JP2010035409A - Method, apparatus and program which acquire the characteristics of electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の特性を取得する方法、装置およびプログラムに関するものである。 The present invention relates to a method, an apparatus, and a program for acquiring characteristics of an electric motor.
従来、トルク−回転数特性等の電動機の特性を取得するためには、測定対象となる電動機が発生させるトルクを、トルク測定装置を用いて機械的に測定していた(例えば特許文献1)。 Conventionally, in order to acquire electric motor characteristics such as torque-rotational speed characteristics, torque generated by the electric motor to be measured has been mechanically measured using a torque measuring device (for example, Patent Document 1).
しかし、この技術では、トルク測定装置の特性によっては、測定される電動機の特性が異なって示される場合があるという問題があった。また、トルク測定装置は経年変化するため、オフセット調整等のメンテナンスが必要であるという問題もあった。 However, this technique has a problem that depending on the characteristics of the torque measuring device, the characteristics of the measured motor may be shown differently. In addition, since the torque measuring device changes over time, there is a problem that maintenance such as offset adjustment is necessary.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、従来とは異なる方法で、電動機の特性を取得することのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a technique capable of acquiring the characteristics of an electric motor by a method different from the conventional one.
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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。 In order to solve at least a part of the problems described above, the present invention can take the following forms or application examples.
[適用例1]
電動機の特性を取得する方法であって、
(a)前記電動機内の電磁コイルの抵抗値を取得する工程と、
(b)前記電動機へ供給される電圧の電圧値である供給電圧値を取得する工程と、
(c)前記電動機の無負荷時における回転速度である無負荷回転速度を測定する工程と、
(d)前記電動機の無負荷時における電流値である無負荷電流値を測定する工程と、
(e)前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷回転速度と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の特性を算出する工程と、
を備える、方法。
適用例1の方法によれば、電磁コイルの抵抗値と、供給電圧値と、無負荷回転速度と、無負荷電流値とに基づいて、電動機の特性を算出するので、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、電動機の特性を取得することができる。
[Application Example 1]
A method for obtaining the characteristics of an electric motor,
(A) obtaining a resistance value of an electromagnetic coil in the electric motor;
(B) obtaining a supply voltage value which is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
(C) measuring a no-load rotation speed that is a rotation speed at the time of no load of the electric motor;
(D) a step of measuring a no-load current value which is a current value at the time of no load of the electric motor;
(E) calculating the characteristics of the electric motor based on the resistance value, the supply voltage value, the no-load rotation speed, and the no-load current value;
A method comprising:
According to the method of Application Example 1, the characteristics of the motor are calculated based on the resistance value of the electromagnetic coil, the supply voltage value, the no-load rotation speed, and the no-load current value. The characteristics of the electric motor can be acquired without measuring the torque.
[適用例2]
適用例1記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の無負荷時において前記電磁コイルに発生する逆起電力である無負荷逆起電力を算出する工程を含む、方法。
適用例2の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、無負荷逆起電力を算出することができる。
[Application Example 2]
A method described in Application Example 1,
The step (e) includes a no-load back electromotive force that is a back electromotive force generated in the electromagnetic coil when the motor is unloaded based on the resistance value, the supply voltage value, and the no-load current value. A method comprising calculating power.
According to the method of the application example 2, the no-load back electromotive force can be calculated without measuring the torque actually generated by the electric motor.
[適用例3]
適用例2に記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記無負荷回転速度と、前記無負荷逆起電力とに基づいて、前記電磁コイルの逆起電力定数を算出する工程を含む、方法。
適用例3の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、逆起電力定数を算出することができる。
[Application Example 3]
A method described in application example 2,
The method (e) includes a step of calculating a back electromotive force constant of the electromagnetic coil based on the no-load rotation speed and the no-load back electromotive force.
According to the method of Application Example 3, the back electromotive force constant can be calculated without measuring the torque actually generated by the electric motor.
[適用例4]
適用例3に記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと、前記電磁コイルに流れる電流値との関係を算出する工程を含む、方法。
適用例4の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、トルクと電流値との関係を算出することができる。
[Application Example 4]
A method described in application example 3,
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and a current value flowing through the electromagnetic coil based on the back electromotive force constant.
According to the method of the application example 4, the relationship between the torque and the current value can be calculated without measuring the torque actually generated by the electric motor.
[適用例5]
適用例3に記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の回転速度との関係を算出する工程を含む、方法。
適用例5の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、トルクと回転速度との関係を算出することができる。
[Application Example 5]
A method described in application example 3,
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and a rotation speed of the electric motor based on the back electromotive force constant.
According to the method of the application example 5, the relationship between the torque and the rotation speed can be calculated without actually measuring the torque generated by the electric motor.
[適用例6]
適用例3に記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の出力との関係を算出する工程を含む、方法。
適用例6の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、トルクと出力との関係を算出することができる。
[Application Example 6]
A method described in application example 3,
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and an output of the electric motor based on the back electromotive force constant.
According to the method of the application example 6, the relationship between the torque and the output can be calculated without actually measuring the torque generated by the electric motor.
