(57)【要約】【課題】  供試側電動機駆動装置に与えるトルク指令値を急激に変化させる場合においても、供試側電動機の実速度を一定に保持してトルク制御性能の試験を行う。【解決手段】  供試側電動機駆動装置２０はトルク制御モードで供試側電動機１０を駆動し、負荷側電動機駆動装置５０は速度制御モードで負荷側電動機を駆動し、供試側電動機１０と負荷側電動機４０とは機械的結合装置７０により結合されている。供試側電動機駆動装置２０に入力される供試側トルク指令値（１）は、供試側トルク指令値（２）として負荷側電動機駆動装置５０のトルク換算部２７０にも送られて負荷側に適したトルク指令値に換算される。その換算されたトルク指令値と負荷側トルク指令値（２）とが加算器２８０により加算され、負荷側電動機４０はこの加算結果のトルク指令値に基づいて速度制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電動機を駆動する第１の電動機駆動装置と、
前記第１の電動機に機械的に結合された第２の電動機を駆動する第２の電動機駆動装置とを具備し、
前記第２の電動機駆動装置が前記第２の電動機の速度を制御することで、機械的に結合された前記第１の電動機の速度を制御し、前記第１の電動機駆動装置が前記第１の電動機のトルクを制御する場合に、前記第２の電動機駆動装置が前記第１の電動機のトルク制御のためのトルク指令値により定まるトルク指令値を前記第２の電動機の速度制御のためのトルク指令値に加えることを特徴とする電動機性能試験装置。
【請求項２】
前記第２の電動機駆動装置は、速度指令値と前記第２の電動機の実速度検出値とに基づいて、前記第２の電動機の速度を前記速度指令値が示す速度に一致させるためのトルク指令値を発生する速度調節器を有し、
前記第１の電動機のトルク制御のためのトルク指令値により定まるトルク指令値を前記速度調節器が出力するトルク指令値に加算することを特徴とする請求項１に記載の電動機性能試験装置。
【請求項３】
前記第１の電動機駆動装置は前記第１の電動機のトルク制御のためのトルク指令値を外部に出力するトルク指令値出力手段を具備し、
前記第２の電動機駆動装置は前記トルク指令出力手段が出力したトルク指令値を受け取るトルク指令値入力手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機性能試験装置。
【請求項４】
前記第２の電動機駆動装置は、前記第１の電動機と前記第２の電動機の定格出力の違いおよび前記第１の電動機と前記第２の電動機の機械的な結合形態によって決まるトルク換算係数を前記第１の電動機駆動装置から受け取ったトルク指令値に乗算するトルク換算手段を具備し、前記トルク換算係数および前記トルク指令値の乗算結果であるトルク指令値を前記第２の電動機の速度制御のためのトルク指令値に加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の電動機性能試験装置。
【請求項５】
前記トルク換算手段は、前記第１の電動機と前記第２の電動機のトルクの極性が同一のときは前記トルク換算係数および前記トルク指令値の乗算結果の符号反転を行わず、前記第１の電動機と前記第２の電動機のトルクの極性が異なるときは前記トルク換算係数および前記トルク指令値の乗算結果の符号反転を行う符号反転切替手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の電動機性能試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の性能を試験する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機、同期電動機等の交流電動機を駆動する電動機駆動装置として、ベクトル制御により交流電動機の速度およびトルクの制御を行うものが各種提供されている。交流電動機を出荷するに当たっては、このような電動機駆動装置によりその交流電動機を駆動した場合の交流電動機の速度やトルクの制御性能を試験することが必要になる。
【０００３】
