JPH06311775A

JPH06311775A - トルク測定方法およびその装置とこれを用いたトルク制御装置および動力計

Info

Publication number: JPH06311775A
Application number: JP5089650A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Watanabe; 勉渡辺; Chihiro Yamada; 千尋山田
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd; Toei Electric Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd; Toei Electric Co Ltd
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】精度よくモーターの実効的なトルクを計算する
ことが可能であり、また、このトルクの計算値に基づい
て正確なモーターのトルク制御を行うことができ、測定
対象物に対して正確なトルクの負荷を与えることが可能
なトルク測定方法およびその装置とこれを用いたトルク
制御装置および動力計を得ることを目的とする。【構成】トルク演算回路１０はレゾルバ６１等の測定
値に基づいて、モーター７の回転数Ｎ、モーター７の電
機子誘起電圧Ｅ、およびモーター７のトルクを算出す
る。損失記憶テーブル１１は予めモーター７の電機子誘
起電圧Ｅと回転数とを一定間隔のパラメーターとして測
定した損失のトルク換算値Ｔ_LOSSを３次元テーブルの形
式で記憶する。減算回路１２はトルク演算回路１０で算
出されたトルクから、損失記憶テーブル１１から入力さ
れる上述の損失のトルク換算値Ｔ_LO _SSを減算して補正す
る。トルク制御回路１３は補正後のトルクの値とトルク
の設定値に基づいてモーター７をトルク制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトルクを計算し、さらに
モーターの回転数、および、電機子の誘起電圧に基づい
てトルクを補正し、この値に基づいて該モーターについ
てトルク制御、および、速度制御等を行うトルク測定方
法と制御方法およびこれらを用いた動力計に関する。

【０００２】

【従来の技術】モーターの回転力（トルク）を測定し、
この情報に基づいて該モーターをトルク制御する方法お
よび装置としては、以下に述べるようなものが知られて
いる。図８は、ＤＣモーターのトルク制御を行う従来の
トルク制御装置９の構成を示す図である。図９は、トル
ク制御装置９においてトルク計算値の補正に使用される
ＤＣモーターの回転数ωと損失値Ｔ_LOSSの関係を示す図
である。

【０００３】制御の対象となるＤＣモーターには角速
度、電機子の誘起電圧、および電流等の測定手段が備え
られており（いずれも図示せず）、トルク制御装置９は
これらの値を測定してそのトルクを計算し、ＤＣモータ
ーの制御を行う。トルク制御装置９の動作の概要は、以
下の通りである。

【０００４】トルク演算回路９１は、ＤＣモーターの回
転角度に基づいて、その単位時間当たりの回転数を算出
し、さらにこの回転数、電機子の端子電圧等から電機子
の誘起電圧を算出し、これらの値と電機子の電流に基づ
いてＤＣモーターのトルクを計算する。

【０００５】損失データ記憶テーブル９４は、トルク演
算回路９１の制御に基づいて、ＤＣモーター回転数に対
応する損失の値Ｔ_LOSSを損失データ記憶テーブル９１か
ら読み出し、減算回路９２に入力する。減算回路９２
は、この損失の値を前記トルクの計算結果から減算して
補正を行い、ＤＣモーターの実効的なトルクを算出す
る。トルク制御回路９３は、この算出されたトルクの値
に基づいてＤＣモーターの制御を行う。

【０００６】ここで、損失データ記憶テーブル９４に記
憶される損失の値Ｔ_LOSSは、回転数ωをパラメータとし
て、この回転数に対応する関数として記憶されている。
このモーターの回転数ωと損失の値Ｔ_LOSSとの関係は、
例えば図９に示す通りである。

【０００７】以上のようにトルク制御装置９によりモー
ターの実効的なトルクの値を算出し、このトルクの値に
基づいてトルク制御回路９３を介して、例えばサイリス
タレオナード回路等を用いてＤＣモーターに供給する電
力の電圧値を適切に制御することにより、ＤＣモーター
のトルクを所定の値に保つことが可能である。

【０００８】つまり、ＤＣモーターのトルクが所定の値
よりも小さくなった場合にはＤＣモーターに供給する電
力の電圧値を上げてトルクを大きくし、逆に所定の値よ
りも大きくなった場合にはＤＣモーターに供給する電力
の電圧値を下げてトルクを小さくするという制御を行っ
てトルクを一定に保つ。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】モーターの実効的なト
ルクの算出に使用される損失Ｔ_LOSSは従来、上述のよう
に、モーターの回転数ωの関数として取り扱われてき
た。しかし上述のように、少なくとも鉄損の内のヒステ
リシス損はモーターの回転数の関数ではないため、実際
のモーターの運転にあってはこの損失Ｔ_LOSSを回転数の
みの関数としては扱い得ない。

【００１０】つまり、このヒステリシス損の原因のひと
つである界磁電流と界磁磁束密度との関係には、例えば
図１０に示すようなヒステリシスがある。また、電機子
反作用および界磁電源の変動等により界磁電流は一定と
はならない。従って、界磁電流と界磁磁束密度の関係
は、このヒステリシスループ上を移動することになり、
モーターの界磁電流が同一である場合にも、このヒステ
リシスを生じる範囲では界磁磁束密度を一意に求めるこ
とができない。