[適用例7]
適用例3に記載の方法であって、
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の効率との関係を算出する工程を含む、方法。
適用例7の方法によれば、実際に電動機が発生させるトルクを測定することなく、トルクと効率との関係を算出することができる。
[Application Example 7]
A method described in application example 3,
The step (e) includes a step of calculating a relationship between the torque generated by the electric motor and the efficiency of the electric motor based on the back electromotive force constant.
According to the method of Application Example 7, the relationship between the torque and the efficiency can be calculated without measuring the torque actually generated by the electric motor.
[適用例8]
適用例1から適用例7のいずれかに記載の方法であって、
前記工程(b)において、前記電動機に対してPWM駆動する場合には、供給電圧にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いる、方法。
適用例8の方法によれば、PWM駆動の場合は、デューティー比を掛けた実効電圧値を用いることにより、PWM駆動下における電動機の特性を容易に算出することができる。
[Application Example 8]
The method according to any one of Application Example 1 to Application Example 7,
In the step (b), when PWM driving is performed on the electric motor, a value obtained by multiplying a supply voltage by a duty ratio is used as an effective voltage value.
According to the method of application example 8, in the case of PWM driving, the characteristics of the motor under PWM driving can be easily calculated by using the effective voltage value multiplied by the duty ratio.
[適用例9]
適用例1から適用例8のいずれかに記載の方法であって、前記電磁コイルが3相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の2倍の抵抗値を用いる、方法。
適用例9の方法によれば、電動機の電磁コイルが3相スター結線されている場合でも、電動機の特性を容易に算出することができる。
[Application Example 9]
In the method according to any one of Application Examples 1 to 8, when the electromagnetic coil is three-phase star-connected, the resistance value of the electromagnetic coil alone is used as the total resistance of the electromagnetic coil of the electric motor. A method using a resistance value twice as large as
According to the method of the application example 9, even when the electromagnetic coil of the motor is three-phase star-connected, the characteristics of the motor can be easily calculated.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の特性取得方法および装置、電動機の特性取得システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes. For example, it can be realized in the form of a motor characteristic acquisition method and apparatus, a motor characteristic acquisition system, an integrated circuit for realizing the functions of the method or apparatus, a computer program, a recording medium on which the computer program is recorded, and the like. it can.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
B.変形例:
C.比較例:
D.第2の実施例:
E.第3の実施例:
F.応用例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Variation:
C. Comparative example:
D. Second embodiment:
E. Third embodiment:
F. Application example:
A.第1の実施例:
図1は、本発明の一実施例としての測定対象となる電動機100の構成を示す模式図である。電動機100は、永久磁石を有するローター部10と、電磁コイル20と、PWMドライバー22と、ホールIC26と、PWM制御部28とを備えている。また、電動機100は、電源24に接続されており、電源電圧として供給電圧値Es[V]が供給されている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an
ホールIC26は、ローター部10の回転位置に応じたセンサー信号SSAを生成する。センサー信号SSAは、PWM制御部28に供給される。PWM制御部28は、センサー信号SSAに応じて、PWMドライバー22の2つのスイッチS1、S2を切り替える。この結果、電磁コイル20に流れる電流の向きが入れ替わる。そして、電磁コイル20に流れる電流の向きが入れ替わることによって、電磁コイル20の磁化方向が入れ替わり、ローター部10は回転することができる。電磁コイル20は、内部抵抗31と、逆起電力Egとして模擬されている。逆起電力Eg[V]は、電磁コイル20に流れる電流の方向とは逆向きに発生する。内部抵抗31は、抵抗値Rdc[Ω]を有する。
The
本実施例では、電磁コイル20の抵抗値Rdcと、供給電圧値Esと、無負荷で電動機100を回転させた場合の回転数Nnl[rpm]と、無負荷で電動機100を回転させた場合に電磁コイル20に流れる電流値Inl[A]とを測定することによって、電動機100の各種の特性を算出する。ここで、電動機の特性とは、逆起電力定数Ke、トルク−電流特性、トルク−回転数特性、トルク−仕事特性、トルク−効率特性等を意味する。
In this embodiment, when the resistance value Rdc of the