この試験を行うための電動機性能試験装置として、従来、図４に例示するものがあった。図４において、供試側電動機１０は試験対象の交流電動機である。また、負荷側電動機４０は、供試側電動機１０の負荷となる交流電動機である。この負荷側電動機４０のロータ軸は供試側電動機１０のロータ軸と直結されている。供試側電動機１０には、供試側電動機１０のロータの位置と速度を検出する供試側位置速度検出器１００が取り付けられており、負荷側電動機４０には、負荷側電動機４０のロータの位置と速度を検出する負荷側位置速度検出器２００が取り付けられている。供試側電動機駆動装置２０ｂは、供試側指令発生装置３０から与えられる各種の指令に従い、供試側電動機１０の駆動制御を行う装置である。負荷側電動機駆動装置５０ｂは、負荷側指令発生装置６０から与えられる各種の指令に従い、負荷側電動機４０の駆動制御を行う装置である。
【０００４】
供試側電動機駆動装置２０ｂは、供試側速度調節器１１０、供試側モード選択部１２０、供試側電動機制御器１３０、供試側位置速度検出演算部１４０、供試側電力変換装置１５０、供試側電流検出器１６０を有している。同様に負荷側電動機駆動装置５０ｂは、負荷側速度調節器２１０、負荷側モード選択部２２０、負荷側電動機制御器２３０、負荷側位置速度検出演算部２４０、負荷側電力変換装置２５０、負荷側電流検出器２６０を有している。
【０００５】
ここで、供試側電力変換装置１５０および負荷側電力変換装置２５０は、具体的にはインバータであり、供試側電動機１０および負荷側電動機４０に各々供給する３相交流電圧を発生する。
【０００６】
以上の構成において、供試側電動機１０のトルクの制御性能の試験を行う場合、負荷側電動機４０の実速度（実際の速度）を一定に保持した状態で、供試側電動機１０のトルクを指定するトルク指令値を変化させ、それに対する供試側電動機１０のトルクの応答性能を測定する。
【０００７】
具体的には、図４に示す構成において、負荷側指令発生装置６０は、速度制御モードを指示する負荷側モード選択指令と、予め定められた速度を指示する負荷側速度指令値を負荷側電動機駆動装置５０ｂに対して供給する。この結果、負荷側電動機駆動装置５０ｂ内の負荷側モード選択部２２０は、負荷側速度調節器２１０を負荷側電動機制御器２３０に対して接続する。
【０００８】
これにより負荷側電動機駆動装置５０ｂでは、次のような動作が行われる。まず、負荷側位置速度検出演算部２４０は、負荷側位置速度検出器２００を介して負荷側電動機４０のロータの速度および位置を検出し、負荷側実速度検出値および負荷側位置検出値として出力する。負荷側速度調節器２１０は、負荷側実速度検出値と負荷側速度指令値とに基づいて、負荷側電動機４０の回転速度を負荷側速度指令値が指示する回転速度に修正するのに必要な負荷側トルク指令値（２）を演算し、負荷側電動機制御器２３０に供給する。一方、負荷側電流検出器２６０は、負荷側電力変換装置２５０の出力電流を検出し、検出結果である負荷側電流検出値を負荷側電動機制御器２３０に供給する。
【０００９】
負荷側電動機制御器２３０は、負荷側トルク指令値（２）、負荷側実速度検出値および負荷側電流検出値に基づいて、負荷側トルク指令値（２）が示すトルクを負荷側電動機４０に発生させるのに必要な負荷側電力変換装置２５０の出力電圧を指示する負荷側電圧指令値を演算し、負荷側電力変換装置２５０に供給する。ここで、負荷側電圧指令値を得るための演算は、周知のベクトル制御演算により行われる。負荷側電力変換装置２５０は、この負荷側電圧指令値により指示された電圧値の３相交流電圧を負荷側電動機４０に供給する。以上のような制御が行われることにより、負荷側電動機４０は、負荷側速度指令値により指示された一定速度で回転する。
【００１０】
一方、供試側指令発生装置３０は、トルク制御モードを指示する供試側モード選択指令と、予め定められたトルクを指示する供試側トルク指令値（１）を供試側電動機駆動装置２０ｂに対して供給する。この結果、供試側電動機駆動装置２０ｂ内の供試側モード選択部１２０は、供試側指令発生装置３０が出力する供試側トルク指令値（１）を選択し、供試側トルク指令値（２）として供試側電動機制御器１３０に供給する。