【００１１】ここで、損失Ｔ_LOSSは主に鉄損および機械
損によって生じ、この内の鉄損は、界磁電流と界磁磁束
密度のヒステリシスによるヒステリシス損およびうず電
流損から生じる。

【００１２】したがって、従来のように鉄損をモーター
の回転数のみの関数として計算して補正を行った場合、
実効的なモーターのトルクを正確に計算することができ
ないという問題がある。

【００１３】また、モーターの実効的なトルクを正確に
求めることができず、モーターに対して正確なトルク制
御を行うことができないという問題がある。また、この
ようなモーターのトルク制御を行い、例えば自動車とい
った測定対象物について所定のトルク値の負荷を与える
動力計においては、測定対象の自動車に与えられる負荷
が正確でないためにその燃費等の測定結果に誤差が生じ
ることになるという問題点がある。

【００１４】本発明は以上に述べた従来技術の問題に鑑
みてなされたものであり、より精度よくモーターの実効
的なトルクを計算することが可能であり、また、このト
ルクの計算値に基づいて正確なモーターのトルク制御を
行うことができ、測定対象物に対して正確なトルクの負
荷を与えることが可能なトルク測定方法およびその装置
とこれを用いたトルク制御装置および動力計と提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために本発明のトルク測定方法は、動作中のモーターの
電機子の電流および端子電圧を測定し、これらに基づい
て前記電機子の誘起電圧を算出し、前記モーターの回転
角を測定してその回転数を算出し、前記誘起電圧および
前記回転数に基づいて、前記モーターのトルクを算出
し、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予め算出
した前記モーターの損失のトルク換算値を前記算出され
たトルクから減算してトルクを補正する。

【００１６】また、前記損失のトルク換算値は、前記モ
ーターを複数の所定の回転数で回転させて、各回転数に
おける前記電機子の電流および端子電圧を測定し、これ
らに基づいて前記電機子の誘起電圧を算出し、前記誘起
電圧および前記所定の回転数に基づいて算出され、前記
誘起電圧および前記回転数と対応付けて記憶され、前記
損失のトルク換算値の算出の際の前記誘起電圧の設定
は、所定の設定電圧と前記電機子の端子電圧を比較し、
前記電機子の端子電圧が前記設定電圧に達した場合に界
磁電流を弱めることにより行われ、動作中の前記モータ
ーの電機子の誘起電圧、および、回転数、または、いず
れか一方が記憶されている値に一致しない場合に、記憶
されている前記損失のトルク換算値に基づいて、動作中
の前記モーターの電機子の誘起電圧、および、回転数に
対応する前記損失のトルク換算値を関数補間することを
特徴とする。

【００１７】また、本発明のトルク測定装置は、動作中
のモーターの電機子の電流、前記電機子の端子電圧、お
よび、前記モーターの回転角を測定する測定手段と、前
記電機子の電流および端子電圧に基づいて前記電機子の
誘起電圧を算出し、前記回転角に基づいて前記モーター
の回転数を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前
記回転数に基づいて、前記モーターのトルクを算出する
トルク算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対
応して予め算出した前記モーターの損失のトルク換算値
を前記算出されたトルクから減算して補正する補正手段
とを有する。

【００１８】また、前記モーターを所定の回転数で回転
させる回転数制御手段と、テーブルとをさらに有し、前
記回転数制御手段により前記モーターを複数の所定の回
転数で回転させ、前記各回転数における前記測定手段に
より前記電機子の電流および端子電圧を測定し、前記電
機子の電流および端子電圧の値に基づいて、前記算出手
段により前記電機子の誘起電圧が算出され、前記誘起電
圧および前記所定の回転数に基づいて前記損失のトルク
換算値が算出され、前記損失のトルク換算値は、前記テ
ーブルに前記誘起電圧および前記各回転数とに対応付け
られて記憶されることを特徴とする。

【００１９】また、所定の設定電圧と前記電機子の端子
電圧を比較し、前記電機子の端子電圧が前記設定電圧に
達した場合に前記モーターの界磁電流を弱め、前記誘起
電圧を設定する誘起電圧設定手段をさらに有し、前記損
失のトルク換算値を算出する際に、前記誘起電圧設定手
段により誘起電圧の設定を行うことを特徴とする。

【００２０】また、前記トルク計算手段または前記テー
ブルは、動作中の前記モーターの誘起電圧、および、回
転数、または、いずれか一方が前記テーブルに記憶され
ている値に一致しない場合に、前記テーブルに記憶され
る損失のトルク換算値に基づいて、動作中のモーターの
前記誘起電圧および前記回転数に対応する損失のトルク
換算値を関数補間することを特徴とする。