図2は、実施例における電動機特性取得装置200の構成を示すブロック図である。電動機特性取得装置200は、回転速度測定部202と、抵抗値測定部204と、供給電圧値測定部206と、電流値測定部208と、演算部210とを備えている。回転速度測定部202は、カップリング214を介して、電動機100の回転軸102と接続されている。回転速度測定部202は、無負荷で電動機100を回転させた場合の回転数Nnlを測定する。以下では、無負荷で電動機100を回転させた場合の回転数Nnlを「無負荷回転数Nnl」とも呼ぶ。この無負荷回転数Nnlは、演算部210に供給される。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the motor
供給電圧値測定部206は、電源24(図1)から電動機100に供給される供給電圧値Esを測定する。電流値測定部208は、無負荷で電動機100を回転させた場合に電磁コイル20(図1)に流れる電流値Inlを測定する。以下では、無負荷で電動機100を回転させた場合に電磁コイル20に流れる電流値Inlを、「無負荷電流値Inl」とも呼ぶ。この無負荷電流値Inlは、演算部210に供給される。
The supply voltage
抵抗値測定部204は、電磁コイル20の内部抵抗31(図1)の抵抗値Rdcを測定する。電磁コイル20の抵抗値Rdcは、逆起電力Egが発生していない状態において電磁コイル20に流れている電流値Iと、供給電圧値Esとの関係から求めることができる。この逆起電力Egが発生していない状態は、例えば、ローター部10を回転しないように固定し、PWMドライバー22のスイッチS1,S2を固定した状態にすることによって実現することができる。測定された抵抗値Rdcは、演算部210に供給される。
The resistance
演算部210は、抵抗値Rdcと、供給電圧値Esと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとに基づいて、電動機の特性を算出する。この算出方法については後述する。演算部210によって算出された電動機100の特性は、表示装置212によって表示される。
The
図3は、電動機の特性を取得する工程を示すフローチャートである。ステップS10では、電磁コイル20の抵抗値Rdcを測定する。ステップS20では、電動機100への供給電圧値Esを測定する。ステップS30では、無負荷で電動機100を回転させた場合における回転数Nnlを測定する。ステップS40では、無負荷で電動機100を回転させた場合における電流値Inlを測定する。ステップS50では、抵抗値Rdcと、供給電圧値Esと、無負荷回転数Nnlと、無負荷電流値Inlとに基づいて、電動機100の特性を算出する。電動機100の特性は、以下のように算出される。
FIG. 3 is a flowchart showing a process of acquiring the characteristics of the electric motor. In step S10, the resistance value Rdc of the
図4は、電動機100が発生させるトルクTと、電磁コイル20に流れる電流値Iとの関係を示すグラフである。なお、図中に示す破線は、回転数N=0の時のトルクを示している。図5ないし図7においても同様である。トルクT[N・m]と電流値I[A]との関係は、以下の(1)式で示される。
(2)式における無負荷角速度ωnl[rad/s]は、無負荷回転数Nnl[rpm]を用いて、以下の(3)式で示される。
さらに、(5)式を、(1)式に代入すると、以下の(6)式となる。
図5は、電動機100が発生させるトルクTと、電動機100の回転数Nとの関係を示すグラフである。まず、角速度ωは、逆起電力定数Keを用いて、以下の(7)式で示される。
(1)、(5)式を用いて、(10)式を変形すると、以下の(11)式となる。
図6は、電動機100が発生させるトルクTと、電動機100の出力Pとの関係を示すグラフである。トルクT[N・m]と出力P[W]との関係は、以下の(12)式で示される。
図7は、電動機100が発生させるトルクTと、電動機100の効率ηとの関係を示すグラフである。効率η[%]は、以下の(15)式で示される。
図8は、電動機100の各種の特性を算出した結果を示す表である。この図8は、以下で示す測定結果を得られた場合についての算出結果を示している。
供給電圧値Es=20[V]
抵抗値Rdc=80[Ω]
無負荷電流値Inl=0.003[A]
無負荷回転数Nnl=1538[rpm]
FIG. 8 is a table showing the results of calculating various characteristics of the
Supply voltage value Es = 20 [V]
Resistance value Rdc = 80 [Ω]
No-load current value Inl = 0.003 [A]
No-load rotation speed Nnl = 1538 [rpm]
逆起電力定数Keは、上記4つの値に基づいて、以下の値に算出される。
逆起電力定数Ke=0.123[V・s/rad]
この逆起電力定数Keに基づいて、電流値I[A]と、逆起電力Eg[V]と、角速度ω[rad]と、回転数N[rpm]と、出力P[W]と、効率η[%]とが、トルクT[N・m]ごとにそれぞれ算出される。
The back electromotive force constant Ke is calculated to the following value based on the above four values.
Back electromotive force constant Ke = 0.123 [V · s / rad]
Based on the back electromotive force constant Ke, the current value I [A], the back electromotive force Eg [V], the angular velocity ω [rad], the rotation speed N [rpm], the output P [W], and the efficiency η [%] is calculated for each torque T [N · m].
図9は、図8による算出結果に基づいて、トルクTと電流値Iとの関係を示すグラフである。図10は、図8による算出結果に基づいて、トルクTと回転数Nとの関係を示すグラフである。図11は、図8による算出結果に基づいて、トルクTと出力Pとの関係を示すグラフである。図12は、図8による算出結果に基づいて、トルクTと効率ηとの関係を示すグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the torque T and the current value I based on the calculation result shown in FIG. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the torque T and the rotational speed N based on the calculation result shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the relationship between torque T and output P based on the calculation result of FIG. FIG. 12 is a graph showing the relationship between torque T and efficiency η based on the calculation result shown in FIG.