【００１１】
これにより供試側電動機駆動装置２０ｂでは、次のような動作が行われる。まず、供試側位置速度検出演算部１４０は、供試側位置速度検出器１００を介して供試側電動機１０のロータの速度および位置を検出し、供試側実速度検出値および供試側位置検出値として出力する。また、供試側電流検出器１６０は、供試側電力変換装置１５０の出力電流を検出し、検出結果である供試側電流検出値を供試側電動機制御器１３０に供給する。
【００１２】
供試側電動機制御器１３０は、供試側トルク指令値（２）、供試側実速度検出値、供試側位置検出値および供試側電流検出値に基づいて、供試側トルク指令値（２）が示すトルクを供試側電動機１０に発生させるのに必要な供試側電力変換装置１５０の出力電圧を指示する供試側電圧指令値を周知のベクトル制御演算により算出し、供試側電力変換装置１５０に供給する。供試側電力変換装置１５０は、この供試側電圧指令値により指示された電圧値の３相交流電圧を供試側電動機１０に供給する。以上のような制御が行われることにより、供試側電動機１０は、供試側トルク指令値（２）（すなわち、供試側トルク指令値（１））により指示されたトルクを発生する。
【００１３】
そして、電動機試験装置では、供試側指令発生装置３０により供試側トルク指令値（１）が切り換えられ、それに対する供試側電動機１０のトルクの応答特性が測定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】中野孝良「交流モータのベクトル制御」、日刊工業新聞社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述した従来の電動機性能試験装置は、供試側トルク指令値（１）を急激に変化させた場合に供試側電動機１０の実速度が変化し、供試側電動機１０のトルク制御性能の試験を正確に行うことが困難であるという問題があった。以下、図５を参照し、この問題について説明する。
【００１６】
図５は、図４の従来の電動機性能試験装置を使用して供試側電動機１０のトルク制御性能を試験した場合の供試側トルク指令値（１）と供試側電動機１０の実速度の時間変化の例を示す図である。
【００１７】
この例では供試側電動機１０に発生させるトルクを指示する供試側トルク指令値（１）がステップ状に変化している。このような急激な変化が供試側トルク指令値（１）に発生すると、まず、供試側電動機１０の実速度が変化し、その後、所定時間遅れて、供試側電動機１０の実速度を負荷側速度指令値により指示された速度に戻すための制御が開始される。このようなフィードバック制御の遅れが発生するため、図５に例示するように、供試側トルク指令値（１）に急激な変化が発生した場合には、その後のある短い期間、供試側電動機１０の実速度が負荷側速度指令値により指示された速度からずれるのである。特に、供試側トルク指令値（１）がステップ状に変化する場合において、その変化の時間勾配が急峻であったり、変化幅が大きい場合に、供試側電動機１０の実速度の変動量も大きくなる。本来は供試側電動機１０の実速度を一定としてトルク制御性能を測定することが理想であるが、従来の電動機性能試験装置は、トルク指令値を急減に変化させた場合に供試側電動機１０の実速度がこのように変動するため、正確なトルク制御性能試験を行うことができないという問題があった。
【００１８】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、供試側電動機駆動装置に急激に変化するトルク指令値を加える場合でも供試側電動機の実速度を一定に保持した状態で供試側電動機のトルク制御性能の試験を行うことができる電動機性能試験装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明は、第１の電動機（上記従来技術の例では供試側電動機）を駆動する第１の電動機駆動装置と、前記第１の電動機に機械的に結合された第２の電動機（上記従来技術の例では負荷側電動機）を駆動する第２の電動機駆動装置とを具備し、前記第２の電動機駆動装置が前記第２の電動機の速度を制御することで、機械的に結合された前記第１の電動機の速度を制御し、前記第１の電動機駆動装置が前記第１の電動機のトルクを制御する場合に、前記第２の電動機駆動装置が前記第１の電動機のトルク制御のためのトルク指令値により定まるトルク指令値を前記第２の電動機の速度制御のためのトルク指令値に加えることを特徴とする電動機性能試験装置を提供する。