【００２１】また、本発明のトルク制御装置は、動作中
のモーターの電機子の電流、前記電機子の端子電圧、お
よび、前記モーターの回転角を測定する測定手段と、前
記電機子の電流および端子電圧に基づいて前記電機子の
誘起電圧を算出し、前記回転角に基づいて前記モーター
の回転数を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前
記回転数に基づいて、前記モーターのトルクを算出する
トルク算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対
応して予め算出した前記モーターの損失のトルク換算値
を前記算出されたトルクから減算して補正する補正手段
と、前記補正されたトルクに基づいて前記モーターにつ
いて速度制御、および、トルク制御、または、いずれか
一方を行うモーター制御手段とを有する。

【００２２】また、本発明の動力計は、動作中のモータ
ーの電機子の電流、前記電機子の端子電圧、および、前
記モーターの回転角を測定する測定手段と、前記電機子
の電流および端子電圧に基づいて前記電機子の誘起電圧
を算出し、前記回転角に基づいて前記モーターの回転数
を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数
に基づいて、前記モーターのトルクを算出するトルク算
出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予
め算出した前記モーターの損失のトルク換算値を前記算
出されたトルクから減算して補正する補正手段と、前記
補正されたトルクに基づいて前記モーターについて速度
制御、および、トルク制御、または、いずれか一方を行
うモーター制御手段と、モーターについて速度制御、お
よび、トルク制御、または、いずれか一方を行い、測定
対象に負荷を与える手段とを有する。

【００２３】

【作用】電機子の誘起電圧、電機子の電流、および回転
数に基づいてモーターのトルクを計算し、さらにモータ
ーの回転数、および電機子の誘起電圧に対応した損失値
を求め、前記トルクの計算値についてこの損失値に基づ
いた補正を行うことにより正確なモーターの実効的なト
ルクの値を求める。

【００２４】また、上記損失値は、予め所定の電機子の
誘起電圧およびモーターの回転数をパラメーターとして
該モーターについてトルクの測定を行って３次元テーブ
ルの形式で記憶される。

【００２５】モーターの動作時には、該モーターについ
て実測された電機子の誘起電圧とモーターの回転数に基
づいてこのテーブルを参照してトルクの計算値の補正を
行う。また、これらの前記３次元テーブルのパラメータ
と実測値が一致しない場合、３次元テーブルに記憶され
ているパラメーターであって、実測値に近いものに基づ
いて補間を行って上記トルク計算値の補間に使用する。

【００２６】また、上記のようにして得られた補正後の
モーターの実効的なトルクに基づいて正確なモーターの
トルク制御を行う。以上のようなモーターのトルク測定
とトルク制御を動力計に適用して、測定対象に対して正
確な定トルクの負荷を与える。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明のトルク演算制御装置１を応用した動力計の構成
を示す図である。本発明のトルク演算制御装置１は、例
えば図１に示すように、動作制御装置６を介してモータ
ー７をトルク制御し、自動車８１に対して端末５から設
定された所定の定トルク負荷を与え、自動車８１の燃
費、排気ガス等の測定を行う動力計に適用される。

【００２８】図２は、図１に示した動力計のトルク制御
に関係する部分の構成を示す図である。図２において、
トルク演算制御装置１はモーター７の実効的なトルクを
算出し、このトルクの値に基づいて動作制御装置６を制
御してモーター７に対してトルク制御等を行う。

【００２９】動作制御装置６は、例えばサイリスタレオ
ナード装置であり、トルク演算制御装置１からの制御情
報に基づいて動作制御装置６のサイリスタを点弧角制御
し、モーター７を制御する。モーター７は、トルク演算
制御装置１の制御の対象となるＤＣモーターである。

【００３０】モーター７の補極７１は、モーター７の電
機子の主極（図示せず）に直列に接続され、電機子起磁
力を打ち消す。なお、本発明においては補極７１は主極
の誘起電圧の算出の際に、その銅損の補正のために使用
される。

【００３１】レゾルバ６１は、モーター７の回転角を検
出する。トルク演算制御装置１は、この回転角に基づい
てモーター７の単位時間当たりの回転数を算出する。第
一の電圧計６２は、補極７１の電圧を測定してトルク演
算制御装置１に入力する。第二の電力計６３は、電機子
の電圧を測定して界磁制御装置６５、およびトルク演算
制御装置１に入力する。なお、電力計６２、６３に抵抗
器による分圧回路を前置して、電圧計６２、６３に印加
される電圧を適宜低くするように構成してもよい。

【００３２】電流計６４は、モーター７の電機子に流れ
る電流を測定してトルク演算制御装置１に入力する。図
３は、界磁制御装置６５およびその周辺部分の構成を示
す図である。界磁制御装置６５は、電機子の電圧に基づ
いてモーター７の界磁コイル７２に流れる電流を制御す
る装置であり、後述する損失データ記憶テーブル１１を
生成する際に使用される。

【００３３】図４は、界磁制御装置６５による界磁電流
の制御を説明する図である。モーター７の回転数Ｎ、電
機子の端子電圧Ｖ_a、および界磁電流Ｉ_fの関係は図４
に示す通りである。界磁制御装置６５は、電圧計６２の
電圧を常に監視して、モーター７の回転数が大きくなっ
て電機子の端子電圧（Ｖ_a）が予め設定された界磁弱め
開始電圧（Ｖ_an）を超えようとすると、界磁電流Ｉ_fの
値を小さくする（しぼる）。すると、モーター７が回転
数一定になるように制御されている場合、界磁電流Ｉ_f
の減少により界磁磁束密度φが減少し、次式より電機子
の端子電圧Ｖ_aは下がる。