このように、本実施例では、供給電圧値Esと、抵抗値Rdcと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとを測定することによって、電動機100の各種の特性を算出することが可能である。また、ブラシレスモーターの場合において、駆動制御方法が変更された場合には、再び上記4つの値を測定することによって、変更後の新たな特性を算出することが可能である。
As described above, in the present embodiment, various characteristics of the
B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
B1.変形例1:
上記実施例では、供給電圧値測定部206が供給電圧値Esを測定しているが、電動機100に供給される電源の電圧値が判明している場合には、供給電圧値Esを測定することなく、判明している供給電圧値Esを演算部210に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置200は、供給電圧値Esを取得すればよい。
B1. Modification 1:
In the above embodiment, the supply voltage
B2.変形例2:
上記実施例では、抵抗値測定部204が抵抗値Rdcを測定しているが、電磁コイル20の抵抗値が判明している場合には、抵抗値Rdcを測定することなく、判明している抵抗値Rdcを演算部210に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置200は、抵抗値Rdcを取得すればよい。
B2. Modification 2:
In the above embodiment, the resistance
B3.変形例3:
上記実施例では、回転速度測定部202は、電動機100の回転速度を、回転数N[rpm]として測定している。しかし、回転速度測定部202は、電動機100の回転速度を、角速度ω[rad/s]として測定し、角速度ωを演算部210に供給することとしてもよい。
B3. Modification 3:
In the above embodiment, the rotation
B4.変形例4:
電動機の特性の取得をコンピュータープログラムで実現する場合には、供給電圧値Esと、抵抗値Rdcと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとを予め測定しておき、得られた4つの値をコンピュータープログラムに取得させることとしてもよい。
B4. Modification 4:
When the acquisition of the characteristics of the electric motor is realized by a computer program, the supply voltage value Es, the resistance value Rdc, the no-load current value Inl, and the no-load rotation speed Nnl are measured in advance and obtained 4 One value may be obtained by a computer program.
C.比較例:
図13は、比較例としての電動機特性取得装置300の構成を示すブロック図である。図2で示した電動機特性取得装置200との違いは、駆動用電動機302と、逆起電力測定部304とが設けられている点である。この電動機特性取得装置300における演算部210は、逆起電力定数Keを以下のように算出する。
C. Comparative example:
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of an electric motor
まず、測定対象となる電動機100を、電圧が印加されていない状態にしておく。そして、駆動用電動機302は、測定対象となる電動機100の回転軸102を回転させる。そうすると、電動機100の電磁コイル20(図1)には逆起電力Egが発生する。逆起電力測定部304は、逆起電力Egを測定し、演算部210に供給する。回転速度測定部202は、電動機100の回転数Nを測定し、演算部210に供給する。演算部210は、回転数Nを角速度ωに変換し、以下の(17)式にしたがって、逆起電力定数Keを算出する。
なお、横軸に角速度ωをとり、縦軸に逆起電力Egをとったグラフを作成し、その傾きから逆起電力定数Keを算出することもできる。この場合、複数の角速度ωに対して逆起電力Egをそれぞれ測定し、最小二乗法を用いて、複数の点を近似するグラフを作成することが好ましい。 It is also possible to create a graph in which the horizontal axis represents the angular velocity ω and the vertical axis represents the back electromotive force Eg, and the back electromotive force constant Ke can be calculated from the slope. In this case, it is preferable to measure the back electromotive force Eg for each of the plurality of angular velocities ω and create a graph that approximates the plurality of points using the least square method.
この比較例における電動機特性取得装置300は、逆起電力定数Keを求めるために、駆動用電動機302と、逆起電力測定部304とを備えている。しかし、実施例における電動機特性取得装置200は、駆動用電動機302と、逆起電力測定部304とを備えることなく、逆起電力定数Keを算出することができる。したがって、実施例における電動機特性取得装置200によれば、簡略な構成によって、逆起電力定数Keを求めることができ、電動機100の特性を把握することができる。
The motor
D.第2の実施例:
第1の実施例では、デューティー比が1の場合について説明したが、第2の実施例では、電動機100をデューティー比Dr(0<Dr<1)でPWM駆動する場合について説明する。デューティー比Drが1でない場合には、電磁コイル20への電圧の供給がオンになる期間とオフになる期間があるため、電流が変化する。電動機100は、電磁コイル20を有しているため、PWM駆動においては、電流の変化による電磁コイル20の誘導起電力を考慮する必要がある。
D. Second embodiment:
In the first embodiment, the case where the duty ratio is 1 has been described, but in the second embodiment, the case where the
図14は、電動機の構成を、電磁コイルのインダクタンスを考慮して示す説明図である。図14に示す電動機は、図1に示す電動機と同じであるが、図14では、電磁コイル20のインダクタンスLが示されている点が異なる。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the configuration of the electric motor in consideration of the inductance of the electromagnetic coil. The electric motor shown in FIG. 14 is the same as the electric motor shown in FIG. 1 except that the inductance L of the