【００２０】
この発明によれば、供試側電動機駆動装置のトルク指令値を負荷側電動機駆動装置のトルク指令値に加算するフィードフォワード補償により負荷側電動機を制御するトルク指令値を決定するため、供試側電動機のトルク指令値を変化させる制御に伴う供試側電動機の実速度の変化を遅滞なく抑制し、供試側電動機の実速度を一定に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施形態である電動機性能試験装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるトルク換算部２７０の構成例を示すブロック図である。
【図３】同実施形態である電動機性能試験装置を使用して供試側電動機１０のトルク制御性能を試験した場合の供試側トルク指令値（１）と供試側電動機１０の実速度の時間変化の例を示す波形図である。
【図４】従来の電動機性能試験装置の構成例を示す図である。
【図５】従来の電動機性能試験装置を使用して供試側電動機１０のトルク制御性能を試験した場合の供試側トルク指令値（１）と供試側電動機１０の実速度の時間変化の例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
＜実施形態＞
図１は、この発明の一実施形態である電動機性能試験装置の構成を示す図である。なお、図１において、図５に示すものと同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
本実施形態による電動機性能試験装置では、図５に示す従来の電動機性能試験装置の供試側電動機駆動装置２０ｂおよび負荷側電動機駆動装置５０ｂが供試側電動機駆動装置２０および負荷側電動機駆動装置５０に置き換えられている。
【００２４】
供試側電動機駆動装置２０は、図５の供試側電動機駆動装置２０ｂと異なり、供試側モード選択部１２０から出力される供試側トルク指令値（２）を供試側電動機駆動装置２０の外部へ出力するトルク指令値出力手段（図示略）を有している。
【００２５】
また、負荷側電動機駆動装置５０は、供試側トルク指令値（２）をトルク指令値出力手段から受け取って負荷側電動機駆動装置５０の内部へ供給するトルク指令値入力手段（図示略）を有する。この供試側トルク指令値（２）を供試側電動機駆動装置２０から負荷側電動機駆動装置５０へ送るためのトルク指令値出力手段およびトルク指令値入力手段は、有線通信を利用したものであってもよいし、無線通信あるいは赤外線通信を利用したものであってもよい。
【００２６】
負荷側電動機駆動装置５０は、図５の負荷側電動機駆動装置５０ｂにない新規な構成要素として、トルク換算部２７０と加算器２８０を有している。そして、供試側電動機駆動装置２０からの供試側トルク指令値（２）は、トルク換算部２７０に入力され、このトルク換算部２７０からの出力情報と負荷側トルク指令値（２）とが加算器２８０により加算され、加算結果が負荷側電動機制御器２３０に供給されるようになっている。
【００２７】
トルク換算部２７０は、供試側モード選択部１２０から出力された供試側トルク指令値（２）を、負荷側電動機駆動装置５０による負荷側電動機４０の制御に利用するために、負荷側に適したトルク指令値に換算する手段である。さらに詳述すると、トルク換算部２７０は、供試側トルク指令値（２）が変化した場合に、その変化によって生じるであろう供試側電動機１０の速度変化と相殺する速度変化を負荷側電動機４０に発生させるトルク指令値を発生するための手段である。
【００２８】
