JP2016023997A - Dummy load torque generator of rotary-electromotor torque test machine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a pseudo load torque generator that artificially applies a load torque to a rotary motor in a torque characteristic test of the rotary motor.
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。 Conventionally, as a technique for giving a load torque in a pseudo manner in a torque characteristic test of a rotary motor, it is common to provide a brake on the power transmission shaft of the rotary motor to be measured. Examples of such a brake include a friction brake that obtains a braking force by a frictional force generated by a brake shoe, an electromagnetic powder brake in which magnetic powder (powder) is sealed between a driving portion and a driven portion, and Patent Document 1 The disclosed hysteresis brake that generates load loss and generates a hysteresis loss, and further, in Patent Document 2, another rotating motor is driven by the rotating operation of the rotating motor to be measured to perform a power generation operation (equivalent to a generator). In addition, a power generation brake for applying a load torque is disclosed.
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。 However, in friction brakes and electromagnetic powder brakes, the temperature of the rotating motor to be measured rises due to frictional heat generated, and a stable braking force cannot be obtained when continuously used, resulting in the application of a desired load torque. I couldn't. In addition, with the hysteresis brake, the load torque that can be applied is small relative to the size of the device, and when the load torque to be applied is large, the overall size of the testing machine becomes large and unusable, and excitation is also performed during low-speed rotation. There is a problem that residual torque is generated when it is cut.
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。 On the other hand, in the power generation brake, electric power generated by the power generation operation is consumed as heat energy by electric resistance, and a braking torque is obtained to generate load torque. In this case, use at a high speed rotation that generates a large amount of power requires an electric resistance that can consume a large amount of power, and it is also necessary to use a variable resistance to change the load torque. It had to be a composition. Furthermore, it is not suitable for improving the test accuracy by making the load torque correspond to the desired magnitude with high accuracy.
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。 An object of the present invention is to provide a pseudo load torque generator capable of applying various load torques in a high-speed rotation operation of a rotating electric motor to be measured, in a small size and at a low cost.
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。
In order to solve the above-described problem in the present invention, a pseudo load torque generator according to an embodiment includes a torque detector that detects torque by twisting a shaft,
A power generation unit connected to the power transmission shaft of the rotating motor to be measured via the torque detector;
A power consuming unit that consumes the power generated by the power generation unit;
A power consumption control unit for controlling power consumption in the power consumption unit;
A load torque setting unit for setting a load torque to be applied to the rotary electric motor to be measured;
The load torque setting unit compares the actual torque detected by the torque detector with a preset load torque, and gives a command to the power consumption control unit according to the difference,
The power consumption control unit sets a control amount corresponding to the command in the power consumption unit,
The power generated by the generator is consumed, and the load torque applied to the rotating motor to be measured is controlled.
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。 According to the present invention, even when the rotary electric motor to be measured performs a high-speed rotation operation, it is possible to provide a stable load torque at a low cost without increasing the size of the apparatus.
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。 A detailed description of the embodiment will be given below based on the drawings.
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。 FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the pseudo load torque generator 1 and the rotary electric motor M to be measured are connected to the power transmission shaft Ms of the rotary electric machine M to be measured via the drive side coupling 4. On the other hand, in the pseudo load torque generator 1, the drive side coupling 4 and one rotating shaft of the torque detector 3 are connected, and the driven side coupling 5 is connected to the other rotating shaft of the torque detector 3. The rotating shaft of the brushless DC motor 2 (power generation unit) is connected through the via.
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。 The rotary electric motor M to be measured is supplied with electric power from the power source P, is speed controlled by the drive control unit Dv, and is driven at a predetermined rotational speed. Here, the brushless DC motor 2 driven by the measured rotary motor M acts as a generator, and acts as a so-called power generation brake that applies load torque to the measured rotary motor M. The load torque amount to be applied is controlled by controlling the current amount of the collector current Ic flowing between the collector C and the emitter E of the power transistor 11 provided in the power consumption unit 10 to which the brushless DC motor 2 is connected. Will be described later.
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。 On the other hand, in the torque detector 3, since the brushless DC motor 2 acts as a brake on the rotating motor M to be measured during the rotation operation, the shaft connected to the driving side coupling 4 and the driven side coupling 5 are connected. Torsion occurs with the generated shaft, and the actual torque generated there is detected and output to the load torque setting unit 30.
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。 In the load torque setting unit 30, a voltage indicating the actual torque detected by the torque detector 3 is differentially input to the detected torque input unit 31 and amplified. Subsequently, the actual torque voltage amplified by the detected torque input unit 31 by the load torque control amount calculation unit 32 and the input device such as a key and a switch by the set load torque input unit 34 are applied in advance to the rotary electric motor M to be measured. Compared with the voltage indicating the set load torque to be set, a necessary control amount is calculated according to the difference and output to the reference voltage generator 33. The reference voltage generator 33 generates a reference voltage Vref to be output to the power consumption control unit 20 based on the input control amount.
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。 In the power consumption control unit 20, the reference voltage Vref is input to the + terminal side of the controlled variable amplifier 22. Here, since the voltage Vs applied to the current detection resistor 21 is input to the negative input terminal side of the control amount amplifier 22, the output of the control amount amplifier 22 is small when Vs> Vref, and when Vs <Vref. It is controlled to become large.
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。 Vs is determined by the collector current Ic flowing between the collector C and the emitter E of the power transistor 11 and the resistance value Rs of the current detection resistor 21 in the power consumption unit 10 (Vs = Ic × Rs). Since the transistor amplifying action is used, the collector current Ic is controlled by the base current Ib flowing between the base B and the emitter E.