図15は、PWM駆動における供給電圧と、電磁コイルに流れる電流を示す説明図である。ここでは、供給電圧Esのデューティー比をDrとし、デューティーの制御期間の長さをUとしている。このとき、時刻0から時刻Dr×Uまでの期間は、電圧の供給がオンの期間である。電圧の供給がオフからオンに変化する場合、電磁コイル20には、急に最大の電流が流れる訳ではなく、電流が徐々に増加していく。時刻Dr×Uから時刻Uまでの期間は、電圧の供給がオフの期間である。電圧の供給がオンからオフに変化する場合も同様に、電磁コイル20に流れる電流は、急にゼロになる訳ではなく、徐々に減少していく。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a supply voltage in PWM driving and a current flowing through the electromagnetic coil. Here, the duty ratio of the supply voltage Es is Dr, and the length of the duty control period is U. At this time, a period from
電磁コイル20への電圧の供給がオンの期間とオフの期間に分けて電動機100の回路方程式を立てる。電磁コイル20への電圧の供給がオンの期間(0≦t≦Dr×U)では、電動機100の回路方程式は(18)式に示す式となる。この(18)式は、第1の実施例の(4)式に電磁コイル20による誘導起電力を加えた式である。
(18)式を解くと、(19)式が得られる。
ここで、定数Aの具体的な値は、境界条件を定めることにより、求めることが可能である。しかし、定数Aの値は、後の計算により相殺されて消えるので、ここではAのまま残しておく。次に、電磁コイル20への電圧の供給がオフの期間(Dr×U≦t≦U)の回路方程式を立てる、この場合、電動機100の回路方程式は、(18)式においてEs=0とすればよく、具体的には、(20)式に示す式となる。
(20)式を解くと、(21)式が得られる。なお、定数Bの値も同様に求めることが可能であるが、定数Aの値と同様に、後の計算により相殺されて消えるので、ここではBのまま残しておく。
ここで、(22)式に示す境界条件により(23)式が得られる。この境界条件は、(19)式の終点と、(21)式の始点とが、一致することによるものである。
(23)式を変形すると(24)式が得られる。
また、(25)式に示す境界条件により(26)式が得られ、同様に(26)式を変形すると、(27)式が得られる。なお、この境界条件は、(19)式の始点と、(21)式の終点とが、一致することによるものである。
次に、電動機100の平均電流を求める。平均電流Iは、(28)式で算出することができる。
(28)式の分子第1項は、(29)式のように変形することができ、分子第2項は、(30)式のように変形することができる。
ここで、(29)式の第1項と(30)式の第1項を加えると、(31)式が得られる。
(31)式に(24)式、(27)式を代入すると、(32)式が得られる。
次に(29)式の第2項と(30)式の第2項を加えると、(33)式が得られる。
その結果、(28)式に、(32)式、(33)式の結果を代入することにより、(28)式は、(34)式のように変形することができる。(34)式を見ればわかるように、(19)式、(21)式にあった定数A、Bは、相殺され、消えている。
(34)式から明らかなように、電磁コイル20のインダクタンスLは、(34)式に現れていない。これは、電磁コイル20のインダクタンスとしての特徴を反映している。すなわち、電磁コイルを含む回路では、電圧の供給がオンの時には、電磁コイル20にエネルギーが蓄積され、逆に電圧の供給がオフの時には、逆に電磁コイル20からエネルギーが放出される。PWMの一周期を考えれば、電圧の供給がオンの時に電磁コイル20に蓄積されるエネルギーの量と、電圧の供給がオフの時に電磁コイル20から放出されるエネルギーの量は同じであることが判る。このように、電磁コイル20では、インダクタンス成分により、エネルギーが消費されない。電磁コイル20のインダクタンスLの効果は、電圧の供給がオンの期間だけ、あるいは電圧の供給がオフの期間だけで見れば考慮する必要があるが、PWM駆動の一周期を考えれば、相殺されるため、考慮する必要がない。その結果、PWM駆動下では、Lの値を考慮する必要が無く、代わりにデューティー比Drを考慮すればよい。(34)式を変形すると、(35)式が得られる。
(35)式は、(8)式と比較すると、供給電圧が、(8)式ではEsとなっているのに対し、(35)式ではEs×Drになっている点が、異なるだけである。すなわち、第1の実施例におけるEsをEs×Drとすることにより、PWM駆動下における電動機100の各種特性を求めることが可能となる。同様に、第1の実施例で求めた(5)式、(6)式、(10)式、(11)式、(13)式、(14)式、(16)式は、PWM駆動下では、それぞれ、電圧EsをEs×Drで置き換えた式とすればよい。
Compared with the formula (8), the difference between the formula (35) and the formula (8) is that the supply voltage is Es in the formula (8) but Es × Dr in the formula (35). is there. That is, by setting Es in the first embodiment to Es × Dr, it is possible to obtain various characteristics of the
以上のように、供給電圧値Esと、抵抗値Rdcと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとを測定し、供給電圧値として供給電圧値Esにデューティー比Drを掛けたEs×Drを新たな供給電圧値として用いることにより、PWM駆動下における電動機100の各種特性を算出することが可能である。
As described above, the supply voltage value Es, the resistance value Rdc, the no-load current value Inl, and the no-load rotation speed Nnl are measured, and the supply voltage value Es multiplied by the duty ratio Dr as the supply voltage value Es × By using Dr as a new supply voltage value, it is possible to calculate various characteristics of the
D2.第2の実施例の変形例:
図16は、第2の実施例の変形例を示す説明図である。ここでは、1つの電気角の中に2つの駆動パルスが存在している。ここでは、駆動パルスのオンの期間(D1×U+(D3×U−D2×U)を電気角の周期Uで割った値をデューティー比Drと呼ぶ。デューティー比は、D1+(D3−D2)となる。
D2. Modification of the second embodiment:
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a modification of the second embodiment. Here, there are two drive pulses in one electrical angle. Here, a value obtained by dividing the drive pulse ON period (D1 × U + (D3 × U−D2 × U) by the electrical angle period U is referred to as a duty ratio Dr. The duty ratio is D1 + (D3−D2). Become.