【数１】Ｖ_a∝φＮ・・・（１）

【００３４】電機子の端子電圧Ｖ_aが下がると、界磁制
御装置６５は再び界磁電流Ｉ_fを元に戻す。従って、界
磁磁束密度φも元に戻るので、式１より電機子端子電圧
も元に戻り、結局電機子の端子電圧は、

【数２】Ｖ_a≒Ｖ_an ・・・（２）となる。

【００３５】後述する速度制御装置１５によりモーター
７の回転数を一定に保ち、さらに界磁制御装置６５を使
用することにより、電機子の端子電圧Ｖ_aを常に一定に
保つことができる。また、界磁弱め電圧の設定変更によ
り、電機子の端子電圧Ｖ_aを任意の値に設定可能であ
る。

【００３６】図５は、本発明のトルク演算制御装置１の
構成を示す図である。トルク演算回路１０は、レゾルバ
６１、電圧計６２、６３、および電流計６４の測定値に
基づいて、モーター７の回転数Ｎ、モーター７の電機子
誘起電圧Ｅ、およびモーター７のトルクを算出する。

【００３７】損失データ記憶テーブル１１は、予め界磁
制御装置６５によりモーター７を所定の複数の回転数で
等速回転させて、モーター７の電機子誘起電圧Ｅと回転
数とを一定間隔のパラメーターとして測定した損失のト
ルク換算値Ｔ_LOSSを３次元テーブルの形式で記憶する。
損失データ記憶テーブル１１には、トルク演算回路１０
で算出された回転数Ｎと電機子誘起電圧Ｅが入力され、
損失データ記憶テーブル１１は記憶されるパラメーター
とこれらが一致した場合、そのまま対応する損失のトル
ク換算値Ｔ_LOSSを減算回路１２に入力する。

【００３８】これらが一致しない場合、損失データ記憶
テーブル１１において、例えば以下のような補間が行わ
れ、この補間結果が減算回路１２に入力される。トルク
演算回路１０で算出されたモーター７の回転数ｘと電機
子誘起電圧ｙに対応する損失Ｔ_LOSSxyを求める。損失デ
ータ記憶テーブル１１に記憶された以下の４つのパラメ
ーターＴ₁₁、Ｔ ₂₁、Ｔ₁₂、Ｔ₂₂の範囲内（Ｎ₁＜ｘ＜Ｎ
₂、Ｅ₁＜ｙ＜Ｅ₂）にある場合について述べる。Ｔ₁₁：（Ｎ₁，Ｅ₁，Ｔ_LOSS11）、Ｔ₂₁：（Ｎ₂，
Ｅ₁，Ｔ_LOSS21）、Ｔ₁₂：（Ｎ₁，Ｅ₂，Ｔ_LOSS12）、
Ｔ₂₂：（Ｎ₂，Ｅ₂，Ｔ_LOSS22）、ただし、Ｎ₁、Ｎ₂
は、損失データ記憶テーブル１１にパラメーターとして
記憶されるモーター７の回転数、Ｅ₁、Ｅ₂は、損失デ
ータ記憶テーブル１１にパラメーターとして記憶される
モーター７の電機子誘起電圧、Ｔ_LOSS11〜Ｔ_LOSS22は、
これらのパラメーターに対応する損失のトルク換算値Ｔ
_LOSSである。説明の便宜上、これらをベクトルとして扱
う。

【００３９】まず、損失データ記憶テーブル１１は回転
数ｘ、電機子誘起電圧ｙがこれらの範囲にあることを判
定する。次に、以下の２つのベクトルＴ_y1、Ｔ_y2を求め
る。

【数３】Ｔ_y1＝（（Ｅ₂−ｙ）Ｔ₁₁＋（ｙ−Ｅ₁）Ｔ₁₂）／（Ｅ₂−Ｅ₁）・・・（３）

【数４】Ｔ_y2＝（（Ｅ₂−ｙ）Ｔ₂₁＋（ｙ−Ｅ₁）Ｔ₂₂）／（Ｅ₂−Ｅ₁）・・・（４）

【００４０】次に、これらのベクトルについて次の演算
を行う。

【数５】Ｔ_xy＝（（Ｎ₂−ｘ）Ｔ_y1＋（ｘ−Ｎ₁）Ｔ_y2）／（Ｎ₂−Ｎ₁）・・・（５）ここで、

【数６】Ｔ_xy＝（ｘ，ｙ，Ｔ_LOSSxy）・・・（６）である。なお、これらの計算は、トルク演算回路１０で
行うように構成してもよい。

【００４１】減算回路１２は、トルク演算回路１０で算
出されたトルクから、損失データ記憶テーブル１１から
入力される上述の損失のトルク換算値Ｔ_LOSSを減算して
補正し、トルク制御回路１３、および表示インターフェ
ース回路１４に入力する。トルク制御回路１３は、減算
回路１２から入力される補正後のトルクの値と、トルク
の設定値に基づいて動作制御装置６に対する制御信号を
発生する。表示インターフェース回路１４は、補正後の
トルクの値、およびモーター７の回転数等を表示装置に
表示する。

