JP2018207702A - Power measurement device - Google Patents

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JP2018207702A JP2017112224A JP2017112224A JP2018207702A JP 2018207702 A JP2018207702 A JP 2018207702A JP 2017112224 A JP2017112224 A JP 2017112224A JP 2017112224 A JP2017112224 A JP 2017112224A JP 2018207702 A JP2018207702 A JP 2018207702A
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真也 滝口
Shinya Takiguchi
真也 滝口
浩崇 釼持
Hirotaka Kenmochi
浩崇 釼持
宏企 小林
Hiroki Kobayashi
宏企 小林
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Abstract

To reduce variation of a power measured without performing an average processing.SOLUTION: An input power Pin to an inverter device 53, a u-phase voltage Vu that outputs to a motor 54 on the basis of the input power Pin, an output power Pout of the inverter device 53 that generates the v-phase voltage Vv and a w-phase voltage Vw, and a motor output Pm on the basis of the number of rotations N measured from a torque T measured from a torque signal St output from a torque measure 55 mounted to the motor 54 and an A-phase pulse Sa output from a rotation detector 56 are measured at a mechanical angle one period (one period of a Z-phase pulse Sz output from a rotation detector 6) unit of the motor 54.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モータを駆動するインバータ装置の電力を測定する電力測定装置に関するものである。   The present invention relates to a power measuring device that measures the power of an inverter device that drives a motor.

この種の電力測定装置として、下記の非特許文献1に開示された電力測定装置が知られている。まず、この電力測定装置の測定対象であるインバータ装置およびモータを含むモータ駆動システムの構成について、図2を参照して説明する。このモータ駆動システム51は、電源52、インバータ装置53、モータ(同期モータ)54、トルク計55および回転検出器(回転計またはロータリーエンコーダ。この例ではロータリーエンコーダ)56を備え、モータ54の出力軸に連結された負荷61を駆動可能に構成されている。この場合、例えば、モータ54が3相モータのときには、インバータ装置53は、電源52から入力される入力電力Pinに基づき、互いの位相差が120度となる3相の交流電圧(u相電圧Vu、v相電圧Vvおよびw相電圧Vw)を生成してモータ54に出力することで、モータ54を駆動する。   As this type of power measuring apparatus, a power measuring apparatus disclosed in Non-Patent Document 1 below is known. First, a configuration of a motor drive system including an inverter device and a motor that are measurement targets of the power measurement device will be described with reference to FIG. The motor drive system 51 includes a power source 52, an inverter device 53, a motor (synchronous motor) 54, a torque meter 55, and a rotation detector (rotometer or rotary encoder in this example) 56, and an output shaft of the motor 54 It is comprised so that the load 61 connected to can be driven. In this case, for example, when the motor 54 is a three-phase motor, the inverter device 53 uses the three-phase AC voltage (u-phase voltage Vu) having a phase difference of 120 degrees based on the input power Pin input from the power source 52. , V-phase voltage Vv and w-phase voltage Vw) are generated and output to motor 54, thereby driving motor 54.

非特許文献1に開示された電力測定装置71は、図2に示すように、例えば、チャンネルCH1〜CH4の4チャンネル分の電力測定機能と、モータ解析機能とを備え、インバータ装置53への入力電力Pinの測定、インバータ装置53からモータ54に出力される出力電力Poutの測定、およびモータ54のモータ出力(モータパワー)Pmの測定を実行すると共に、測定した入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmに基づいてインバータ装置53およびモータ54の各効率などを測定する。   As shown in FIG. 2, the power measurement device 71 disclosed in Non-Patent Document 1 includes, for example, a power measurement function for four channels CH1 to CH4 and a motor analysis function, and is input to the inverter device 53. The power Pin is measured, the output power Pout output from the inverter device 53 to the motor 54, and the motor output (motor power) Pm of the motor 54 is measured, and the measured input power Pin, output power Pout and motor are measured. Each efficiency of the inverter device 53 and the motor 54 is measured based on the output Pm.

