(57)【要約】【課題】モーターの特性曲線上における始動トルクを正確に算出する。【解決手段】始動トルク測定方法であって、（ａ）被測定モーターの定格電圧より小さいｎ個（ｎは３以上の整数）の駆動電圧で前記被測定モーターを駆動する工程と、（ｂ）前記ｎ個の駆動電圧のそれぞれにおいて、前記被測定モーターの始動トルクを算出する工程と、（ｃ）前記ｎ個の駆動電圧と前記始動トルクとを用いて、駆動電圧と始動トルクとの関係を示す一次近似式を算出し、前記一次近似式を用いて、前記定格電圧における始動トルクを算出する工程と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動トルク測定方法であって、
（ａ）被測定モーターの定格電圧より小さいｎ個（ｎは３以上の整数）の駆動電圧で前記被測定モーターを駆動する工程と、
（ｂ）前記ｎ個の駆動電圧のそれぞれにおいて、前記被測定モーターの始動トルクを算出する工程と、
（ｃ）前記ｎ個の駆動電圧と前記始動トルクとを用いて、駆動電圧と始動トルクとの関係を示す一次近似式を算出し、前記一次近似式を用いて、前記定格電圧における始動トルクを算出する工程と、
を備える、始動トルク測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の始動トルク測定方法において、
前記ｎ個の駆動電圧は、前記ｎ個の駆動電圧と、前記ｎ個の駆動電圧における始動トルクと、を用いて算出される相関係数が、あらかじめ定められた判定値以上となるように、前記ｎ個の駆動電圧を用いる、始動トルク測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の始動トルク測定方法において、
前記ｎ個の駆動電圧は、前記被測定モーターの定格電圧の１／１０以下である、始動トルク測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の始動トルク測定方法において、前記負荷モーターは、コアレスモーターである、始動トルク測定方法。
【請求項５】
始動トルク測定装置であって、
モーター特性が既知である負荷モーターと、
被測定モーターの出力軸と前記負荷モーターの出力軸とが一体に回転する様に前記２つの出力軸を結合するカップリングと、
前記被測定モーターに対して定格電圧より小さいｎ個（ｎは３以上の整数）の駆動電圧を供給する電圧供給部と、
前記ｎ個の駆動電圧において、前記被測定モーターの回転方向と反対側に回転する様に前記負荷モーターに電流を流す電流制御部と、
前記負荷モーターに流す電流から前記ｎ個の駆動電圧における前記被測定モーターの始動トルクを算出する始動トルク算出部と、
前記ｎ個の駆動電圧と前記始動トルクとを用いて、駆動電圧と始動トルクとの関係を示す一次近似式を算出し、前記一次近似式を用いて、前記定格電圧における始動トルクを算出する定格始動トルク算出部と、
を備える、
始動トルク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置の始動トルクを測定する装置、方法に関する。
【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、始動トルクは、電気機械装置の最大トルクであり、電機機械装置の特性から、トルクは電流に比例するため、始動トルク測定時には電気機械装置に流れる電流も最大となる。かかる状態では、この電流による発熱（銅損、ジュール熱）も大きくなり、電磁コイルの温度がかなり上昇する。一方、モーターの特性曲線における始動トルクは、コイル温度が過度に高くない状態におけるトルクである。従って、従来は、モーターの特性曲線における始動トルクを正確に測定することが難しいという問題があった。
【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、モーターの特性曲線上における始動トルクを正確に算出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］
始動トルク測定方法であって、（ａ）被測定モーターの定格電圧より小さいｎ個（ｎは３以上の整数）の駆動電圧で前記被測定モーターを駆動する工程と、（ｂ）前記ｎ個の駆動電圧のそれぞれにおいて、前記被測定モーターの始動トルクを算出する工程と、（ｃ）前記ｎ個の駆動電圧と前記始動トルクとを用いて、駆動電圧と始動トルクとの関係を示す一次近似式を算出し、前記一次近似式を用いて、前記定格電圧における始動トルクを算出する工程と、を備える、始動トルク測定方法。
この適用例によれば、発熱の低い定格電圧よりも小さい駆動電圧で被測定モーターを駆動し、始動トルクを測定し、駆動電圧と始動トルクとの間の一次近似式を算出して、定格電圧における始動トルクを算出するので、発熱による影響を抑制し、定格電圧における始動トルクを精度良く算出することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の始動トルク測定方法において、前記ｎ個の駆動電圧は、前記ｎ個の駆動電圧と、前記ｎ個の駆動電圧における始動トルクと、を用いて算出される相関係数が、あらかじめ定められた判定値以上となるように、前記ｎ個の駆動電圧を用いる、始動トルク測定方法。
この適用例によれば、一次近似式での直線フィッティングの適合度が十分高い範囲の駆動電圧を用いるので、定格電圧における始動トルクを精度良く算出することができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例１または２に記載の始動トルク測定方法において、前記駆動電圧は、前記被測定モーターの定格電圧の１／１０以下である、始動トルク測定方法。
