JP2010045959A - Method of calculating motor characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機の特性を算出する方法 The present invention relates to a method for calculating the characteristics of an electric motor.
従来、電動機の特性をグラフで表記する場合には、電動機が外部負荷に対して発生させるトルクを横軸に表記し、電動機の特性を縦軸に表記していた(例えば特許文献1)。 Conventionally, when the characteristics of an electric motor are represented by a graph, the torque generated by the electric motor with respect to an external load is represented on the horizontal axis, and the characteristics of the electric motor are represented on the vertical axis (for example, Patent Document 1).
しかし、電動機の特性を従来の方法で算出すると、無負荷で電動機を回転させている場合には、電動機はローターを回転させる仕事をしているにもかかわらず、電動機の出力と効率は0として算出されてしまうといった問題があった。 However, when the characteristics of the motor are calculated by the conventional method, when the motor is rotated with no load, the output and efficiency of the motor are set to 0 even though the motor is working to rotate the rotor. There was a problem of being calculated.
また、近年では、永久磁石を備えたローターが増えており、ローター自身も負荷として大きくなっている。さらに、ローター単体で直接仕事をする電動機も増えている。したがって、ローターのみが回転している状態においても、電動機は仕事をしているとして、電動機の効率を算出したいという要望があった。また、機械的損失のない無重力の宇宙空間上における回転数を算出する必要性も生じてきた。 In recent years, the number of rotors equipped with permanent magnets has increased, and the rotor itself has increased as a load. In addition, an increasing number of electric motors work directly with a single rotor. Therefore, even when only the rotor is rotating, there is a demand for calculating the efficiency of the motor, assuming that the motor is working. There has also been a need to calculate the number of revolutions in a zero-gravity space without mechanical loss.
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、電動機の特性を算出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 calculating 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。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
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]
電動機の特性を算出する方法であって、
前記電動機が理論上発生させることのできるトルクである真トルクを基準として、前記電動機の特性を算出する工程を備え、
前記真トルクは、
前記電動機が外部負荷に対して発生させる外部トルクと、
前記電動機が内部負荷に対して発生させる内部トルクと、を合わせたトルクである、方法。
適用例1の方法では、真トルクを基準として、電動機の特性を算出することで、ローター自身を負荷として捉えている。したがって、適用例1の方法によれば、適切に電動機の特性を算出することができる。
[Application Example 1]
A method for calculating the characteristics of an electric motor,
A step of calculating characteristics of the electric motor based on a true torque that is a torque that the electric motor can theoretically generate,
The true torque is
An external torque that the electric motor generates with respect to an external load;
The method is a combined torque of an internal torque generated by the electric motor with respect to an internal load.
In the method of Application Example 1, the rotor itself is regarded as a load by calculating the characteristics of the electric motor based on the true torque. Therefore, according to the method of the application example 1, it is possible to appropriately calculate the characteristics of the electric motor.
[適用例2]
適用例1に記載の方法であって、
前記真トルクを基準として、前記電動機の真の出力を算出する、方法。
適用例2の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の出力を、適切に算出することができる。
[Application Example 2]
A method described in application example 1,
A method of calculating a true output of the electric motor based on the true torque.
According to the method of Application Example 2, it is possible to appropriately calculate the output of the motor when the rotor itself is regarded as a load.
[適用例3]
適用例2に記載の方法であって、
逆起電力と電流値とを乗算することにより、前記真の出力を算出する、方法。
適用例3の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の出力を、電気的な値から適切に算出することができる。
[Application Example 3]
A method described in application example 2,
A method of calculating the true output by multiplying a counter electromotive force and a current value.
According to the method of the application example 3, the output of the motor when the rotor itself is regarded as a load can be appropriately calculated from the electrical value.
[適用例4]
適用例2または3に記載の方法であって、
前記真の出力が0を示す点と、電流値が0を示す点とが一致するように、前記真の出力を算出する、方法。
適用例4の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の出力を、適切に算出することができる。さらに、電動機の出力が0を示す点と、電流値が0を示す点とが一致した表記とすることができる。
[Application Example 4]
The method according to application example 2 or 3,
A method of calculating the true output so that a point where the true output indicates 0 and a point where the current value indicates 0 match.
According to the method of Application Example 4, it is possible to appropriately calculate the output of the electric motor when the rotor itself is regarded as a load. Furthermore, it can be set as the description which the point where the output of an electric motor shows 0, and the point where an electric current value shows 0 corresponded.
[適用例5]
適用例1に記載の方法であって、
前記真トルクを基準として、前記電動機の真の効率を算出する、方法。
適用例5の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の効率を、適切に算出することができる。
[Application Example 5]
A method described in application example 1,
A method of calculating a true efficiency of the electric motor based on the true torque.
According to the method of Application Example 5, the efficiency of the electric motor when the rotor itself is regarded as a load can be calculated appropriately.
