JP2016065789A - モータの効率測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの効率を計る目的で、出力の伝達のため出力軸をトルクメータ等の軸に接続する必要があり、且つ、動力吸収モータの設備が必要であり、接続による効率測定誤差が排除できず問題であった。
【解決手段】モータ単体で外部に回転力の伝達は行わず、モータの電気回路を切り替える装置により、断続的に駆動電力を供給し、電気エネルギーを回転エネルギーとし、供給電力が断の時、その回転エネルギーを発電モードで電気エネルギーに変換し、その出力と駆動電力と比較することにより、モータの効率を得ることを可能にしたことで、軸結合損失誤差を排除し測定精度を向上し、効率の測定を簡便化した。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを回転させ、モータに対する入力電力と出力仕事量からモータの効率を測定する方式に係るものである。

従来から電動機等の効率測定には、被検体モータ、トルクメータ、回転計、動力吸収用発電機、疑似負荷装置、電力計などをつなぎ、動力計を成し、トルクと回転数の積から出力仕事を算出し、出力としている。この出力を入力電力で除し、効率としている。

従来の動力計の例として、図１に示すように、被検体モータと負荷装置の間にトルク計、回転計を入れ、カップリングで接続し、被検体モータに電圧電流計を通した電力を供給することにより回転力は負荷装置へ伝達される。この状態で、入力の電圧、電流から投入電力を知ることができ、トルク計、回転計から出力が測定できる。

従来の出力測定装置の例としては、図２に示すように、被検体モータと負荷装置の間にトルク計、回転計を入れ、各々軸芯やアライメントを調整し、カップリングで接続し、被検体モータに電圧電流計を通した電力を供給することにより回転力は負荷装置へ伝達される。この状態で、入力の電圧、電流から投入電力を知ることができ、トルク計、回転計から出力が測定できる。

日本電産株式会社技術情報http://www.nidec.com/ja-JP/technology/motor/basic/00001/

モータの効率を測定するための構成は、被検体モータ-トルク計−負荷用発電機−疑似負荷の他電流計、電圧計、回転計などを用いるが、このほか、軸心合わせ用の調整台、低損失カップリングを必要とした。

機械的な接続には、熟練した精度のよい芯合わせやアライメント調整が必要であり、測定開始までの準備には、高さ調正、低損失カップリングの結合、回転振動の除去等、長時間の労力を要するものであった。

特に小型モータの場合、人的要因の結合具合によって発生する損失による測定出力誤差は、無視できないほど大きなものがあり問題であった。

このように長時間と熟練した人的労力を要するため、効率測定は、個体毎の効率を測定することはかなり困難であった。

本発明は、モータ単体で効率を測定するもので、負荷用発電機が不要であり、これに伴いトルクメータ、トルクメータ指示計、カップリング、高さ調整台が不要であり、カップリングの熟練した締め付け作業も不要である。

ここで、モータの効率を定める要素は、銅損、鉄損、機械損失、空力損失が主であり、同一モータが電動機モードとして働くモードの場合も、発電機モードとして働く場合も、各損はどちらのモードでもほぼ同じである。

駆動電力を断続に供給しモータを電動機モードとし、その駆動電力が供給されていない間、そのモータを発電機モードとして働かせ、その発生電力に適宜疑似負荷、あるいは電力回生装置を取り付け、その電力を測定する。
モータに電力が供給されるとモータが回転する。回転しているとき供給電力を止めてもモータは慣性で回転し続ける。このときモータの電極に負荷を接続すれば、モータは発電機モードとして働き、慣性で回転している運動エネルギーが電力に変換される。変換効率は、主にモータ固有の銅損、鉄損、機械損失、空力損失で定まることになる。

モータに供給された電力は、電動機モードで、損失が発生し、発電機モードでも同様な損失があり、回収電力は、２乗に損失を受けることになる。

本発明での効率測定方法での電子回路の損失が測定に誤差を与える場合、効率測定前に、モータの代わりに損失の少ないキャパシタ、コイルを用い、等価回路を作り、疑似モータとすれば、測定方式の校正が可能である。
また、モード切り替えの周期を変えたり、モータの軸に弾み車を取り付けたりすることも可能である。

従来の効率測定用ダイナモメータの説明図である。 実施形態の効率測定装置例。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る効率測定方式について説明する。

図２は、本発明の実施例である。電力計１を通過した電力は、切り替え装置８を通してモータ２に供給される。モータは電動機モードとして働き、所定の回転数に達する。ここで、切り替え装置８がモータを発電モードに切り替え、出力を、電力計９を通して疑似負荷５につながっている。

電力計１を通し、切り替え装置８をモータ２に給電し、電動機モードとし、電力はモータの回転エネルギーに、固有の効率で変換され、所定の回転数まで回転が上がる。次に切り替え装置８で、モータを発電機モードに交番的に切り替え、慣性力での回転エネルギーは、固有の効率で電力に変換され、電力計１ａを通して疑似負荷５に流れ、消費される。
ここで、電動機モードとして、電力が運動エネルギーに変換される場合と、発電モードとして運動エネルギーが電気エネルギーに変換される場合、固有の損失からなる効率が２乗になった結果の出力を得ることになる。

したがって、モータが電動機モードである時、断続的に給電し、空き時間を発電機モードとして働かせることにより、モータの効率を測ることができる。当然デューティを適宜変えて測定することは可能である。断続周波数やデューティや位相を変化させることで、各損失中、機械的損失や空力損失を特定して知ることもできる。

また、切り替え装置は、１回路２接点のスイッチで構成することも可能であり、適宜安定した効率が測定できるよう切り替え速度、位相を変更できるようにすることもできる。

さらに、追従性の良い電力計であれば、装置中１つの電力計を切り替え装置とモータの間に置くことも可能である。

本発明は、特に小型モータの効率を非常に簡便に短時間で測定することができ、モータの品質管理ができる。

１ 電力計、 １ａ 電力計、 ２ 被検体モータ、 ３ 高さ調整台、４ 動力吸収発電機、５ 疑似負荷、 ６ トルク/回転メータ、 ７ トルク/回転メータ指示計、 ７a 変形部材、８ 切り替え装置

Claims (3)

1. モータ、電力計、電動機モードと発電機モードの回路切り替え装置と負荷をもち、既知の電力を断続的に給電しモータを回転させ、給電していない間は発電機モードとしてモータの回転慣性力の運動エネルギーを、電気に変換し、その変換された出力電力を測定することにより、被検体のモータ軸を被検体モータ以外の他の軸受けを持つ軸との回転力伝達に関するいかなる接合あるいは接続をもしないことを特徴としたモータの効率を測定する方法。
2. 請求項1により効率を測定されたあるいは管理されたモータ。
3. 請求項1に供する目的で、少なくとも１回路２接点切りスイッチを持ち、モータを電動機モードと発電モードに切り替え可能で、切り替えにより、回路の１方は電源に接続、他の１方は負荷に接続、を行うことができる形態をもつモータ効率測定用装置。