駆動電圧が、被測定モーターの定格電圧の１／１０以下であれば、発熱を抑えることが出来る。
【００１０】
［適用例４］
適用例１〜３のいずれか一つの適用例に記載の始動トルク測定方法において、前記負荷モーターは、コアレスモーターである、始動トルク測定方法。
コアレスモーターであれば、鉄損の影響を抑えることが出来る。
【００１１】
［適用例５］
始動トルク測定装置であって、モーター特性が既知である負荷モーターと、被測定モーターの出力軸と前記負荷モーターの出力軸とが一体に回転する様に前記２つの出力軸を結合するカップリングと、前記被測定モーターに対して定格電圧より小さいｎ個（ｎは３以上の整数）の駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記ｎ個の駆動電圧において、前記被測定モーターの回転方向と反対側に回転する様に前記負荷モーターに電流を流す電流制御部と、前記負荷モーターに流す電流から前記ｎ個の駆動電圧における前記被測定モーターの始動トルクを算出する始動トルク算出部と、前記ｎ個の駆動電圧と前記始動トルクとを用いて、駆動電圧と始動トルクとの関係を示す一次近似式を算出し、前記一次近似式を用いて、前記定格電圧における始動トルクを算出する定格始動トルク算出部と、を備える、始動トルク測定装置。
この適用例によれば、発熱の低い定格電圧よりも小さい駆動電圧で被測定モーターを駆動し、始動トルクを測定し、駆動電圧と始動トルクとの間の一次近似式を算出して、定格電圧における始動トルクを算出するので、発熱による影響を抑制し、定格電圧における始動トルクを精度良く算出することができる。
【００１２】
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、始動トルク測定方法の他、始動トルク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】
【００１３】
【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】被測定モーターと負荷モーターのモーター特性曲線（回転数−トルク特性および電流−トルク特性）を示す説明図である。
【図３】定格電圧における始動トルクを算出するフローチャートを示す説明図である。
【図４】第１の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。
【図５】第１の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。
【図６】第２の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。
【図７】第２の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。
【図８】第３の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。
【図９】第３の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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ー（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、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、電流制御部２１０と、電源部２２０と、を備える。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、カップリング３０により接続される。
【００１５】
計測用コンピューター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、電流制御部２１０と、電源部２２０と、回転数計測部２３０と、に接続されている。この計測コンピューター１３００は、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。
【００１６】
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ー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ー１３００は、後述するように、被測定モーター１０の定格電圧Ｖｍの１／１０以下の駆動電圧と、その駆動電圧において被測定モーター１０の回転を負荷モーター２０で停止させたときの負荷モーター２０の電流から被測定モーター１０の定格電圧Ｖｍにおける始動トルクを算出する。尚、定格とは、温度上昇の面からモーターに保証された使用限度をいい、その電圧条件を指定したのが定格電圧であり、始動トルクとは、モーターが始動する瞬間に出すトルクのことである。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。
【００１７】
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を被測定モーター１０の回転方向と反対方向に回転するように駆動する。電流制御部２１０は、負荷モーター２０に所定の電流を供給し、被測定モーター１０の回転を停止させる。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。