[適用例6]
適用例5に記載の方法であって、
前記真の効率を、逆起電力と供給電圧との比によって算出する、方法。
適用例6の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の効率を、電気的な値から適切に算出することができる。
[Application Example 6]
A method described in application example 5,
Calculating the true efficiency by the ratio of the back electromotive force to the supply voltage.
According to the method of the application example 6, the efficiency of the motor when the rotor itself is regarded as a load can be appropriately calculated from an electrical value.
[適用例7]
適用例5または6に記載の方法であって、
電流値が0を示す点において前記真の効率が100%を示すように、前記真の効率を算出する、方法。
適用例7の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の効率を、適切に算出することができる。さらに、電流値が0を示す点においても、電動機の効率が100%に表示されるようにすることができる。
[Application Example 7]
The method according to application example 5 or 6,
A method of calculating the true efficiency so that the true efficiency indicates 100% at a point where the current value indicates 0.
According to the method of Application Example 7, the efficiency of the electric motor when the rotor itself is regarded as a load can be appropriately calculated. Furthermore, the efficiency of the electric motor can be displayed at 100% even when the current value indicates 0.
[適用例8]
適用例1に記載の方法であって、
前記真トルクを基準として、前記電動機の回転数を算出する、方法。
適用例8の方法によれば、電動機の回転数を適切に算出することができる。また、ローター自身の負荷が0である場合の回転数を算出することもできる。
[Application Example 8]
A method described in application example 1,
A method of calculating the number of revolutions of the electric motor based on the true torque.
According to the method of the application example 8, it is possible to appropriately calculate the rotation speed of the electric motor. It is also possible to calculate the rotational speed when the load of the rotor itself is zero.
[適用例9]
適用例8に記載の方法であって、
前記回転数を、逆起電力と逆起電力定数との比によって算出する、方法。
適用例9の方法によれば、ローター自身を負荷として捉えた場合における電動機の回転数を、電気的な値から適切に算出することができる。また、ローター自身の負荷が0であった場合の回転数を算出することもできる。
[Application Example 9]
The method according to application example 8,
The method of calculating the said rotation speed by ratio of a counter electromotive force and a counter electromotive force constant.
According to the method of the application example 9, it is possible to appropriately calculate the rotation speed of the electric motor when the rotor itself is regarded as a load from an electrical value. It is also possible to calculate the rotational speed when the load of the rotor itself is zero.
[適用例10]
適用例1ないし9のいずれかに記載の方法であって、
逆起電力定数をKeとし、トルク定数をKtとした場合において、
Ke=Kt
の式を用いて、前記電動機の特性を算出する、方法。
適用例10の方法によれば、電動機の特性を適切に算出することができる。
[Application Example 10]
The method according to any one of Application Examples 1 to 9,
When the back electromotive force constant is Ke and the torque constant is Kt,
Ke = Kt
A method of calculating the characteristics of the electric motor using the following formula.
According to the method of Application Example 10, the characteristics of the electric motor can be calculated appropriately.
[適用例11]
電動機の制御装置であって、
前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値と、
前記電動機の無負荷時における電流値と、
前記電動機の無負荷時における回転数と、
に基づいて前記電動機の特性を算出する特性算出部と、
前記算出された電動機の特性に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、電動機の制御装置。
適用例11の制御装置によれば、電動機の特性に基づいて、適切に電動機を制御することができる。
[Application Example 11]
A control device for an electric motor,
A resistance value of an electromagnetic coil of the electric motor;
A voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
A current value at the time of no load of the electric motor;
The number of rotations of the electric motor when no load is applied;
A characteristic calculation unit for calculating the characteristic of the electric motor based on
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated electric motor characteristics;
An electric motor control device.
According to the control device of application example 11, the electric motor can be appropriately controlled based on the characteristics of the electric motor.
[適用例12]
電動機であって、
適用例11に記載の制御装置を備える、電動機。
適用例12の電動機は、電動機の特性に基づいて、適切に制御される。
[Application Example 12]
An electric motor,
An electric motor comprising the control device according to Application Example 11.
The electric motor of Application Example 12 is appropriately controlled based on the characteristics of the electric motor.
[適用例13]
電動機の真の効率を算出する方法であって、
(a)前記電動機に発生する逆起電力を取得する工程と、
(b)前記電動機へ供給される電圧の電圧値を取得する工程と、
(c)前記逆起電力をEgとし、前記電圧値をEsとし、前記電動機の真の効率をηrとする場合において、
ηr=100×Eg/Es
の式にしたがって、前記電動機の真の効率ηrを算出する工程と、
を備える方法。
適用例13の方法では、ローター自身を負荷として捉えて、電動機の効率を算出する。このため、無負荷で電動機を回転させている場合にも、効率は0ではない値を示すことになる。したがって、適用例13の方法によれば、電動機の効率を適切に算出することができる。
[Application Example 13]
A method for calculating the true efficiency of an electric motor,
(A) obtaining a back electromotive force generated in the electric motor;
(B) obtaining a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
(C) In the case where the back electromotive force is Eg, the voltage value is Es, and the true efficiency of the motor is ηr,
ηr = 100 × Eg / Es
Calculating the true efficiency ηr of the electric motor according to the equation:
A method comprising:
In the method of the application example 13, the rotor itself is regarded as a load, and the efficiency of the electric motor is calculated. For this reason, even when the electric motor is rotated with no load, the efficiency shows a non-zero value. Therefore, according to the method of application example 13, the efficiency of the electric motor can be calculated appropriately.