第2の実施例と同様にオンオフで4つの期間に分けて、各期間における方程式を立てて、各期間における電流を求めると、(36)式〜(39)式が得られる。なお、定数A〜Dの値は境界条件を定めることにより具体的に求めることができるが、第2の実施例のときと同様に、後の計算により相殺されるので、ここでは、A〜Dのままにしておく。
(36)式の終点=(37)式の始点(いずれもt=D1U)、(37)式の終点=(38)式の始点(いずれもt=D2U)、(38)式の終点=(39)式の始点(いずれもt=D3U)、(36)式の始点(t=0)=(39)式の終点(t=U)、の4つの境界条件により、(40)式〜(43)式が得られる。
平均電流Iは、(44)式で示すことができる。
(44)式の右辺分子第1項〜第4項はそれぞれ、(45)式〜(48)式のように変形できる。
(45)式〜(48)式の第1項を加えた後変形し、(40)式〜(43)式の結果を代入すると、(49)式が得られる。すなわち、(45)式〜(48)式の第1項を加えた和はゼロになる。
(45)式〜(48)式の第2項を加えると、(50)式が得られる。
したがって、平均電流Iは、(51)式で示すことが出来る。
(51)式の結果は、(34)式の結果と同じである。ここでは、電気角の1周期に2つのパルスがある場合について説明したが、3つ以上のパルスがある場合も同様に考えることが可能である。すなわち、(51)式を適用することが可能である。なお、図16(B)においては、各区間の電流のグラフが交わる点(点W,X、Y、Z)における電流の値は、同じであるとして模式的にグラフを描いているが、これらの点における電流の値はD1〜D3の値により変動する。 The result of equation (51) is the same as the result of equation (34). Here, the case where there are two pulses in one cycle of the electrical angle has been described, but the case where there are three or more pulses can be considered similarly. That is, the formula (51) can be applied. In FIG. 16B, the current values at the points (points W, X, Y, Z) where the current graphs in each section intersect are schematically illustrated as being the same. The value of the current at the point fluctuates depending on the values of D1 to D3.
E.第3の実施例:
図17は、第3の実施例を示す説明図である。第3の実施例は、図17(A)に示すように、電動機の3つの電磁コイル20をスター結線にしている。ここで、スター結線の3つの端子をそれぞれ、端子Vu、Vv、Vwと呼ぶ。図17(B)は、端子Vu、Vv、Vwに印可される電圧を示す説明図である。図17(C)は、図17(B)における期間Q3を拡大して示す説明図である。
E. Third embodiment:
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the third embodiment. In the third embodiment, as shown in FIG. 17A, the three
図17(C)に示す期間T2、T4では、図17(A)の端子VuとVvの間に電圧Esが印可され、端子Vwは、ハイ・インピーダンスになっている。そして、電流は端子Vuから端子Vvに流れる。また、電磁コイル20の内部抵抗をRdcとすると、端子Vuと端子Vvの間の合成抵抗は、2Rdcである。また、期間T3では、端子VuとVwの間に電圧Esが印可され、端子Vvは、ハイ・インピーダンスになっている。そして、電流は端子Vuから端子Vwに流れる。なお、端子Vuと端子Vwの間の合成抵抗は、2Rdcである。また、期間T1、T5では、いずれの端子もハイ・インピーダンスになっており、いずれの端子Vu、Vv、Vwにも電流は流れない。
In the periods T2 and T4 illustrated in FIG. 17C, the voltage Es is applied between the terminals Vu and Vv in FIG. 17A, and the terminal Vw is in a high impedance state. The current flows from the terminal Vu to the terminal Vv. When the internal resistance of the
このような3相PWM駆動においては、供給電圧値として、第2の実施例で示したように、供給電圧Esにデューティー比Drを掛けたEs×Drを代わりに用いることができる。また、電磁コイルの抵抗値として、2Rdcを代わりに用いることが可能となる。例えば、実施例1で使用した(8)式は、(52)式のようになる。他の式も同様である。
ここで、合成抵抗値2Rdcは、逆起電力Egが発生していない状態において電動機100に流れている電流値Iと、供給電圧値Esとの関係から求めることができる。具体的には、この逆起電力Egが発生していない状態は、例えば、ローター部10(図1参照)を回転しないように固定し、図17(C)の期間T2に示す状態を維持することにより、実現することが可能である。なお、このとき算出される抵抗値は、合成抵抗2Rdcである。
Here, the combined resistance value 2Rdc can be obtained from the relationship between the current value I flowing in the
以上のように、3相PWM駆動においても、供給電圧値Esと、抵抗値2Rdcと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとを測定することによって、PWM駆動下における電動機100の各種特性を算出することが可能である。
As described above, even in the three-phase PWM drive, the supply voltage value Es, the resistance value 2Rdc, the no-load current value Inl, and the no-load rotation speed Nnl are measured, whereby various types of the
F.応用例:
F1.応用例1:
図18は、応用例を示す説明図である。本発明は、電動機の制御装置にも適用可能である。すなわち、電動機の制御装置は、電動機の特性を算出する特性算出部(演算部210)と、算出される電動機の特性に基づいて電動機を制御する制御部213と、を備える。この特性算出部は、上述した実施例のように、抵抗値Rdcと、供給電圧値Esと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlと、に基づいて電動機の特性を算出する。このような制御装置によれば、適切に電動機を制御することが可能となる。また、この制御装置を備える電動機を実現することもできる。
F. Application example:
F1. Application example 1:
FIG. 18 is an explanatory diagram showing an application example. The present invention is also applicable to a motor control device. That is, the motor control device includes a characteristic calculation unit (calculation unit 210) that calculates the characteristics of the motor, and a
F2.応用例2:
本発明は、ファンモーター、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクター等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
F2. Application example 2:
The present invention is applicable to motors of various devices such as a fan motor, a timepiece (hand drive), a drum type washing machine (single rotation), a roller coaster, and a vibration motor. When the present invention is applied to a fan motor, the various effects described above (low power consumption, low vibration, low noise, low rotation unevenness, low heat generation, long life) are particularly remarkable. Such fan motors are, for example, digital display devices, in-vehicle devices, fuel cell personal computers, fuel cell digital cameras, fuel cell video cameras, fuel cell devices such as fuel cell phones, projectors, etc. Can be used as a fan motor for equipment. The motor of the present invention can also be used as a motor for various home appliances and electronic devices. For example, the motor according to the present invention can be used as a spindle motor in an optical storage device, a magnetic storage device, a polygon mirror driving device, or the like. The motor according to the present invention can also be used as a motor for a moving body or a robot.