【００１８】
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に与える始動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。
【００１９】
図２は、被測定モーター１０と負荷モーター２０のモーター特性曲線（回転数−トルク特性および電流−トルク特性）を示す説明図である。これらの特性は、それぞれのモーターが、例えば定格電圧で動作するときの特性を示している。ここで、負荷モーターの２０については、回転数−トルク特性と、電流−トルク特性と、トルク定数ＫTは既知である。一方、被測定モーター１０については、回転数−トルク特性と、電流−トルク特性と、トルク定数ＫTは未知である。ここで、被測定モーター１０の無負荷回転数および無負荷電流については、正確に測定することができる。一方、被測定モーター１０の始動トルク、始動電流については、発熱のため、正確に測定することは困難である。
【００２０】
被測定モーター１０に負荷モーター２０をカップリング３０により接続し、被測定モーター１０に駆動電圧Ｖ１を印加したとする。この場合の被測定モーター１０の動作点は、回転数−トルク特性上で、点Ｐ１である。このとき、負荷モーター２０は、発電機として機能し、被測定モーター１０には、負荷モーター２０の回生ブレーキによるトルクと、負荷モーター２０の機械損に起因するトルクが加わる。
【００２１】
次に、被測定モーター１０の回転方向と反対方向に負荷モーター２０が回転するように、負荷モーター２０に電流Ｉ２を印加し、被測定モーター１０の回転を停止させる。このときの動作点は、被測定モーター１０については、回転数−トルク特性上で、点Ｐ２である。一方、負荷モーター２０については、回転数−トルク特性上で、点Ｐ３である。点Ｐ３は、トルクＴ２、回転数０であり、負荷モーター２０の始動点でもある。この時、トルクＴ２と、電流Ｉ２の間には、Ｔ２＝ＫT×Ｉ２の関係がある。また、このとき、被測定モーター１０は回転しておらず、機械損が発生していない。したがって、作用、反作用の関係から、被測定モーター１０に掛かるトルクＴ１は、Ｔ２と等しい。このように、定格電圧Ｖｍの１／１０以下の駆動電圧Ｖ１のときの被測定モーター１０の始動トルクを得ることが出来る。
【００２２】
図３は、被測定モーター１０の定格電圧における始動トルクを算出するフローチャートを示す説明図である。ステップＳ１００では、初期設定で、測定回数を示す変数ｎの値を０とし、初期の被測定モーター１０の駆動電圧Ｖ（０）を０［Ｖ］とする。以下では、ｎ回目の測定における被測定モーター１０を駆動する駆動電圧をＶ（ｎ）と記し、そのときの始動トルクをＴ（ｎ）と記す。ステップＳ１１０では、変数ｎの値に１を加える。
【００２３】
ステップＳ１２０では、計測ＰＣ１３００は、被測定モーター１０の定格電圧Ｖｍの１／１０以下の駆動電圧Ｖ（ｎ）で被測定モーター１０を駆動する。このとき、計測ＰＣ１３００は、Ｖ（ｎ）＞Ｖ（ｎ−１）となるように、駆動電圧Ｖ（ｎ）を設定する。ここで、Ｖ（ｎ−１）は、前回の駆動電圧である。なお、変数ｎが１の時は、Ｖ（ｎ−１）は、０［Ｖ］である。
【００２４】
ステップＳ１３０では、計測ＰＣ１３００は、被測定モーター１０の回転方向と反対方向に負荷モーター２０を駆動するように、負荷モーター２０に電流Ｉ（ｎ）を印加し、被測定モーター１０の回転を停止させる。ステップＳ１４０では、計測ＰＣ１３００は、被測定モーター１０の始動トルクＴ１（ｎ）を以下の式で算出する。
Ｔ１（ｎ）＝ＫT×Ｉ（ｎ）  …（１）
【００２５】
ステップＳ１５０では、計測ＰＣ１３００は、駆動電圧Ｖ（１）〜Ｖ（ｎ）と始動トルクＴ１（１）〜Ｔ１（ｎ）との関係を、一次近似式で直線フィッティングし、その相関係数ｒを算出する。
【００２６】
ステップＳ１６０では、相関係数ｒが判定値ｒｊ以上か否かを判断する。この判定値ｒｊは、一次近似式での直線フィッティングの適合度が十分高いことを示す値であり、例えば、０．９９以上の値に設定されることが好ましく、０．９９９以上の値に設定されることが更に好ましい。相関係数ｒが判定値ｒｊ以上の時は、計測ＰＣ１３００は、処理をステップＳ１１０に移行し、駆動電圧と始動トルクのデータを増やす。一方、相関係数ｒが判定値ｒｊ未満の時には、計測ＰＣ１３００は、処理をステップＳ１７０に移行する。
【００２７】
ステップＳ１７０では、計測ＰＣ１３００は、変数ｎが３であるか否かを判断する。変数が３で相関係数ｒが判定値未満の場合には、一次近似式での直線フィッティングの適合度が低いと判断できる。そのため、計測ＰＣ１３００は、処理をステップＳ１００に移行し、駆動電圧Ｖ（ｎ）を新たに設定し、最初からやり直す。なお、最初からやり直す場合、駆動電圧Ｖ（１）〜Ｖ（ｎ）を、今回の相関係数ｒを算出したときのＶ（１）〜Ｖ（ｎ）よりもそれぞれ小さくすることが好ましい。
【００２８】
ステップＳ１８０では、計測ＰＣ１３００は、（Ｖ（１）、Ｔ１（１））〜（Ｖ（ｎ−１）、Ｔ１（ｎー１））のデータを用いて算出された一次近似式を採用する。この範囲内では、一次近似式での直線フィッティングの適合度が十分高いからである。
【００２９】
ステップＳ１９０では、計測ＰＣ１３００は、ステップS１８０で採用した一次近似式を用いて駆動電圧が定格電圧Ｖｍのときの始動トルクＴ１ｍを算出する。
【００３０】