[適用例14]
適用例13に記載の方法であって、
前記工程(c)は、無負荷時における前記逆起電力をEgnlとし、無負荷時における前記電動機の真の効率をηrnlとする場合において、
ηrnl=100×Egnl/Es
の式にしたがって、無負荷時における前記電動機の真の効率ηrnlを算出する工程を含む、方法。
適用例14の方法では、無負荷で電動機を回転させている場合における電動機の効率を適切に算出することができる。この無負荷時における効率が100%に近い電動機ほど、ローターによる損失が小さい電動機であると評価することができる。
[Application Example 14]
A method described in application example 13,
In the step (c), when the back electromotive force at no load is Egnl and the true efficiency of the motor at no load is ηrnl,
ηrnl = 100 × Egnl / Es
A method comprising calculating a true efficiency ηrnl of the electric motor at no load according to the formula:
In the method of the application example 14, the efficiency of the motor when the motor is rotated with no load can be appropriately calculated. It can be evaluated that the electric motor with the efficiency at the time of no load being close to 100% is an electric motor having a smaller loss due to the rotor.
[適用例15]
適用例1から適用例10、適用例13、適用例14のいずれかに記載の方法であって、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15の方法によれば、PWM駆動の場合は、ディーティ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 15]
The method according to any one of Application Examples 1 to 10, Application Example 13, and Application Example 14, wherein when the motor is PWM-driven, a value obtained by multiplying a supply voltage by a duty ratio is an effective voltage. The method to use as the value.
According to the method of application example 15, 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16]
適用例1から適用例10、適用例13から適用例15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16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 16]
The method according to any one of Application Example 1 to Application Example 10 and Application Example 13 to Application Example 15, wherein when the electromagnetic coil is three-phase star-connected, the total resistance of the electromagnetic coil of the electric motor is A method using a resistance value that is twice the resistance value of the electromagnetic coil alone.
According to the method of the application example 16, 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、電動機の特性算出方法および装置、電動機の特性算出システム、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、コンピュータプログラム、そのコンピュータ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, the present invention can be realized in the form of a motor characteristic calculation method and apparatus, a motor characteristic calculation 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実施例:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.変形例:
F.応用例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Variation:
F. Application example:
A.第1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。また、本明細書において、「無負荷」とは、ローター部10に外部負荷が接続されていない状態を意味する。
In this embodiment, when the resistance value Rdc of the
図2は、第1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 showing the 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。その際、抵抗値Rdcがジュール熱の影響を受けないように、電流値Iまたは供給電圧値Esを制御することが好ましい。なお、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を停止させる目的の機械角位置で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の特性の算出方法については、後述する。
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(A)は、従来の表記方法によって電動機の特性を描いたグラフである。この図4(A)には、電流値Iと、回転数Nと、出力Pと、効率ηとが示されている。図4(A)の横軸は、電動機100が外部負荷に対して発生させるトルクTである。図4(A)で示す従来の表記方法では、トルクT=0となる無負荷時では、出力Pは0として算出される。その結果、この従来の表記方法では、電動機100は無負荷時においてもローター部10に対して仕事をしているにもかかわらず、無負荷時における効率ηは0%として算出されるという問題が生じる。なお、この図4(A)には、無負荷回転数Nnlと、無負荷電流値Inlとが示されている。
FIG. 4A is a graph depicting the characteristics of an electric motor by a conventional notation method. FIG. 4A shows the current value I, the rotational speed N, the output P, and the efficiency η. The horizontal axis in FIG. 4A is the torque T generated by the