図19は、本発明の適用例によるモーターを利用したプロジェクターを示す説明図である。このプロジェクター1600は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源1610R、1610G、1610Bと、これらの3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブ1640R、1640G、1640Bと、変調された3色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム1650と、合成された3色の色光をスクリーンSCに投写する投写レンズ系1660と、プロジェクター内部を冷却するための冷却ファン1670と、プロジェクター1600の全体を制御する制御部1680と、を備えている。冷却ファン1670を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to an application example of the invention. The
図20は、本発明の適用例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図20(A)は携帯電話1700の外観を示しており、図20(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話1700は、携帯電話1700の動作を制御するMPU1710と、ファン1720と、燃料電池1730とを備えている。燃料電池1730は、MPU1710やファン1720に電源を供給する。ファン1720は、燃料電池1730への空気供給のために携帯電話1700の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池1730で生成される水分を携帯電話1700の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン1720を図20(C)のようにMPU1710の上に配置して、MPU1710を冷却するようにしてもよい。ファン1720を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 20 is an explanatory view showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to an application example of the present invention. FIG. 20A illustrates an appearance of the
図21は、本発明の適用例によるモーター/発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車(電動アシスト自転車)を示す説明図である。この自転車1800は、前輪にモーター1810が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路1820と充電池1830とが設けられている。モーター1810は、充電池1830からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター1810で回生された電力が充電池1830に充電される。制御回路1820は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター1810としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
FIG. 21 is an explanatory view showing an electric bicycle (electric assist bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to an application example of the present invention. This
図22は、本発明の適用例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット1900は、第1と第2のアーム1910,1920と、モーター1930とを有している。このモーター1930は、被駆動部材としての第2のアーム1920を水平回転させる際に使用される。このモーター1930としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to an application example of the present invention. The
図23は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両3500は、モーター3510と、車輪3520とを有している。このモーター3510は、車輪3520を駆動する。さらに、モーター3510は、鉄道車両3500の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター3510としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 23 is an explanatory view showing a railway vehicle using a motor according to a modification of the present invention. The
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。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
10…ローター部
20…電磁コイル
22…PWMドライバー
24…電源
28…PWM制御部
31…内部抵抗
100…電動機
102…回転軸
200…電動機特性取得装置
202…回転速度測定部
204…抵抗値測定部
206…供給電圧値測定部
208…電流値測定部
210…演算部
212…表示装置
213…制御部
214…カップリング
300…電動機特性取得装置
302…駆動用電動機
304…逆起電力測定部
26…ホールIC
1600…プロジェクター
1610R、1610G、1610B…光源
1640R、1640G、1640B…液晶ライトバルブ
1650…クロスダイクロイックプリズム
1660…投写レンズ系
1670…冷却ファン
1680…制御部
1700…携帯電話
1720…ファン
1730…燃料電池
1800…自転車
1810…モーター
1820…制御回路
1830…充電池
1900…ロボット
1910…第1のアーム
1920…第2のアーム
1930…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
T…トルク
Egnl…無負荷逆起電力
N…回転数
P…出力
S1…スイッチ
S2…スイッチ
Ke…逆起電力定数
Eg…逆起電力
ω…角速度
ωnl…無負荷角速度
Es…供給電圧値
SSA…センサー信号
Rdc…抵抗値
I…電流値
Inl…無負荷電流値
N…回転数
Nnl…無負荷回転数
Dr…デューティー比
L…インダクタンス
Vu、Vv、Vw…端子
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (11)
(a)前記電動機内の電磁コイルの抵抗値を取得する工程と、
(b)前記電動機へ供給される電圧の電圧値である供給電圧値を取得する工程と、
(c)前記電動機の無負荷時における回転速度である無負荷回転速度を測定する工程と、
(d)前記電動機の無負荷時における電流値である無負荷電流値を測定する工程と、
(e)前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷回転速度と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の特性を算出する工程と、
を備える、方法。 A method for obtaining the characteristics of an electric motor,
(A) obtaining a resistance value of an electromagnetic coil in the electric motor;
(B) obtaining a supply voltage value which is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
(C) measuring a no-load rotation speed that is a rotation speed at the time of no load of the electric motor;
(D) a step of measuring a no-load current value which is a current value at the time of no load of the electric motor;
(E) calculating the characteristics of the electric motor based on the resistance value, the supply voltage value, the no-load rotation speed, and the no-load current value;
A method comprising:
前記工程(e)は、前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の無負荷時において前記電磁コイルに発生する逆起電力である無負荷逆起電力を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 1, comprising:
The step (e) includes a no-load back electromotive force that is a back electromotive force generated in the electromagnetic coil when the motor is unloaded based on the resistance value, the supply voltage value, and the no-load current value. A method comprising calculating power.