【００４２】速度制御装置１５は、損失データ記憶テー
ブル１１の３次元形式のテーブルを作成する際に使用さ
れ、界磁制御装置６５を制御してモーター７を等速回転
させる。通信制御回路１６は、端末５との通信制御を行
い、端末５を介して設定されるトルク演算制御装置１に
対する設定情報、あるいはトルク演算制御装置１から端
末５に出力されるトルク測定結果情報等の入出力を行
う。

【００４３】以上述べたトルク演算制御装置１の各部分
は、各部分ごとに別々のハードウェアにより構成される
か、あるいは、ＤＳＰ等により構成され、高速演算を行
う計算機上にソフトウェア的に構成されるか等を問わな
い。

【００４４】以下、トルク演算制御装置１およびこれを
用いた動力計の動作を説明する。まず、トルク演算回路
１０によるモーター７の実効的なトルクの算出とこの値
を用いたモーター７に対する制御について説明する。端
末５、通信制御回路１６を介してトルク演算回路１０に
モーター７のトルクが設定されると、トルク演算回路１
０は、この値をトルク制御回路１３に入力するとともに
トルク制御回路１３を制御してモーター７の回転を始動
する。

【００４５】モーター７の回転角度はレゾルバ６１を介
してトルク演算回路１０に入力され、トルク演算回路１
０はこの値に基づいてモーター７の回転数Ｎおよび角速
度ωを算出する。また、電圧計６２、６３、電流計６４
の測定値に基づいて以下のようにモーター７の電機子誘
起電圧の算出を行う。モーター７の電機子は、主極（図
示せず）と補極７１から構成されており、主極の誘起電
圧について、補極７１の端子電圧に基づいて銅損の補正
が行われる。

【００４６】ここで、モーター７のトルクＴは次式で定
義される。

【数７】Ｔ＝Ｐ／ω＝Ｅ・Ｉ_a／ω ・・・（７）ここで、Ｐはモーター７の電力、ωはモーター７の角速
度、Ｅは主極の誘起電圧、Ｉ_aは主極の電流である。

【００４７】また、主極の誘起電圧は次式で表される。

【数８】Ｅ＝Ｖ_a’−Ｒ_a・Ｉ_a−Ｌ_a・ｄＩ_a／ｄｔ−２Ｖ_b ・・・（８）ここで、Ｖ_a’は主極の端子電圧であり、次式の関係に
ある。

【数９】Ｖ_a’＝Ｖ_a−Ｖ_ip、・・・（９）また、Ｒ_aは主極の直流抵抗成分、Ｉ_aは主極の電流、
Ｌ_aは主極のリアクタンス成分、Ｖ_ipは、補極７１の端
子電圧、Ｖ_bは主極のブラシ一つ分の電圧降下である。

【００４８】ここで、電圧Ｖ_aは電圧計６３により、電
圧Ｖ_ipは電圧計６２により、電流Ｉ _aは電流計６４によ
り、および、角速度ωは上述のように算出されて、また
リアクタンス成分Ｌ_aは事前に測定されて既知となって
いる。また、リアクタンス電圧Ｌ_a・ｄＩ_a／ｄｔにつ
いては、リアクタンス成分の値と連続した電流Ｉ_aの値
に基づいて次式から求めることが可能である。

【数１０】ｄＩ_a／ｄｔ＝（Ｉ_ak−Ｉ_ak-1）／Δｔ・・・（１０）ただし、Ｉ_ak、Ｉ_ak-1は第ｋ番目、および、第ｋ−１番
目（ｋは整数）の測定時の電流Ｉ_aの値である。しか
し、上述のように直流抵抗Ｒ_aはモーター７の発熱に伴
って変化するので未知である。

【００４９】ここで、直流抵抗Ｒ_aについて以下のよう
に近似し、推定する。

【数１１】Ｒ_a・Ｉ_a＝ｋ（Ｖ_ip−Ｌ_ip・ｄＩ_a／ｄｔ）・・・（１１）ただし、ｋは未知の係数である。この近似が成立する理
由は、主極と補極７１には同一の電流Ｉ_aが流れるた
め、主極と補極７１の温度には比例関係があり、従って
係数ｋをモーター７の運転前に求めておくことにより精
度良く直流抵抗Ｒ_aを近似することができる。

【００５０】この係数ｋを求める方法を以下に示す。先
ず、モーター７の界磁電流を切り、モーター７が回転し
ない状態でモーター７に２種類以上の値の電流Ｉ₁、Ｉ
₂を流し、それぞれの電流値に対応する主極の端子電圧
Ｖ_a1’、Ｖ_a2’、および、モーター７の電流Ｉ_a1、Ｉ_a2
を測定する。ここで、残留磁束でモーター７が回転する
場合は、モーター７のローターを固定して回転しない状
態で測定を行う必要がある。