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。 The base current Ib is a current that flows between the base B and the emitter E of the power transistor 11 through the power transistor driver 12 through the output of the controlled variable amplifier 22 and is finally controlled to be Vs = Vref. Become.
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。 Therefore, the load torque to be applied to the rotary motor M to be measured is determined by consuming the power generated by the brushless DC motor 2 acting as a power generation brake by the collector current Ic flowing between the collector C and the emitter E of the power transistor 11. The consumption amount can be controlled by setting the reference voltage Vref input to the control amount amplifier 22 according to the difference between the actual torque detected by the torque detector 3 and the desired load torque.
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。 FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the pseudo load torque generator 100 and the measured rotary motor M are coupled to the power transmission shaft Ms of the measured rotary motor M via the drive side coupling 4 as in the first embodiment. Further, in the apparatus of the pseudo load torque generator 100, the drive side coupling 4 and one rotating shaft of the torque detector 3 are connected, and the other rotating shaft of the torque detector 3 is connected to the DC generator 102 (power generation). Part) is directly attached.
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。 The rotary electric motor M to be measured is supplied with electric power from the power source P, is speed-controlled by the drive control unit Dv, is driven at a predetermined rotational speed, and the DC generator 102 driven by the rotary electric motor M to be measured via the torque detector 3 is Acts as a power generation brake and applies load torque. The load torque amount to be applied is controlled by controlling the current amount of the collector current Ic flowing between the collector C and the emitter E of the power transistor 11 in the power consuming unit 10 as in the first embodiment.
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。 At this time, in the torque detector 3, since the DC generator 102 acts as a brake on the rotating motor M to be measured during the rotation operation, the shaft connected to the drive side coupling 4 and the DC generator 102 are Torsion occurs between the attached opposite shafts, and the actual torque detected there is output to the load torque setting unit 300.
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。 In the load torque setting unit 300, a voltage indicating the actual torque detected by the torque detector 3 is amplified by the detection torque amplifier 301 and input to the −input terminal side of the control amount amplifier 200. Also. A load torque control amount setting unit 302 composed of a variable DC power supply sets a voltage corresponding to a desired load torque and inputs it as a reference voltage Vref to the + terminal side of the control amount amplifier 22.
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。 The control amount comparator 200 (power consumption control unit) compares the amplified voltage indicating the actual torque with the voltage corresponding to the desired load torque, amplifies the voltage proportional to the difference, and outputs the amplified voltage to the power consumption unit 10. To do.
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。 In the power consuming unit 10, the output of the controlled variable amplifier 200 is connected to the base B of the power transistor 11 via the power transistor driver 12, and controls the base current Ib flowing between the base B and the emitter E. Therefore, the current Ic flowing between the collector C and the emitter E due to the amplification action of the power transistor 11 can be controlled.
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。 Therefore, in this embodiment as well, as in the first embodiment, the load torque applied to the rotary electric motor M to be measured is obtained by using the power generated by the DC generator 102 acting as a power generation brake to the collector of the power transistor 11. C is performed by consuming the collector current Ic flowing between the emitters E, and the consumption can be controlled according to the difference between the actual torque detected by the torque detector 3 and the desired load torque.
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。 Therefore, the pseudo load torque generator according to the present embodiment compares the load torque applied to the rotating motor to be measured with the actual torque detected by the torque detector and the desired load torque, and is consumed by the power transistor due to the difference. Therefore, it can be applied accurately and stably without change due to temperature rise. Further, since it is possible to easily change the desired load torque, it is possible to easily apply various load torques. Furthermore, by using a brushless DC motor or DC generator capable of high-speed rotation, a large amount of the generated power can be consumed by the amplification function of the transistor, and it can be realized in a small size and at low cost suitable for high-speed rotation operation. It becomes.
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。 In the above, the present invention has been described in detail with respect to specific embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and various embodiments are possible within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, it is easy to replace the power transistor with an active element such as an FET or a thyristor. Moreover, although the brushless direct current motor and the direct current generator are used as the power generation brake for generating the load torque, the alternating current generator or the alternating current motor may be provided with an inverter.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Load torque generator 2 DC motor (electric power generation part) 3 Torque detector 4 Drive side coupling 5 Driven side coupling 10 Power consumption part 11 Power transistor (active element) 12 Power transistor driver 20 Power consumption control part 21 Current detection resistor 22 Control amount amplifier 30 Load setting unit 31 Detection torque input unit 32 Load torque control amount calculation unit 33 Reference voltage generator 34 Setting load input unit 102 DC generator 200 Control amount comparator 300 Load torque setting unit 301 Detection Torque amplifier 302 Load torque control amount setting unit M Rotating motor to be measured Ms Power transmission shaft P Power source for rotating motor to be measured Dv Drive control unit
Claims (5)
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。 A pseudo load torque generator in a performance measuring machine of a rotary motor,
A torque detector that detects torque by twisting the shaft;
A power generation unit connected to the power transmission shaft of the rotating motor to be measured via the torque detector;
A power consuming unit that consumes the power generated by the power generation unit;
A power consumption control unit for controlling power consumption in the power consumption unit;
A load torque setting unit for setting a load torque to be applied to the rotary electric motor to be measured;
The load torque setting unit compares the actual torque detected by the torque detector with a preset load torque, and gives a command to the power consumption control unit according to the difference,
The power consumption control unit causes the power consumption unit to consume the power generated by the power generation unit by setting a control amount in accordance with the command in the power consumption unit, and a load torque to be applied to the rotating motor to be measured. A pseudo load torque generator characterized by controlling.
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