図２は、トルク換算部２７０の構成例を示すブロック図である。この例において、トルク換算部２７０は、乗算器３１０、乗算器３２０および符号反転切替部３３０を有する。乗算器３１０は、供試側トルク指令値（２）とトルク換算係数の乗算を行う演算器である。トルク換算係数は、供試側電動機１０と負荷側電動機４０を結合している機械的結合装置７０の結合比（ギヤ比などの変速比）等の結合形態、および供試側電動機１０と負荷側電動機４０の定格出力の違いなどの電動機特性の違いなどに基づいて決定される係数である。乗算器３１０によるトルク換算係数の乗算は、供試側電動機１０のために生成された供試側トルク指令値（２）を負荷側電動機４０の駆動に適した負荷側トルク指令値とするために行う。
【００２９】
乗算器３２０は、乗算器３１０の乗算結果に−１を乗算し、乗算器３１０の演算結果の符号を反転させる手段である。符号反転切替部３３０は、符号反転切替指令により、符号反転なしの入力端と符号反転有りの入力端を切り替える手段である。符号反転なしの入力端には乗算器３１０の演算結果が入力され、符号反転有りの入力端には乗算器３２０の演算結果が入力される。符号反転切替部による符号反転切替は、負荷側電動機４０のトルク指令値の極性を供試側電動機１０のトルク指令値の極性に整合させるために行う。符号反転切替指令は、供試側電動機１０と負荷側電動機４０のトルクの極性が同一のときは符号反転なしとし、供試側電動機１０と負荷側電動機４０のトルクの極性が異なるときは符号反転有りとする。
【００３０】
加算器２８０は、トルク換算部２７０によりトルク換算されたトルク指令値と負荷側トルク指令値（２）とを加算する演算器である。加算器２８０の演算により、負荷側トルク指令値（２）に負荷側に換算された供試側トルク指令値（２）をフィードフォワード補償した新たな負荷側トルク指令値が生成される。加算器２８０の演算結果である新たな負荷側トルク指令値は負荷側電動機制御器２３０に入力される。
【００３１】
負荷側電動機制御器２３０は、負荷側電流検出値、負荷側位置検出値、負荷側実速度検出値および加算器２８０の演算結果である新たな負荷側トルク指令値を受け取り、負荷側電動機４０をベクトル制御するための演算等を行う。負荷側電流検出値は、負荷側電動機４０に供給される電流を負荷側電流検出器２６０にて検出した値である。
【００３２】
次に、本実施形態の電動機性能試験装置の動作について説明する。供試側電動機１０の試験では、負荷側電動機駆動装置５０が速度制御モードとされ、予め定められた負荷側速度指令値が負荷側電動機駆動装置５０に入力される。一方、供試側電動機駆動装置２０がトルク制御モードとされ、供試側トルク指令値（１）が供試側電動機駆動装置２０に入力される。この供試側トルク指令値（１）は供試側トルク指令値（２）として供試側電動機制御器１３０および負荷電動機駆動装置５０のトルク換算部２７０に送られる。供試側電動機制御器１３０は、供試側電動機１０のトルクを供試側トルク指令値（２）が示すトルクに一致させるためのフィードバック制御を行う。負荷側電動機駆動装置５０では、トルク換算部２７０により、供試側トルク指令値（２）が負荷側に適したトルク指令値に換算され、この換算されたトルク指令値と負荷側トルク指令値（２）が加算器２８０にて加算される。そして、負荷側電動機制御器２３０は、加算器２８０の加算結果であるトルク指令値に従って負荷側電動機４０の速度制御を行う。
【００３３】
このように本実施形態では、負荷側電動機４０の実速度を負荷側速度指令値が示す速度に一致させるフィードバック制御に加え、供試側電動機１０のトルク制御のための供試側トルク指令値（２）を負荷側に適するトルク指令値に換算して、負荷側電動機４０の速度制御のための負荷側トルク指令値（２）に加算するフィードフォワード補償が行われる。このフィードフォワード補償は、フィードバック制御のような応答の遅れはなく極めて応答が速い。
【００３４】
図３は、本実施形態の電動機性能試験装置を使用して供試側電動機１０のトルク制御性能試験を行った場合の供試側電動機１０の供試側トルク指令値（１）および供試側電動機１０の実速度の時間変化の例を示す波形図である。従来の電動機性能試験装置の場合の波形図である図５と本実施形態の電動機性能試験装置の図３とを比べれば明らかなように、図３では、供試側電動機１０の供試側トルク指令値（１）をステップ状に急激に変化させたときに供試側電動機１０の実速度は変動せずに一定速度を保持している。
