JP2016023997A - 回転電動機トルク試験機の疑似負荷トルク発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電動機に対する疑似負荷トルクの発生装置を、小型かつ安価に提供する。
【解決手段】被測定回転電動機の動力伝達軸にトルク検出器を介して連結された発電部と、電力消費部と、電力消費制御部と、所望の負荷トルクを設定する負荷トルク設定部を備え、トルク検出器が検出する実トルクと予め設定した負荷トルクとを比較し、その差異応じた指令を電力消費制御部に与え、電力消費部で消費し、被測定回転電動機に付与する負荷トルクを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電動機のトルク特性試験に際し、回転電動機に対して疑似的に負荷トルクを付与する疑似負荷トルク発生装置に関する。

従来、回転電動機のトルク特性試験に際し疑似的に負荷トルクを与える手法として、被測定回転電動機の動力伝達軸にブレーキを設けることが一般的である。このようなブレーキとしては、ブレーキシューなどによる摩擦力で制動力を得る摩擦ブレーキや、駆動部と被駆動部との間に磁性粉体（パウダ）を封入した電磁パウダブレーキ、また特許文献１に開示されたヒステリシス損を生じさせ負荷トルクを与えるヒステリシスブレーキ、さらに特許文献２には、被測定回転電動機の回転動作により他の回転電動機を従動させ、発電運転（発電機と同等）をすることで、負荷トルクを与える発電ブレーキなどが開示されている。

特開昭６１−１１１４３３号公報 特開平３−２１２１９４号公報

しかしながら、摩擦ブレーキや電磁パウダブレーキでは発生する摩擦熱によって被測定回転電動機の温度が上昇し、連続して使用する場合に安定した制動力が得られず、結果として所望する負荷トルクを付与することはできなかった。また、ヒステリシスブレーキでは、付与できる負荷トルクが装置の大きさに対して小さく、付与する負荷トルクが大きくなった場合は、試験機全体のサイズが大きくなり使い勝手も悪く、さらに低速回転中に励磁を切ると、残留トルクが発生するという課題があった。

一方、発電ブレーキにおいては、発電運転により生成される電力を電気抵抗によって熱エネルギーとして消費し、制動力を得て負荷トルクを発生させている。この場合、大量の電力が発生する高速回転での使用では、大電力を消費可能な電気抵抗が必要であり、また負荷トルクを変更するには可変抵抗であることも必要となるため、高価な構成とならざるを得なかった。さらに、負荷トルクを所望の大きさに高精度で対応させ、試験精度の向上を図るには不向きであった。

本発明は、被測定回転電動機の高速回転動作おいて、多様な負荷トルクが付与可能な疑似負荷トルク発生装置を、小型かつ安価に提供することを課題としている。

本発明では上述した課題を解決するため、実施形態の疑似負荷トルク発生装置は、軸のねじれによってトルクを検出するトルク検出器と、
被測定回転電動機の動力伝達軸に前記トルク検出器を介して連結された発電部と、
前記発電部で生成された電力を消費する電力消費部と、
前記電力消費部での電力消費量を制御する電力消費制御部と、
前記被測定回転電動機に付与する負荷トルクを設定する負荷トルク設定部を備え、
前記負荷トルク設定部は、前記トルク検出器が検出する実トルクと予め設定した負荷トルクとを比較し、その差異に応じて前記電力消費制御部に指令を与え、
前記電力消費制御部は、前記指令に応じた制御量を前記電力消費部に設定することで、
前記発電機が生成する電力を消費し、被測定回転電動機に付与する負荷トルクを制御する。

本発明によれば、被測定回転電動機が高速回転動作を行う場合においても、装置が大型化することなく安価に、安定した負荷トルクを与えることが可能となる。

本発明の疑似負荷トルク発生装置、および被測定回転電動機の第一の実施形態を示すブロック図である。 ヒステリシスブレーキが、取り付けられた被測定回転電動機の実施例図である。 被測定回転電動機で、他の回転電動機を従動させ発電ブレーキとして発電運転をする実施例図である。 本発明の疑似負荷トルク発生装置、および被測定回転電動機の第二の実施形態を示すブロック図である。

実施形態についての詳細な説明は、図に基づいて以下に記す。

図１は本発明の第一の実施形態を示すブロック図である。図１において、疑似負荷トルク発生装置１と被測定回転電動機Ｍとは、駆動側カップリング４を介し被測定回転電動機Ｍの動力伝達軸Ｍｓと連結されている。一方、疑似負荷トルク発生装置１の装置内では駆動側カップリング４とトルク検出器３の片方の回転軸とは連結され、さらにトルク検出器３の他方の回転軸には従動側カップリング５を介してブラシレス直流電動機２（発電部）の回転軸が連結されている。