【００５１】モーター７は回転しておらず、また電流値
は一定なので、次式が成り立つ。

【数１２】ｄＩ_a／ｄｔ＝０・・・（１２）

【数１３】Ｅ＝０・・・（１３）

【００５２】従って、以下の連立方程式が成立する。

【数１４】Ｖ_a1’＝Ｒ_a・Ｉ_a1＋２Ｖ_b ・・・（１４）

【数１５】Ｖ_a2’＝Ｒ_a・Ｉ_a2＋２Ｖ_b ・・・（１５）よって、直流抵抗Ｒ_aと電圧降下Ｖ_bを求めることがで
きる。

【００５３】また式１１より、次式が成立する。

【数１６】Ｒ_a・Ｉ_a1＝ｋＶ_ip1 ・・・（１６）よって、係数ｋは次式により求めることができる。

【数１７】ｋ＝Ｒ_a・Ｉ_a1／Ｖ_ip1 ・・・（１７）このようにして係数ｋを事前に求め、計算に使用する。

【００５４】なお、この係数ｋはさらに多数の電流値に
基づいて計算し、平均化を行ってもよい。また、電圧降
下Ｖ_bはブラシの接触状態で変化するので、ブラシの当
たり具合を変更して数種類の値を求め、平均化して計算
に使用してもよい。

【００５５】モーター７の回転時には、次式のように式
８に式１１を代入する。

【数１８】Ｅ＝Ｖ_a’−ｋ（Ｖ_ip−Ｌ_ip・ｄＩ_a／ｄｔ） −Ｌ_a・ｄＩ_a／ｄｔ−２Ｖ_b ・・・（１８）式１８により、主極の銅損を推定し、この値に基づいた
主極の誘起電圧値の補正を行う。

【００５６】さらにトルク演算回路１０は、式１８で求
めた主極の誘起電圧Ｅを式７に代入してモーター７のト
ルクを計算する。この計算結果は減算回路１２に入力さ
れる。また、電機子誘起電圧Ｅとモーターの回転数Ｎは
損失データ記憶テーブル１１に入力され上述した損失の
トルク換算値Ｔ_LOSSの補正等に使用される。

【００５７】減算回路１２において、このトルクの値か
ら損失データ記憶テーブル１１から上述のように出力さ
れる損失のトルク換算値Ｔ_LOSSが減算され、鉄損が補正
されてモーター７の実効的なトルクの値としてトルク制
御回路１３に入力される。また、この実効的なトルクの
値は、表示インターフェース回路１４を介して表示装置
に実時間的に表示される。

【００５８】トルク制御回路１３は、このモーター７の
実効的なトルクの値と、トルクの設定値に基づいて制御
信号を生成し、動作制御装置６に入力する。ここで、図
５に示すスイッチ１７は、（ａ）側の接点を選択してい
る。つまり、上述のように算出される実効的なモーター
７のトルクの値が設定値よりも低くなった場合、動作制
御装置６がモーター７に供給する電力を増やしてモータ
ー７のトルクを大きくするように該制御信号を生成す
る。

【００５９】逆に実効的なモーター７のトルクの値が設
定値よりも高くなった場合、動作制御装置６がモーター
７に供給する電力を減らしてモーター７のトルクを小さ
くするように該制御信号を生成する。ここで、トルク制
御回路１３の制御信号の生成方法としては、例えば予め
トルクの値と発生する制御信号の関係を記憶したＲＯＭ
テーブルを参照することにより行ってもよく、また適切
な演算により行ってもよい。

【００６０】動作制御装置６は、この制御信号に従って
モーター７に供給する電力を制御してモーター７を所定
のトルクで回転させる。また、トルク演算回路１０で算
出された電機子誘起電圧等は通信制御回路１６を介して
端末５において表示、あるいは記憶される。

【００６１】このモーター７の回転は、図１に示す円筒
を介して自動車８１に伝えられ、自動車８１に対して設
定された値の一定のトルクの負荷を与える。測定装置８
０は、自動車８１に関する種々の測定を行う。

【００６２】以上で銅損および鉄損を補正したモーター
７の実効的なトルクを算出することができ、また、この
実効的なトルクの値に基づいた正確なモーター７の制御
を行うことができる。さらに、動力計の負荷、例えば自
動車等に正確なトルク値の負荷を与えられるので、自動
車の各性能の正確な測定値を得ることができる。

【００６３】以下、損失データ記憶テーブル１１の３次
元形式のテーブルの生成方法について説明する。実際に
は、この３次元形式のテーブルは動力計の使用に先立っ
て生成する必要がある。

【００６４】ここでモーター７で発生する損失は機械損
と鉄損に起因し、この内機械損は摩擦損と風損に起因す
る。摩擦損と風損は以下の式で示すように、いずれもモ
ーター７の角速度ωの関数である。