前記工程(e)は、前記無負荷回転速度と、前記無負荷逆起電力とに基づいて、前記電磁コイルの逆起電力定数を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 2, comprising:
The method (e) includes a step of calculating a back electromotive force constant of the electromagnetic coil based on the no-load rotation speed and the no-load back electromotive force.
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと、前記電磁コイルに流れる電流値との関係を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 3, comprising:
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and a current value flowing through the electromagnetic coil based on the back electromotive force constant.
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の回転速度との関係を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 3, comprising:
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and a rotation speed of the electric motor based on the back electromotive force constant.
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の出力との関係を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 3, comprising:
The step (e) includes a step of calculating a relationship between a torque generated by the electric motor and an output of the electric motor based on the back electromotive force constant.
前記工程(e)は、前記逆起電力定数に基づいて、前記電動機が発生させるトルクと前記電動機の効率との関係を算出する工程を含む、方法。 The method of claim 3, comprising:
The step (e) includes a step of calculating a relationship between the torque generated by the electric motor and the efficiency of the electric motor based on the back electromotive force constant.
前記工程(b)において、前記電動機に対してPWM駆動する場合には、供給電圧にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いる、方法。 A method according to any of claims 1 to 7, comprising
In the step (b), when PWM driving is performed on the electric motor, a value obtained by multiplying a supply voltage by a duty ratio is used as an effective voltage value.
前記電磁コイルが3相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の2倍の抵抗値を用いる、方法。 A method according to any of claims 1 to 8, comprising
When the electromagnetic coil is three-phase star-connected, a resistance value that is twice the resistance value of the electromagnetic coil alone is used as the total resistance of the electromagnetic coil of the electric motor.
前記電動機内の電磁コイルの抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値である供給電圧値を取得する供給電圧値取得部と、
前記電動機の無負荷時における回転速度である無負荷回転速度を測定する無負荷回転速度測定部と、
前記電動機の無負荷時における電流値である無負荷電流値を測定する無負荷電流値測定部と、
前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷回転速度と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の特性を演算により算出する演算部と、
を備える、装置。 A device for acquiring the characteristics of an electric motor,
A resistance value acquisition unit for acquiring a resistance value of an electromagnetic coil in the electric motor;
A supply voltage value acquisition unit that acquires a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
A no-load rotation speed measuring unit that measures a no-load rotation speed that is a rotation speed at the time of no load of the electric motor;
A no-load current value measuring unit for measuring a no-load current value which is a current value at the time of no load of the electric motor;
A calculation unit that calculates the characteristics of the electric motor by calculation based on the resistance value, the supply voltage value, the no-load rotation speed, and the no-load current value;
An apparatus comprising:
前記電動機内の電磁コイルの抵抗値を取得する機能と、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値である供給電圧値を取得する機能と、
前記電動機の無負荷時における回転速度である無負荷回転速度を取得する機能と、
前記電動機の無負荷時における電流値である無負荷電流値を取得する機能と、
前記抵抗値と、前記供給電圧値と、前記無負荷回転速度と、前記無負荷電流値とに基づいて、前記電動機の特性を演算により算出する機能と、
を前記コンピューターに実現させるコンピュータープログラム。 A computer program for causing a computer to acquire the characteristics of an electric motor,
A function of obtaining a resistance value of an electromagnetic coil in the electric motor;
A function of obtaining a supply voltage value that is a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
A function of acquiring a no-load rotation speed that is a rotation speed at the time of no load of the electric motor;
A function of obtaining a no-load current value which is a current value at the time of no load of the electric motor;
Based on the resistance value, the supply voltage value, the no-load rotation speed, and the no-load current value, a function of calculating the characteristics of the electric motor by calculation,
A computer program for causing the computer to realize the above.
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