図4(B)は、新しい表記方法によって電動機の特性を描いたグラフである。この図4(B)で示すグラフは、無負荷時においても電動機100はローター部10に対して仕事をしているという考えに基づいて、描かれている。このため、図4(B)の横軸は、トルクTとは異なる真トルクTrである。そして、真トルクTr=Trnlの軸が、従来の無負荷点(トルクT=0)に対応している。この真トルクTrについては後述する。さらに、図4(B)には、真トルクTrを基準として算出された真出力Prと、真効率ηrとが示されている。この真出力Prは、無負荷時においても0ではない値を示す。また、真効率ηrは、無負荷時においても0%ではない値を示し、真トルクTr=0の場合には100%を示す。真出力Prと、真効率ηrの算出方法については後述する。本実施例では、この新しい表記方法にしたがって、電動機の特性を算出する。すなわち、真トルクTrを基準として、電動機の特性を算出する。なお、この図4(B)には、無負荷回転数Nnlと、無負荷電流値Inlの他に、内部トルクTrnlと、最大トルクTrmaxとが示されている。また、図4(B)によれば、真トルクTrを基準として電動機の特性を算出すると、真出力Prが0を示す点と、電流値Iが0を示す点とが一致することが理解できる。さらに、電流値Iが0を示す点においては、真効率ηrは、100%を示すことが理解できる。
FIG. 4B is a graph depicting the characteristics of the motor by a new notation method. The graph shown in FIG. 4B is drawn based on the idea that the
図5は、電動機100が理論上発生させることのできる真トルクTr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5には、最大トルクTrmaxと、内部トルクTrnlとが示されている。最大トルクTrmaxは、回転数N=0の時に、電動機100が発生させる始動トルクである。内部トルクTrnlは、無負荷で電動機100を回転させている時に、電動機100が発生させるトルクである。図6ないし図8においても同様である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the true torque Tr that can be theoretically generated by the
ここで、「真トルクTr[N・m]」について説明する。電動機100のローター部10は、電動機100の内部負荷として考えることができる。したがって、電動機100は、ローター部10に外部負荷が接続されていない無負荷時においても、内部トルクTrnl(以下では、無負荷真トルクTrnlとも呼ぶ。)を発生させて、ローター部10を回転させていると考えることができる。つまり、無負荷時では、内部トルクTrnlと、ローター部10による内部負荷(機械的損失を含む)とが釣り合っている。真トルクTrは、この内部トルクTrnlと、ローター部10が外部負荷に対して発生させるトルク(以下では、外部トルクToutとも呼ぶ。)とを足したものである。換言すれば、真トルクTrは、ローター部10の内部負荷が0(すなわち、ローター部10による内部損失が0)であった場合に、電動機100が外部に対して発生させることのできるトルクの理論値である。
Here, “true torque Tr [N · m]” will be described. The
真トルクTr[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。
また、図5で示すように、横軸を真トルクTrで表記すると、グラフは原点を通る。さらに、無負荷時の状態は、無負荷真トルクTrnlの位置で示される。以下で示す図6ないし図8においても同様である。なお、無負荷真トルクTrnlは、(6)式を変形した以下の(7)式によって求めることができる。
図6は、電動機100が理論上発生させることのできる真トルクTr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(8)式で示される。
(1)、(5)式を用いて、(11)式を変形すると、以下の(12)式となる。
図7は、電動機100が理論上発生させることのできる真トルクTrと、電動機100の真出力Prとの関係を示すグラフである。真トルクTr[N・m]と真出力Pr[W]との関係は、以下の(13)式で示される。
図8は、電動機100が理論上発生させることのできる真トルクTrと、電動機100の真効率ηrとの関係を示すグラフである。ここで、真効率ηr[%]とは、無負荷で電動機100が回転している場合であっても、電動機100はローター部10に対して仕事をしていると考えた場合に算出される効率である。真効率ηrは、以下の(16)式で示される。
(20)式に、(9)式を代入すると、以下の(21)式となる。
Substituting equation (9) into equation (20) yields the following equation (21).
また、(18)式を、(6)、(9)式を用いて変形すると、以下の(22)式となる。
ここで、無負荷で電動機100を回転させている場合について考察する。無負荷時の真効率ηrnl(以下では、無負荷真効率ηrnlとも呼ぶ。)は、(22)式に(7)式を代入することによって得られる以下の(23)式で示される。
また、上記(16)式にPr=0、I=0を代入すると、ηr=0/0となり、数学上では不定になると思われる。しかし、実際には、(16)式は、(18)式で完全に置き換えることができるため、ηr=0/0は1として成り立つことが証明できる。 Further, if Pr = 0 and I = 0 are substituted into the above equation (16), ηr = 0/0, which is considered to be indefinite in mathematics. However, in practice, the expression (16) can be completely replaced by the expression (18), so that it can be proved that ηr = 0/0 holds as 1.
図9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9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]
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、真出力Pr[W]と、真効率ηr[%]とが、真トルクTr[N・m]ごとにそれぞれ算出される。また、無負荷真トルクTrnlは、逆起電力定数Keと無負荷電流値Inlとに基づいて、以下の値に算出される。
無負荷真トルクTrnl=0.00037[N・m]
FIG. 9 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]
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 true output Pr [W], The true efficiency ηr [%] is calculated for each true torque Tr [N · m]. The no-load true torque Trnl is calculated to the following value based on the back electromotive force constant Ke and the no-load current value Inl.