【数１９】摩擦損∝ω ・・・（１９）

【数２０】風損∝ω² ・・・（２０）ここで、次式が成り立つ。

【数２１】 ω＝２πＮ・・・（２１）よって、機械損は回転数Ｎの関数である。

【００６５】また、鉄損は渦電流損とヒステリシス損に
起因する。渦電流損とヒステリシス損は次式で示すよう
に、磁束密度Ｂと回転数Ｎの関数となる。

【数２２】渦電流損∝Ｂ²・Ｎ² ・・・（２２）

【数２３】ヒステリシス損∝Ｂ^1.6・Ｎ〜Ｂ²・Ｎ・・・（２３）磁束φ、磁束密度Ｂ、および電機子誘起電圧Ｅには以下
の関係があるので、結局鉄損はＥと回転数Ｎの関数とな
る。

【数２４】Ｂ＝φ／Ｓ・・・（２４）ただし、Ｓは有効面積である。

【００６６】

【数２５】Ｅ＝ｋφＮ・・・（２５）ただし、ｋは比例定数である。この関係を次式で表す。

【数２６】Ｔ_LOSS＝ｆ（Ｅ，Ｎ）・・・（２６）従って、損失のトルク換算値Ｔ_LOSSは、回転数Ｎと電機
子誘起電圧Ｅをパラメーターとしてテーブル化できる。

【００６７】まず、図５に示すスイッチを（ｂ）側に選
択し、速度制御装置１５と動作制御装置６を接続しモー
ター７を等速運転させる。レゾルバ６１、電圧計６２、
６３、および電流計６４により測定したモーター７の回
転角、各電圧値、および電流値はトルク演算回路１０に
入力され、上述のようにトルクが計算される。損失デー
タ記憶テーブル１１の３次元形式のテーブルはまだ生成
されていないので、損失の補正は行わずに該トルクの値
を損失のトルク換算値Ｔ_LOSSとして、図５においてトル
ク演算回路１０と損失データ記憶テーブル１１間の点線
で示すように対応するパラメーターと共に記憶する。

【００６８】回転数は上述のように速度制御装置１５へ
の設定で行う。同一回転数における電機子誘起電圧Ｅの
値の変更は、界磁制御装置６５の界磁弱め電圧を変更す
ることにより行う。つまり、速度制御装置１５でモータ
ー７の回転数を一定に保ちながら図６に示すように磁界
弱め電圧の設定値を、例えば電圧Ｖ_CN1〜Ｖ_CN2と変化
させることにより電機子の誘起電圧を変更し、この電機
子の誘起電圧に対応する損失のトルク換算値Ｔ_LOSSを算
出する。

【００６９】図７は、損失データ記憶テーブル１１の３
次元形式のテーブルの内容を説明する図である。図７に
示すように、このテーブルには電機子誘起電圧Ｅとモー
ター７の回転数をパラメーターに損失のトルク換算値Ｔ
_LOSSが記憶されている。なお、このパラメーターは等間
隔にすることが好適である。

【００７０】以上述べたように、本発明のトルク演算制
御装置１およびこれを使用した動力計によれば、モータ
ー７に生じる銅損の変化、および鉄損および機械損の影
響を排除した正確なモーター７の実効的なトルクの値を
計測することが可能であり、この正確なトルクの値に基
づいて正確なモーター７に対するトルク制御を行うこと
が可能である。

【００７１】また、正確なトルクの値の負荷を測定対象
に与えることが可能であるため、自動車等の各性能を正
確に求めることができる。なお、トルク演算制御装置１
は動力計だけではなく一般的なモーター等の制御に使用
しても良好な性能を発揮する。以上述べた実施例の他、
本発明は、例えば実施例中に変形例として示したように
種々の構成をとることができる。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、算出
されたモーターのトルクの値について鉄損等を補正する
ことによりその影響を排除ことができ、正確に測定する
ことが可能である。また、このトルクの値に基づいて、
モーターに対して正確なトルク制御を行うことが可能で
ある。さらに、本発明を動力計に用いた場合、測定対象
に正確なトルクの値の負荷を与えることが可能であり、
正確な測定結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトルク演算制御装置を応用した動力計
の構成を示す図である。