被測定回転電動機Ｍは、電源Ｐから電力供給を受け駆動制御部Ｄｖによって速度制御され所定の回転速度で駆動される。ここで、被測定回転電動機Ｍに従動するブラシレス直流電動機２は発電機として作用し、被測定回転電動機Ｍに対し負荷トルクを付与する、いわゆる発電ブレーキとして作用する。付与する負荷トルク量の制御については、ブラシレス直流電動機２を接続する電力消費部１０に備わるパワートランジスタ１１のコレクタＣ、エミッタＥ間を流れるコレクタ電流Ｉｃの電流量の制御によって行われるが、この点については後述する。

一方、トルク検出器３おいては、回転動作中における被測定回転電動機Ｍにブラシレス直流電動機２がブレーキとして作用するため、駆動側カップリング４と連結された軸と、従動側カップリング５と連結された軸とでねじれが生じ、そこに発生した実トルクを検出し、負荷トルク設定部３０へと出力する。

負荷トルク設定部３０では、検出トルク入力部３１にトルク検出器３で検出した実トルクを示す電圧が差動入力され増幅される。続いて負荷トルク制御量演算部３２で検出トルク入力部３１で増幅された実トルク電圧と、設定負荷トルク入力部３４にて、キー、スイッチ等の入力装置によって、予め被測定回転電動機Ｍに付与すべく設定された負荷トルクを示す電圧とを比較し、その差異に応じて必要な制御量を演算し、基準電圧発生器３３へ出力する。基準電圧発生器３３は入力された制御量を元に、電力消費制御部２０へ出力する基準電圧Ｖｒｅｆが生成される。

電力消費制御部２０においては、基準電圧Ｖｒｅｆは制御量増幅器２２の＋端子側へ入力が行われる。ここで、電流検出用抵抗２１に掛る電圧Ｖｓは、制御量増幅器２２の−入力端子側に入力されるので、制御量増幅器２２の出力は、Ｖｓ＞Ｖｒｅｆのときは小さく、Ｖｓ＜Ｖｒｅｆのときはと大きくなるように制御される。

またＶｓは、電力消費部１０におけるパワートランジスタ１１のコレクタＣ、エミッタＥ間を流れるコレクタ電流Ｉｃと電流検出用抵抗２１の抵抗値Ｒｓによって決定（Ｖｓ＝Ｉｃ×Ｒｓ）し、さらに、パワートランジスタ１１ではトランジスタの増幅作用を利用しているため、ベースＢ、エミッタＥ間を流れるベース電流Ｉｂによってコレクタ電流Ｉｃは制御されている。

ベース電流Ｉｂは、制御量増幅器２２の出力がパワートランジスタ・ドライバ１２を経て、パワートランジスタ１１のベースＢ、エミッタＥ間を流れる電流であり、最終的にＶｓ＝Ｖｒｅｆとなるよう制御されることになる。

したがって、被測定回転電動機Ｍに付与する負荷トルクは、発電ブレーキとして作用するブラシレス直流電動機２の発電した電力を、パワートランジスタ１１のコレクタＣ、エミッタＥ間を流れるコレクタ電流Ｉｃで消費することによって行われ、その消費量はトルク検出器３が検出する実トルクと、所望する負荷トルクとの差異に応じて、制御量増幅器２２に入力する基準電圧Ｖｒｅｆを設定することで制御可能となる。

図４は本発明の第二の実施形態を示すブロック図である。図４において、疑似負荷トルク発生装置１００と被測定回転電動機Ｍとは、第一の実施形態と同様、駆動側カップリング４を介し被測定回転電動機Ｍの動力伝達軸Ｍｓと連結されている。また、疑似負荷トルク発生装置１００の装置内では駆動側カップリング４とトルク検出器３の片方の回転軸とは連結され、さらにトルク検出器３の他方の回転軸には直流発電機１０２（発電部）が、直接取付けられている。

被測定回転電動機Ｍは、電源Ｐから電力供給を受け駆動制御部Ｄｖによって速度制御され所定の回転速度で駆動され、トルク検出器３を介して被測定回転電動機Ｍに従動する直流発電機１０２は発電ブレーキとして作用し、負荷トルクを与える。付与する負荷トルク量の制御については、第一の実施形態と同様、電力消費部１０にてパワートランジスタ１１のコレクタＣ、エミッタＥ間を流れるコレクタ電流Ｉｃの電流量の制御によって行われる。

このときトルク検出器３おいては、回転動作中における被測定回転電動機Ｍに対して直流発電機１０２がブレーキとして作用するため、駆動側カップリング４と連結された軸と、直流発電機１０２が取付けられた反対側の軸とでねじれが生じ、そこに検出した実トルクを負荷トルク設定部３００へと出力する。