No-load true torque Trnl = 0.00037 [N · m]
図10は、図9による算出結果に基づいて、真トルクTrと電流値Iとの関係を示すグラフである。この図10には、無負荷真トルクTrnlの値を示す直線が描かれている。すなわち、無負荷時における電動機100の特性は、この直線とグラフとの交点で示される。以下で示す図11ないし図13においても同様である。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the true torque Tr and the current value I based on the calculation result shown in FIG. In FIG. 10, a straight line indicating the value of the no-load true torque Trnl is drawn. That is, the characteristic of the
図11は、図9による算出結果に基づいて、真トルクTrと回転数Nとの関係を示すグラフである。図12は、図9による算出結果に基づいて、真トルクTrと真出力Prとの関係を示すグラフである。図13は、図9による算出結果に基づいて、真トルクTrと真効率ηrとの関係を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between the true torque Tr and the rotational speed N based on the calculation result shown in FIG. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the true torque Tr and the true output Pr based on the calculation result shown in FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the true torque Tr and the true efficiency ηr based on the calculation result shown in FIG.
このように、本実施例では、ローター部10を電動機100の負荷として捉え、真トルクTrを基準として、真効率ηrを算出する。この真効率ηrによれば、電動機100の効率を適切に評価することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、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。さらに、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。
Various characteristics of the
図14は、ソフトウェアによるグラフの表記方法の手順を示すフローチャートである。ステップS110では、電動機の始動時における電流値Ist(以下では、始動電流値Istとも呼ぶ。)を、以下の(24)式にしたがって算出する。
ステップS150では、トルク定数Ktを、以下の(28)式にしたがって算出する。
ステップS170では、真トルクTrの分解数Ntを用いて、以下のフローにて真トルクTr[i]の配列値を決定する。
Tstp=Trmax/(Nt−1);
n=0;
while(n<Nt){
Tr[n]=n×Tstp;
n++;
}
In step S170, the array value of the true torque Tr [i] is determined by the following flow using the decomposition number Nt of the true torque Tr.
Tstp = Trmax / (Nt-1);
n = 0;
while (n <Nt) {
Tr [n] = n × Tstp;
n ++;
}
ステップS180では、以下のフローにて、各種の特性の配列値を決定する。
i=0;
while(i<Nt){
電流値の配列 I[i]=Tr[i]/Kt;
逆起電力の配列 Eg[i]=Es−Rdc×I[i];
回転数の配列 N[i]=60/(2×π)×Eg[i]/Ke;
真出力の配列 Pr[i]=Eg[i]/Ke×Tr[i];
電力値の配列 Pe[i]=Es×I[i];
真効率の配列 ηr[i]=Eg[i]/Es×100;
i++;
}
最大電力値 Pemax=Es×Ist;
理論回転数値 Nmax=N[0];
内部トルク Trnl=Kt×Inl;
In step S180, array values of various characteristics are determined according to the following flow.
i = 0;
while (i <Nt) {
Array of current values I [i] = Tr [i] / Kt;
Arrangement of back electromotive force Eg [i] = Es−Rdc × I [i];
Arrangement of rotational speed N [i] = 60 / (2 × π) × Eg [i] / Ke;
True output array Pr [i] = Eg [i] / Ke × Tr [i];
Array of power values Pe [i] = Es × I [i];
True efficiency array ηr [i] = Eg [i] / Es × 100;
i ++;
}
Maximum power value Pemax = Es × Ist;
Theoretical rotational value Nmax = N [0];
Internal torque Trnl = Kt × Inl;
ステップS190では、決定した配列値に基づいて、図4(B)で示すグラフを表記する。以上の手順によれば、図4(B)で示す新表記方法によるグラフを、ソフトウェアによって表記することができる。 In step S190, the graph shown in FIG. 4B is written based on the determined array value. According to the above procedure, the graph according to the new notation method shown in FIG. 4B can be represented by software.
B.第2実施例:
図15は、第2実施例における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。
B. Second embodiment:
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of the 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(30)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.