図４は、第１の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。図５は、第１の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。第１の被測定モーターは、定格電圧（２００Ｖ）における始動トルクが約２［Ｎｍ］クラスのモーターである。第１の被測定モーターにおいて、添字ｎが４までは、相関係数ｒが１．００００であり、ほぼ完全な直線上に載っている。それから駆動電圧と始動トルクの測定点が増える毎に、相関係数ｒが小さくなりほぼ完全な直線からズレていくことが分かる。図５のグラフで見れば、駆動電圧が上がると、始動トルクはほぼ完全な直線から見込まれる値よりも小さくなることがわかる。これは以下のように考えられる。駆動電圧が上がると、発熱し、被測定モーター１０、負荷モーター２０のいずれも、温度があがる。温度が上がれば電磁コイルを形成する導体の電気抵抗が大きくなるので、モーターに流れる電流が少なくなる。その結果、始動トルクが小さく測定される。すなわち始動トルクは、温度の影響を受けやすい。
【００３１】
したがって、温度の影響を受けにくい範囲の駆動電圧において始動トルクを測定し、これらの値を用いて外挿により定格電圧における始動トルクを算出することがよい。具体的には、定格電圧よりも１／１０以下の範囲内で被測定モーター１０を駆動し、駆動電圧と始動トルクの関係がほぼ完全な直線状態である範囲内の駆動電圧と始動トルクのデータを取得することが好ましい。あるいは、一次近似式の相関係数があらかじめ定められた許容値以上の範囲で駆動電圧と始動トルクのデータを取得するようにしてもよい。この許容値は、０．９９以上の値に設定されることが好ましく、０．９９９以上の値に設定されることが更に好ましい。そしてこれらのデータを用いて一次近似式を算出し、一次近似式を用いて定格電圧Ｖｍにおける始動トルクを外挿することにより、温度に依存せずに、定格電圧Ｖｍにおける始動トルクを求めることが出来る。
【００３２】
図６は、第２の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。図７は、第２の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。第２の被測定モーターは、定格電圧（２００Ｖ）における始動トルクが約０．２［Ｎｍ］クラスのモーターである。第２の被測定モーターにおいても、第１の測定モーターと同様の傾向を示している。なお、第２の被測定モーターは、第１の被測定モーターよりも、定格電圧における始動トルクが小さいクラスのモーターなので、５０Ｖ程度でも、比較的高い相関係数となっている。
【００３３】
図８は、第３の被測定モーターの駆動電圧と始動トルク（実測）を示す表である。図９は、第３の被測定モーターの駆動電圧と始動トルクの関係を示すグラフと一次近似式のグラフである。第３の被測定モーターは、定格電圧（２００Ｖ）における始動トルクが約２０［Ｎｍ］クラスのモーターである。第３の被測定モーターにおいても、第１の測定モーターと同様の傾向を示している。
【００３４】
以上のように、被測定モーター１０を定格電圧近くの高い駆動電圧で駆動して始動トルクを測定すると、発熱により、始動トルクが正確に測定しにくい。一方、本実施例では、定格電圧よりも十分に低い駆動電圧で被測定モーター１０を駆動して始動トルクを測定し、ほぼ完全な直線となる範囲内のデータを用いて、一次近似式を算出し、外挿により被測定モーター１０の定格電圧における始動トルクを算出することができる。なお、図３のフローチャートでは、相関係数ｒを算出しているが、より簡便な方法として、定格電圧よりも十分に低い駆動電圧で始動トルクを測定して一次近似式のみを算出し、相関係数を算出せずに、定格電圧の始動トルクを算出することもできる。定格電圧よりも十分に低い駆動電圧として、定格電圧の１／１０以下の駆動電圧を採用することが好ましい。
【００３５】
また、図３のフローチャートで説明したように、駆動電圧を少しずつ上げていき、各駆動電圧で始動トルクを測定し、相関係数ｒを算出する。そして相関係数ｒの値により、駆動電圧と始動トルクとの関係が、ほぼ完全な直線から外れたとき（相関係数ｒが判定値ｒｊ未満になったとき）には、外れる直前までのデータを用いて算出された一次近似式を採用し、外挿により被測定モーター１０の定格電圧における始動トルクを算出してもよい。この場合、駆動電圧と始動トルクとの関係が、ほぼ完全な直線から外れたときには、その後の測定は、行われなくても良い。
【００３６】
上記各実施例では、一次近似式との直線フィッティングの適合度を判断するのに、相関係数ｒを用いていたが、相関係数ｒの二乗であるｒ2を用いても良い。
【００３７】
上記各実施例で、負荷モーター２０を含むモーター部１２００を用いてトルク測定を行っていたが、この代わりに機械的トルク測定装置を用いても良い。
【００３８】
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】
【００３９】
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…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ー（計測ＰＣ）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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