具体的には、電力測定装置71は、図2に示すように、1つのチャンネルCH1で検出されるインバータ装置53への入力電圧Vinおよび入力電流Iinに基づいて入力電力Pinを測定する。また、電力測定装置71は、1つのチャンネルCH2で検出されるモータ54へのuv相間電圧Vuvおよびu相電流Iuと、1つのチャンネルCH3で検出されるモータ54へのvw相間電圧Vvwおよびv相電流Ivと、1つのチャンネルCH4で検出されるモータ54へのwu相間電圧Vwuおよびw相電流Iwとに基づいて出力電力Poutを測定する。また、電力測定装置71は、トルク計55から出力されるトルク信号Stに基づいて測定されるトルクT[N・m]と、回転検出器56から出力される回転パルス信号としてのA相パルスSaまたはB相パルスSbに基づいて測定される回転数N[rpm]とに基づいてモータ出力Pmを測定する。   Specifically, as shown in FIG. 2, the power measuring device 71 measures the input power Pin based on the input voltage Vin and the input current Iin to the inverter device 53 detected by one channel CH1. Further, the power measuring device 71 includes the uv phase voltage Vuv and u phase current Iu to the motor 54 detected by one channel CH2, and the vw phase voltage Vvw and v phase to the motor 54 detected by one channel CH3. Output power Pout is measured based on current Iv, wu-phase voltage Vwu to motor 54 detected by one channel CH4, and w-phase current Iw. The power measuring device 71 also measures the torque T [N · m] measured based on the torque signal St output from the torque meter 55 and the A-phase pulse Sa as the rotation pulse signal output from the rotation detector 56. Alternatively, the motor output Pm is measured based on the rotational speed N [rpm] measured based on the B-phase pulse Sb.

また、電力測定装置71は、上記の入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmと、これらから算出するインバータ装置53およびモータ54の各効率を正確に測定するために、例えば、1つの入力波形(基準波形)のゼロクロス点を検出し、検出したゼロクロス点に基づいて測定する区間(測定区間)を決定する。例えば、電力測定装置71は、u相電流Iu、v相電流Ivおよびw相電流Iwのいずれか1つを基準波形としてそのゼロクロス点を検出しつつ、新たなゼロクロス点の検出タイミングから次の新たなゼロクロス点の検出タイミングまでの区間(つまり、モータ54の電気角1周期)を1つの共通の測定区間として決定して、この測定区間毎に入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmなどを測定する。   In addition, the power measuring device 71 is, for example, one input waveform in order to accurately measure the input power Pin, the output power Pout and the motor output Pm, and the efficiency of the inverter device 53 and the motor 54 calculated from these. A zero cross point of (reference waveform) is detected, and a section (measurement section) to be measured is determined based on the detected zero cross point. For example, the power measuring device 71 detects the zero-cross point using any one of the u-phase current Iu, the v-phase current Iv, and the w-phase current Iw as a reference waveform, and detects the next new point from the detection timing of the new zero-cross point. An interval until the detection timing of the zero cross point (that is, one electrical angle period of the motor 54) is determined as one common measurement interval, and the input power Pin, the output power Pout, the motor output Pm, etc. are determined for each measurement interval. taking measurement.

SiCインバータの高精度な電力測定(UG_PW6001_SiCInv_J2-6ZM-1.pdf)、日置電機株式会社ホームページ、[平成29年5月11日検索]、インターネット<https://www.hioki.co.jp/hdfile.jsp?id=31531>High-accuracy power measurement of SiC inverter (UG_PW6001_SiCInv_J2-6ZM-1.pdf), Hioki Electric Co., Ltd. website, [Search May 11, 2017], Internet <https://www.hioki.co.jp/hdfile .jsp? id = 31531>