また、第2実施例における電動機特性取得装置300では、逆起電力測定部304が逆起電力Egを測定する。このため、演算部210は、(18)式にしたがって、逆起電力Egと、供給電圧値Esとに基づいて、真効率ηrを算出することもできる。
Further, in the motor
C.第3の実施例:
第1、第2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3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。
C. Third embodiment:
In the first and second embodiments, the case where the duty ratio is 1 has been described. In the third embodiment, the case where the
図16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16に示す電動機は、図1に示す電動機と同じであるが、図16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. 16 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the electric motor in consideration of the inductance of the electromagnetic coil. The electric motor shown in FIG. 16 is the same as the electric motor shown in FIG. 1 except that the inductance L of the
図17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. 17 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(31)式に示す式となる。この(31)式は、第1の実施例の(4)式を変形し、電磁コイル20による誘導起電力を加えた式である。
(31)式を解くと、(32)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、(31)式においてEs=0とすればよく、具体的には、(33)式に示す式となる。
(33)式を解くと、(34)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、(35)式に示す境界条件により(36)式が得られる。この境界条件は、(32)式の終点と、(34)式の始点とが、一致することによるものである。
(36)式を変形すると(37)式が得られる。
また、(38)式に示す境界条件により(39)式が得られ、同様に(39)式を変形すると、(40)式が得られる。この境界条件は、(32)式の始点と、(34)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、(41)式で算出することができる。
(41)式の分子第1項は、(42)式のように変形することができ、分子第2項は、(43)式のように変形することができる。
ここで、(42)式の第1項と(43)式の第1項を加えると、(44)式が得られる。
(44)式に(37)式、(40)式を代入すると、(45)式が得られる。
次に(42)式の第2項と(43)式の第2項を加えると、(46)式が得られる。
その結果、(41)式は、(47)式のように変形することができる。(47)式を見ればわかるように、(32)式、(34)式にあった定数A、Bは、相殺され、消えている。
(47)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、(47)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。(47)式を変形すると、(48)式が得られる。
(48)式は、(9)式と比較すると、供給電圧が、(9)式ではEsとなっているのに対し、(48)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、(9)式以外についても、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 equation (9), equation (48) differs from equation (9) only in that the supply voltage is Es in equation (9) but Es × Dr in equation (48). 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
C2.第3の実施例の変形例:
図18は、第3の実施例の変形例である。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。
C2. Modification of the third embodiment:
FIG. 18 shows a modification of the third 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3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、(49)式〜(52)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3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。
(49)式の終点=(50)式の始点(いずれもt=D1U)、(50)式の終点=(51)式の始点(いずれもt=D2U)、(51)式の終点=(52)式の始点(いずれもt=D3U)、(49)式の始点(t=0)=(52)式の終点(t=U)、の4つの境界条件により、(53)式〜(56)式が得られる。
平均電流Iは、(57)式で示すことができる。
(57)式の右辺分子第1項〜第4項はそれぞれ、(58)式〜(61)式のように変形できる。
(58)式〜(61)式の第1項を加えた後変形し、(53)式〜(56)式の結果を代入すると、(62)式が得られる。すなわち、(58)式〜(61)式の第1項を加えた和はゼロになる。
(58)式〜(61)式の第2項を加えると、(63)式が得られる。
したがって、平均電流Iは、(64)式で示すことが出来る。
(64)式の結果は、(47)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、(64)式を適用することが可能である。なお、図18(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 (64) is the same as the result of equation (47). 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 expression (64) can be applied. In FIG. 18B, the current values at the points (points W, X, Y, Z) where the current graphs in each section intersect are schematically shown as the same, but these graphs are drawn schematically. The value of the current at point fluctuates depending on the values of D1 to D3.
D.第4の実施例:
図19は、第4の実施例を示す説明図である。第4の実施例は、図19(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19(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19(C)は、図19(B)における期間Q3を拡大して示す説明図である。
D. Fourth embodiment:
FIG. 19 is an explanatory diagram showing the fourth embodiment. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 19A, the three
図19(C)に示す期間T2、T4では、図19(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 shown in FIG. 19C, the voltage Es is applied between the terminals Vu and Vv in FIG. 19A, 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3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(9)式は、(65)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19(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
E.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。
E. 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.
E1.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。
E1. Modification 1:
In the above embodiment, the supply voltage
E2.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。
E2. Modification 2:
In the above embodiment, the resistance
E3.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。
E3. Modification 3:
In the above embodiment, the rotation
E4.変形例4:
電動機の特性の算出をコンピュータ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プログラムに取得させることとしてもよい。また、供給電圧値Esと、逆起電力Egとを予め測定しておき、得られた2つの値をコンピュータプログラムに取得させることとしてもよい。
E4. Modification 4:
When the calculation 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 acquired by a computer program. Alternatively, the supply voltage value Es and the back electromotive force Eg may be measured in advance, and the two obtained values may be acquired by the computer program.