【００３５】
このように、本実施形態による電動機性能試験装置は、供試側電動機１０を制御するための供試側トルク指令値を負荷側電動機４０に適したトルク指令値に換算し負荷側電動機４０を制御するための負荷側トルク指令値に加算して、その演算結果のトルク指令値にもとづいて負荷側電動機の速度制御を行う。このように本実施形態による電動機性能試験装置では、トルク指令値のフィードフォワード補償を行うので、供試側トルク指令値（１）が急激に変化した場合に、この供試側トルク指令値（１）の変化に起因した供試側電動機１０の速度変化をなくすための、負荷側電動機４０の速度制御が遅滞なく実行される。この結果、供試側トルク指令値（１）を急激に変化させる場合でも、供試側電動機１０の実速度を変化させずに正確に供試側電動機１０のトルク制御性能を試験することができる。
【００３６】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００３７】
（１）上記実施形態では、供試側電動機１０のロータ軸と負荷側電動機４０のロータ軸とはギヤなどの機械的結合装置を介して結合している。しかし、機械的結合装置を介さず図４に例示するように両ロータ軸を機械的に直接結合しても良い。
【００３８】
（２）上記実施形態は、供試側電動機１０および負荷側電動機４０のロータにそれぞれ位置速度検出器を取り付けて位置および速度を検出し、その検出した位置および速度の情報を基に供試側電動機および負荷側電動機のベクトル制御を行う構成であった。しかし、位置速度検出器に換えて、供試側電動機および負荷側電動機に印加される電圧と供試側電動機および負荷側電動機に流れる電流を用いて位置および速度を推定する推定器を有し、推定した電圧と電流を基に供試側電動機および負荷側電動機のベクトル制御を行う構成（いわゆる、速度センサレスベクトル制御）としても良い。
【００３９】
（３）上記実施形態において、トルク換算部２７０が使用するトルク換算係数をＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な不揮発性メモリに記憶させ、供試側電動機１０と負荷側電動機４０の仕様や両電動機の結合形態等に合わせてＥＥＰＲＯＭ内のトルク換算係数を書き換えるようにしてもよい。
【００４０】
（４）図１における負荷側電動機駆動装置５０に負荷側トルク指令値（２）を外部に出力するトルク指令値出力手段を設けた電動機駆動装置を構成してもよい。この電動機駆動装置は、負荷側電動機駆動装置５０として使用することができる他、トルク換算部２７０を動作させず、トルク指令値出力手段を動作させることにより、供試側電動機駆動装置２０として使用することも可能である。従って、１種類の電動機駆動装置のみを製造することにより電動機性能試験装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…供試側電動機、２０，２０ｂ…供試側電動機駆動装置、３０…供試側指令発生装置、４０…負荷側電動機、５０，５０ｂ…負荷側電動機駆動装置、６０…負荷側指令発生装置、７０…機械的結合装置、１００…供試側位置速度検出器、１１０…供試側速度調節器、１２０…供試側モード選択部、１３０…供試側電動機制御器、１４０…供試側位置速度検出演算部、１５０…供試側電力変換装置、１６０…供試側電流検出器、２００…負荷側位置速度検出器、２１０…負荷側速度調節器、２２０…負荷側モード選択部、２３０…負荷側電動機制御器、２４０…負荷側位置速度検出演算部、２５０…負荷側電力変換装置、２６０…負荷側電流検出器、２７０…トルク換算部、２８０…加算器、３１０，３２０…乗算器、３３０…符号反転切替部。
【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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