ところが、上記した電力測定装置71には、以下のような改善すべき課題が存在している。具体的には、モータ54を構成する固定子の各磁極に生じる磁力を完全に揃えたり、回転子の各磁極の磁力を完全に揃えたりすることや、回転子の回転方向(周方向)に沿ったこの回転子の各磁極の位置や回転方向に沿った固定子の各磁極の位置を完全に等角度間隔に形成することは難しい。このため、モータ54には電気角1周期で回転ムラが必ず発生することから、電気角1周期毎に測定されるモータ出力Pmがばらつき、これにより、インバータ装置53の出力電力Pout、ひいてはインバータ装置53の入力電力Pinも電気角1周期毎にばらつくという課題が存在している。これについては、電力測定装置71において、電気角1周期毎に測定される入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmに対して加算平均処理や指数移動平均処理を個別に行うことでバラツキを軽減することも可能であるが、平均処理に要する時間分だけ応答時間(測定結果を表示するまでの時間)が延びるという別の課題が生じるため、このような平均処理を行うことは好ましくない。   However, the power measuring device 71 described above has the following problems to be improved. Specifically, the magnetic force generated in each magnetic pole of the stator constituting the motor 54 is completely aligned, the magnetic force of each magnetic pole of the rotor is completely aligned, or in the rotation direction (circumferential direction) of the rotor. It is difficult to form the positions of the magnetic poles of the rotor along the rotor and the positions of the magnetic poles of the stator along the rotation direction at equal angular intervals. For this reason, since the motor 54 always has rotation irregularity in one electrical angle cycle, the motor output Pm measured for each electrical angle cycle varies, and as a result, the output power Pout of the inverter device 53 and thus the inverter device. There is a problem that the input power Pin 53 also varies every electrical angle cycle. About this, in the power measuring device 71, variation is reduced by individually performing addition average processing and exponential moving average processing on the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm that are measured every electrical angle cycle. Although it is possible to increase the response time (the time until the measurement result is displayed) by the time required for the average process, it is not preferable to perform such an average process.

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、測定される電力についてのバラツキを平均処理を行うことなく低減し得る電力測定装置を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to provide a power measuring apparatus that can reduce variations in measured power without performing an averaging process.

上記目的を達成すべく請求項1記載の電力測定装置は、入力電力に基づいてモータに出力する交流電圧を生成するインバータ装置の前記入力電力および前記モータに出力する出力電力のうちの少なくとも一方を測定する電力測定装置であって、前記モータの機械角1周期単位で前記一方を測定する。   In order to achieve the above object, the power measuring device according to claim 1 is characterized in that at least one of the input power of the inverter device that generates an AC voltage output to the motor based on the input power and the output power output to the motor. A power measuring device for measuring, wherein one of the motors is measured in units of one mechanical angle cycle.

請求項2記載の電力測定装置は、請求項1記載の電力測定装置において、前記入力電力および前記出力電力を測定すると共に、当該入力電力および当該出力電力に基づいて前記インバータ装置の効率および損失の少なくとも一方を測定する。   The power measuring device according to claim 2 is the power measuring device according to claim 1, wherein the input power and the output power are measured, and the efficiency and loss of the inverter device are determined based on the input power and the output power. At least one is measured.

請求項3記載の電力測定装置は、入力電力に基づいてモータに出力する交流電圧を生成するインバータ装置の前記モータに出力する出力電力、並びに前記モータに装着されたトルク計から出力されるトルク信号および回転検出器から出力される回転パルス信号に基づく当該モータのモータ出力の少なくとも一方を測定する電力測定装置であって、前記モータの機械角1周期単位で前記一方を測定する。   The power measuring device according to claim 3 is an output power output to the motor of an inverter device that generates an alternating voltage to be output to the motor based on input power, and a torque signal output from a torque meter attached to the motor. And a power measuring device that measures at least one of the motor outputs of the motor based on the rotation pulse signal output from the rotation detector, and measures the one in units of one cycle of the mechanical angle of the motor.