E5.変形例5:
上記第1実施例では、4つの値(供給電圧値Es、抵抗値Rdc、無負荷電流値Inl、無負荷回転数Nnl)を測定して、電動機100の効率等の特性を算出しているが、この代わりに、他の電気的な値を測定して、その測定された値から電動機100の特性を算出することとしてもよい。
E5. Modification 5:
In the first embodiment, four values (supply voltage value Es, resistance value Rdc, no-load current value Inl, no-load rotation speed Nnl) are measured, and characteristics such as efficiency of the
E6.変形例6:
図20は、変形例6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、を備えることとしてもよい。この特性算出部は、例えば、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。
E6. Modification 6:
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a sixth modification. The present invention is also applicable to a motor control device. That is, the motor control device may include a characteristic calculation unit (calculation unit 210) that calculates the characteristics of the motor and a
F.応用例:
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、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。
F. Application example:
The present invention is applicable to various devices. For example, the present invention can be applied to motors of various devices such as a fan motor, a clock (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21は、本発明の変形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3100は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源3110R、3110G、3110B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3140R、3140G、3140B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3150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3160と、プロジェクター内部を冷却するための冷却ファン3170と、プロジェクター3100の全体を制御する制御部3180と、を備えている。冷却ファン3170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. 21 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to a modification of the present invention. The
図22(A)〜(C)は、本発明の変形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22(A)は携帯電話3200の外観を示しており、図22(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話3200は、携帯電話3200の動作を制御するMPU3210と、ファン3220と、燃料電池3230とを備えている。燃料電池3230は、MPU3210やファン3220に電源を供給する。ファン3220は、燃料電池3230への空気供給のために携帯電話3200の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池3230で生成される水分を携帯電話3200の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン3220を図22(C)のようにMPU3210の上に配置して、MPU3210を冷却するようにしてもよい。ファン3220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。
22A to 22C are explanatory views showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to a modification of the present invention. FIG. 22A illustrates an appearance of the
図23は、本発明の変形例によるモーター/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3300は、前輪にモーター3310が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路3320と充電池3330とが設けられている。モーター3310は、充電池3330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3310で回生された電力が充電池3330に充電される。制御回路3320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3310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. 23 is an explanatory diagram showing an electric bicycle (electric assist bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to a modification of the present invention. In this
図24は、本発明の変形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3400は、第1と第2のアーム3410,3420と、モーター3430とを有している。このモーター3430は、被駆動部材としての第2のアーム3420を水平回転させる際に使用される。このモーター3430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. 24 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to a modification of the present invention. The
図25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. 25 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
26…ホールIC
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
3100…プロジェクター
3110…光源
3140…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
3300…自転車
3310…モーター
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第1のアーム
3420…第2のアーム
3430…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記電動機が理論上発生させることのできるトルクである真トルクを基準として、前記電動機の特性を算出する工程を備え、
前記真トルクは、
前記電動機が外部負荷に対して発生させる外部トルクと、
前記電動機が内部負荷に対して発生させる内部トルクと、を合わせたトルクである、方法。 A method for calculating the characteristics of an electric motor,
A step of calculating characteristics of the electric motor based on a true torque that is a torque that the electric motor can theoretically generate,
The true torque is
An external torque that the electric motor generates with respect to an external load;
The method is a combined torque of an internal torque generated by the electric motor with respect to an internal load.
前記真トルクを基準として、前記電動機の真の出力を算出する、方法。 The method of claim 1, comprising:
A method of calculating a true output of the electric motor based on the true torque.
逆起電力と電流値とを乗算することにより、前記真の出力を算出する、方法。 The method of claim 2, comprising:
A method of calculating the true output by multiplying a counter electromotive force and a current value.
前記真の出力が0を示す点と、電流値が0を示す点とが一致するように、前記真の出力を算出する、方法。 The method according to claim 2 or 3, wherein
A method of calculating the true output so that a point where the true output indicates 0 and a point where the current value indicates 0 match.
前記真トルクを基準として、前記電動機の真の効率を算出する、方法。 The method of claim 1, comprising:
A method of calculating a true efficiency of the electric motor based on the true torque.
前記真の効率を、逆起電力と供給電圧との比によって算出する、方法。 6. A method according to claim 5, wherein
Calculating the true efficiency by the ratio of the back electromotive force to the supply voltage.
電流値が0を示す点において前記真の効率が100%を示すように、前記真の効率を算出する、方法。 The method according to claim 5 or 6, comprising:
A method of calculating the true efficiency so that the true efficiency indicates 100% at a point where the current value indicates 0.
前記真トルクを基準として、前記電動機の回転数を算出する、方法。 The method of claim 1, comprising:
A method of calculating the number of revolutions of the electric motor based on the true torque.
前記回転数を、逆起電力と逆起電力定数との比によって算出する、方法。 The method according to claim 8, comprising:
The method of calculating the said rotation speed by ratio of a counter electromotive force and a counter electromotive force constant.
逆起電力定数をKeとし、トルク定数をKtとした場合において、
Ke=Kt
の式を用いて、前記電動機の特性を算出する、方法。 A method according to any of claims 1 to 9, comprising
When the back electromotive force constant is Ke and the torque constant is Kt,
Ke = Kt
A method of calculating the characteristics of the electric motor using the following formula.
前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値と、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値と、
前記電動機の無負荷時における電流値と、
前記電動機の無負荷時における回転数と、
に基づいて前記電動機の特性を算出する特性算出部と、
前記算出された電動機の特性に基づいて、前記電動機を制御する制御部と、
を備える、電動機の制御装置。 A control device for an electric motor,
A resistance value of an electromagnetic coil of the electric motor;
A voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
A current value at the time of no load of the electric motor;
The number of rotations of the electric motor when no load is applied;
A characteristic calculation unit for calculating the characteristic of the electric motor based on
A control unit for controlling the electric motor based on the calculated electric motor characteristics;
An electric motor control device.