【図２】図１に示した動力計のトルク制御に関係する部
分の構成を示す図である。

【図３】界磁制御装置およびその周辺部分の構成を示す
図である。

【図４】界磁制御装置による界磁電流の制御を説明する
図である。

【図５】本発明のトルク演算制御装置の構成を示す図で
ある。

【図６】損失データ記憶テーブルの３次元形式のテーブ
ルを生成する際に界磁制御装置に設定する界磁弱め電圧
を示す図である。

【図７】損失データ記憶テーブルの３次元形式のテーブ
ルの内容を説明する図である。

【図８】ＤＣモーターのトルク制御を行う従来のトルク
制御装置の構成を示す図である。

【図９】従来のトルク制御装置においてトルク計算値の
補正に使用されるＤＣモーターの回転数ωと損失値Ｔ
_LOSSの関係を示す図である。

【図１０】界磁電流Ｉ_fと界磁磁束φとの間に生じるヒ
ステリシスを示す図である。

【符号の説明】

１・・・トルク演算制御装置１０・・・トルク演算回路１１・・・損失データ記憶テーブル１２・・・減算回路１３・・・トルク制御回路１４・・・表示インターフェース回路１５・・・速度制御装置１６・・・通信制御回路１７・・・スイッチ５・・・端末６・・・動作制御装置６１・・・レゾルバ６２、６３・・・電圧計６４・・・電流計６５・・・界磁制御装置７・・・モーター７１・・・補極７２・・・界磁コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動作中のモーターの電機子の電流および端
子電圧を測定し、これらに基づいて前記電機子の誘起電
圧を算出し、前記モーターの回転角を測定してその回転数を算出し、前記誘起電圧および前記回転数に基づいて、前記モータ
ーのトルクを算出し、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予め算出した
前記モーターの損失のトルク換算値を前記算出されたト
ルクから減算してトルクを補正するトルク測定方法。
【請求項２】前記損失のトルク換算値は、前記モーターを複数の所定の回転数で回転させて、各回
転数における前記電機子の電流および端子電圧を測定
し、これらに基づいて前記電機子の誘起電圧を算出し、前記誘起電圧および前記所定の回転数に基づいて算出さ
れ、前記誘起電圧および前記回転数と対応付けて記憶され、前記損失のトルク換算値の算出の際の前記誘起電圧の設
定は、所定の設定電圧と前記電機子の端子電圧を比較し、前記
電機子の端子電圧が前記設定電圧に達した場合に界磁電
流を弱めることにより行われ、動作中の前記モーターの電機子の誘起電圧、および、回
転数、または、いずれか一方が記憶されている値に一致
しない場合に、記憶されている前記損失のトルク換算値
に基づいて、動作中の前記モーターの電機子の誘起電
圧、および、回転数に対応する前記損失のトルク換算値
を関数補間することを特徴とする請求項１に記載のトル
ク測定方法。
【請求項３】動作中のモーターの電機子の電流、前記電
機子の端子電圧、および、前記モーターの回転角を測定
する測定手段と、前記電機子の電流および端子電圧に基づいて前記電機子
の誘起電圧を算出し、前記回転角に基づいて前記モータ
ーの回転数を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に基づいて、前記モータ
ーのトルクを算出するトルク算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予め算出した
前記モーターの損失のトルク換算値を前記算出されたト
ルクから減算して補正する補正手段とを有するトルク測
定装置。
【請求項４】前記モーターを所定の回転数で回転させる
回転数制御手段と、テーブルとをさらに有し、前記回転数制御手段により前記モーターを複数の所定の
回転数で回転させ、前記各回転数における前記測定手段により前記電機子の
電流および端子電圧を測定し、前記電機子の電流および端子電圧の値に基づいて、前記
算出手段により前記電機子の誘起電圧が算出され、前記誘起電圧および前記所定の回転数に基づいて前記損
失のトルク換算値が算出され、前記損失のトルク換算値は、前記テーブルに前記誘起電
圧および前記各回転数とに対応付けられて記憶されるこ
とを特徴とする請求項３に記載のトルク測定装置。
【請求項５】所定の設定電圧と前記電機子の端子電圧を
比較し、前記電機子の端子電圧が前記設定電圧に達した
場合に前記モーターの界磁電流を弱め、前記誘起電圧を
設定する誘起電圧設定手段をさらに有し、前記損失のトルク換算値を算出する際に、前記誘起電圧
設定手段により誘起電圧の設定を行うことを特徴とする
請求項４に記載のトルク測定装置。
【請求項６】前記トルク計算手段または前記テーブル
は、動作中の前記モーターの誘起電圧、および、回転数、ま
たは、いずれか一方が前記テーブルに記憶されている値
に一致しない場合に、前記テーブルに記憶される損失の
トルク換算値に基づいて、動作中のモーターの前記誘起
電圧および前記回転数に対応する損失のトルク換算値を
関数補間することを特徴とする請求項４または５に記載
のトルク測定装置。
【請求項７】動作中のモーターの電機子の電流、前記電
機子の端子電圧、および、前記モーターの回転角を測定
する測定手段と、前記電機子の電流および端子電圧に基づいて前記電機子
の誘起電圧を算出し、前記回転角に基づいて前記モータ
ーの回転数を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に基づいて、前記モータ
ーのトルクを算出するトルク算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予め算出した
前記モーターの損失のトルク換算値を前記算出されたト
ルクから減算して補正する補正手段と、前記補正されたトルクに基づいて前記モーターについて
速度制御、および、トルク制御、または、いずれか一方
を行うモーター制御手段とを有するトルク制御装置。
【請求項８】動作中のモーターの電機子の電流、前記電
機子の端子電圧、および、前記モーターの回転角を測定
する測定手段と、前記電機子の電流および端子電圧に基づいて前記電機子
の誘起電圧を算出し、前記回転角に基づいて前記モータ
ーの回転数を算出する算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に基づいて、前記モータ
ーのトルクを算出するトルク算出手段と、前記誘起電圧および前記回転数に対応して予め算出した
前記モーターの損失のトルク換算値を前記算出されたト
ルクから減算して補正する補正手段と、前記補正されたトルクに基づいて前記モーターについて
速度制御、および、トルク制御、または、いずれか一方
を行うモーター制御手段と、モーターについて速度制御、および、トルク制御、また
は、いずれか一方を行い、測定対象に負荷を与える手段
とを有する動力計。