な構成で測定データを遅延させることができ、かつ遅延量の変更が簡単にできるという効果がある。
【００４８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図３】モータ評価装置の構成図である。
【図４】従来の電力計の構成図である。
【図５】従来のトルク計・回転計の構成図である。
【符号の説明】
１１１，１１２，１２１，１２２，１３１、１３２、２２  ＡＤコンバータ
１１３，１２３，１３３、２３  乗算部
１４  加算部
１５、２４、３１、３２  ローパスフィルタ
１６、４１〜４３  遅延部
５  モータコントローラ
７  モータ
９１  ブレーキ
９２  ブレーキコントローラ
【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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