請求項11に記載の制御装置を備える、電動機。 An electric motor,
An electric motor comprising the control device according to claim 11.
(a)前記電動機に発生する逆起電力を取得する工程と、
(b)前記電動機へ供給される電圧の電圧値を取得する工程と、
(c)前記逆起電力をEgとし、前記電圧値をEsとし、前記電動機の真の効率をηrとする場合において、
ηr=100×Eg/Es
の式にしたがって、前記電動機の真の効率ηrを算出する工程と、
を備える方法。 A method for calculating the true efficiency of an electric motor,
(A) obtaining a back electromotive force generated in the electric motor;
(B) obtaining a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
(C) In the case where the back electromotive force is Eg, the voltage value is Es, and the true efficiency of the motor is ηr,
ηr = 100 × Eg / Es
Calculating the true efficiency ηr of the electric motor according to the equation:
A method comprising:
前記工程(c)は、無負荷時における前記逆起電力をEgnlとし、無負荷時における前記電動機の真の効率をηrnlとする場合において、
ηrnl=100×Egnl/Es
の式にしたがって、無負荷時における前記電動機の真の効率ηrnlを算出する工程を含む、方法。 14. A method according to claim 13, comprising:
In the step (c), when the back electromotive force at no load is Egnl and the true efficiency of the motor at no load is ηrnl,
ηrnl = 100 × Egnl / Es
A method comprising calculating a true efficiency ηrnl of the electric motor at no load according to the formula:
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 one of claims 1 to 10, claim 13 and claim 14, comprising:
A method of using a value obtained by multiplying a supply voltage by a duty ratio as an effective voltage value when PWM driving is performed on the electric motor.
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 one of claims 1 to 10, and 13 to 15.
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.
前記電動機が理論上発生させることのできるトルクである真トルクを基準として、前記電動機の特性を算出する算出部を備え、
前記真トルクは、
前記電動機が外部負荷に対して発生させる外部トルクと、
前記電動機が内部負荷に対して発生させる内部トルクと、を合わせたトルクである、装置。 An apparatus for calculating the characteristics of an electric motor,
A calculation unit that calculates the characteristics of the electric motor based on a true torque that is a torque that the electric motor can theoretically generate;
The true torque is
An external torque that the electric motor generates with respect to an external load;
An apparatus that is a combined torque of an internal torque generated by the electric motor with respect to an internal load.
前記電動機が理論上発生させることのできるトルクである真トルクを基準として、前記電動機の特性を算出する機能を前記コンピュータに実現させ、
前記真トルクは、
前記電動機が外部負荷に対して発生させる外部トルクと、
前記電動機が内部負荷に対して発生させる内部トルクと、を合わせたトルクである、コンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute processing for calculating characteristics of an electric motor,
Based on the true torque that is the torque that the motor can theoretically generate, the function of calculating the characteristics of the motor is realized in the computer,
The true torque is
An external torque that the electric motor generates with respect to an external load;
The computer program which is a torque which combined the internal torque which the said electric motor generate | occur | produces with respect to internal load.
前記電動機に発生する逆起電力を取得する逆起電力取得部と、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値を取得する供給電圧値取得部と、
前記電動機の効率を算出する算出部と、
を備え、
前記算出部は、前記逆起電力をEgとし、前記電圧値をEsとし、前記電動機の効率をηrとする場合において、
ηr=100×Eg/Es
の式にしたがって、前記電動機の効率を算出する、装置。 An apparatus for calculating the efficiency of an electric motor,
A counter electromotive force acquisition unit for acquiring a counter electromotive force generated in the electric motor;
A supply voltage value acquisition unit for acquiring a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
A calculation unit for calculating the efficiency of the electric motor;
With
In the case where the back electromotive force is Eg, the voltage value is Es, and the efficiency of the motor is ηr,
ηr = 100 × Eg / Es
An apparatus for calculating the efficiency of the electric motor according to the formula:
(a)前記電動機に発生する逆起電力を取得する逆起電力取得機能と、
(b)前記電動機へ供給される電圧の電圧値を取得する供給電圧値取得機能と、
(c)前記逆起電力をEgとし、前記電圧値をEsとし、前記電動機の効率をηrとする場合において、
ηr=100×Eg/Es
の式にしたがって、前記電動機の効率ηrを算出する算出機能と、
を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute processing for calculating the efficiency of an electric motor,
(A) a back electromotive force acquisition function for acquiring back electromotive force generated in the electric motor;
(B) a supply voltage value acquisition function for acquiring a voltage value of a voltage supplied to the electric motor;
(C) In the case where the back electromotive force is Eg, the voltage value is Es, and the efficiency of the motor is ηr,
ηr = 100 × Eg / Es
A calculation function for calculating the efficiency ηr of the electric motor according to the equation:
A computer program for causing the computer to realize the above.
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