負荷トルク設定部３００では、検出トルク増幅器３０１によってトルク検出器３で検出した実トルクを示す電圧が増幅され、制御量増幅器２００の−入力端子側に入力される。また．可変の直流電源からなる負荷トルク制御量設定部３０２では、所望の負荷トルクに対応する電圧を設定し、基準電圧Ｖｒｅｆとして制御量増幅器２２の＋端子側へと入力される。

制御量比較器２００（電力消費制御部）では、増幅された実トルクを示す電圧と所望の負荷トルクに対応する電圧とを比較し、その差分に比例した電圧を増幅し電力消費部１０へ出力する。

電力消費部１０では、制御量増幅器２００の出力がパワートランジスタ・ドライバ１２を介して、パワートランジスタ１１のベースＢに接続され、ベースＢ、エミッタＥの間を流れるベース電流Ｉｂを制御する。よって、パワートランジスタ１１の増幅作用よるコレクタＣ、エミッタＥ間を流れる電流Ｉｃを制御することができる。

したがって、本実施形態のおいても第一の実施形態と同様に、被測定回転電動機Ｍに付与する負荷トルクは、発電ブレーキとして作用する直流発電機１０２の発電した電力を、パワートランジスタ１１のコレクタＣ、エミッタＥ間を流れるコレクタ電流Ｉｃで消費することによって行われ、その消費量はトルク検出器３が検出する実トルクと、所望する負荷トルクとの差異に応じて制御することができる。

故に、本実施形態による疑似負荷トルク発生装置は、被測定回転電動機に掛る負荷トルクを、トルク検出器の検出する実トルクと、所望する負荷トルクとを比較し、その差異によってパワートランジスタで消費される電力を適時制御し、発電ブレーキによる制動力を発生するので、温度上昇による変化もなく、正確かつ安定して付与することができる。また、所望する負荷トルクを簡単に変更することが可能となるため、多様な負荷トルクを容易に付与することが実現できる。さらに、高速回転が可能なブラシレス直流電動機や直流発電機を利用することで、そこで発生する電力をトランジスタの増幅作用によって大量に消費でき、高速回転動作へ適応した小型かつ安価に実現することが可能となる。

以上においては、この発明を特定の実施の形態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施の形態が可能である。例えば、上記実施形態において、パワートランジスタをＦＥＴ、サイリスタ等の能動素子に置き換えることは容易である。また、負荷トルクを発生する発電ブレーキとして、ブラシレス直流電動機および直流発電機を用いたが、交流発電機あるいは交流電動機にインバータを備え用いることも可能である。

１，１００ 負荷トルク発生装置 ２ 直流電動機（発電部） ３ トルク検出器 ４ 駆動側カップリング ５ 従動側カップリング １０ 電力消費部 １１ パワートランジスタ（能動素子） １２ パワートランジスタ・ドライバ ２０ 電力消費制御部 ２１ 電流検出用抵抗 ２２ 制御量増幅器 ３０ 負荷設定部 ３１ 検出トルク入力部 ３２ 負荷トルク制御量演算部 ３３ 基準電圧発生器 ３４ 設定負荷入力部 １０２ 直流発電機 ２００ 制御量比較器 ３００ 負荷トルク設定部 ３０１ 検出トルク増幅器 ３０２ 負荷トルク制御量設定部 Ｍ 被測定回転電動機 Ｍｓ 動力伝達軸 Ｐ 被測定回転電動機用電源 Ｄｖ 駆動制御部

Claims (5)

1. 回転電動機の性能測定機における疑似負荷トルク発生装置であって、
   軸のねじれによってトルクを検出するトルク検出器と、
   被測定回転電動機の動力伝達軸に前記トルク検出器を介して連結された発電部と、
   前記発電部で生成された電力を消費する電力消費部と、
   前記電力消費部での電力消費量を制御する電力消費制御部と、
   前記被測定回転電動機に付与する負荷トルクを設定する負荷トルク設定部を備え、
   前記負荷トルク設定部は、前記トルク検出器が検出する実トルクと予め設定した負荷トルクとを比較し、その差異に応じて前記電力消費制御部に指令を与え、
   前記電力消費制御部は、前記指令に応じた制御量を前記電力消費部に設定することで前記発電部が生成する電力を前記電力消費部に消費させ、被測定回転電動機に付与する負荷トルクを制御することを、特徴とする疑似負荷トルク発生装置。
2. 前記発電部は、直流ブラシレス電動機を発電機として作用させることを特徴とする請求項１記載の疑似負荷トルク発生装置。
3. 前記発電部は、直流発電機であることを特徴とする請求項１記載の疑似負荷トルク発生装置。
4. 前記電力消費部は、前記電力を能動素子の増幅作用によって消費することを特徴とする請求項１記載の疑似負荷トルク発生装置。
5. 前記能動素子は、パワートランジスタであることを特徴とする請求項４記載の疑似負荷トルク発生装置。