請求項4記載の電力測定装置は、請求項3記載の電力測定装置において、前記測定した出力電力およびモータ出力に基づいて前記モータの効率および損失の少なくとも一方を測定する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the power measuring apparatus according to the third aspect, wherein at least one of the efficiency and loss of the motor is measured based on the measured output power and motor output.

請求項1記載の電力測定装置では、機械角1周期が電気角の複数周期分で構成されるモータを含むモータ駆動システムを構成するインバータ装置についての入力電力および出力電力のうちの少なくとも一方を、機械角1周期単位で測定する。したがって、この電力測定装置によれば、機械角1周期に含まれる電気角1周期毎の入力電力や出力電力のそれぞれについてそれぞれに生じるバラツキを相殺でき、これにより機械角1周期毎に測定される入力電力および出力電力の少なくとも一方についてのバラツキを大幅に低減することができる。また、この電力測定装置によれば、電気角1周期毎に入力電力および出力電力のうちの一方を測定し、複数の電気角1周期において測定されたこの一方に対して平均処理を行って最終的な値を求める構成の装置とは異なり、このような平均処理の実行が不要であるため、平均処理の実行に要する時間を不要にできる分だけ応答時間を短縮することができる。   In the power measuring device according to claim 1, at least one of input power and output power of an inverter device constituting a motor drive system including a motor having one mechanical angle of a plurality of cycles of electrical angles, Measured in units of one mechanical angle cycle. Therefore, according to this power measuring apparatus, it is possible to cancel the variation occurring in each of the input power and the output power for each electrical angle cycle included in one mechanical angle cycle, thereby measuring each mechanical angle cycle. Variation in at least one of input power and output power can be greatly reduced. Further, according to the power measuring apparatus, one of the input power and the output power is measured every one electrical angle cycle, and the average processing is performed on this one measured in a plurality of electrical angle one cycles to obtain the final result. Unlike the apparatus configured to obtain a typical value, the execution of such an average process is unnecessary, so that the response time can be shortened by an amount that can eliminate the time required for executing the average process.

請求項2記載の電力測定装置によれば、バラツキが大幅に低減された入力電力および出力電力に基づいて、インバータ装置の効率および損失の少なくとも一方についてもバラツキを大幅に低減した状態で測定することができる。   According to the power measuring device of claim 2, based on the input power and the output power in which the variation is greatly reduced, at least one of the efficiency and the loss of the inverter device is measured in a state in which the variation is greatly reduced. Can do.

請求項3記載の電力測定装置では、機械角1周期が電気角の複数周期分で構成されるモータを含むモータ駆動システムを構成するインバータ装置のモータへの出力電力、並びにモータに装着されたトルク計から出力されるトルク信号および回転検出器から出力される回転パルス信号に基づくモータのモータ出力の少なくとも一方を、機械角1周期単位で測定する。したがって、この電力測定装置によれば、機械角1周期に含まれる電気角1周期毎の出力電力およびモータ出力のそれぞれについてそれぞれに生じるバラツキを相殺でき、これにより機械角1周期毎に測定される出力電力およびモータ出力の少なくとも一方についてのバラツキを大幅に低減することができる。また、この電力測定装置によれば、電気角1周期毎に出力電力およびモータ出力のうちの一方を測定し、複数の電気角1周期において測定されたこの一方に対して平均処理を行って最終的な値を求める構成の装置とは異なり、このような平均処理の実行が不要であるため、平均処理の実行に要する時間を不要にできる分だけ応答時間を短縮することができる。   The power measuring device according to claim 3, wherein the output power to the motor of the inverter device constituting the motor drive system including the motor including one motor having one mechanical angle period corresponding to a plurality of electrical angles, and the torque attached to the motor. At least one of the motor output of the motor based on the torque signal output from the meter and the rotation pulse signal output from the rotation detector is measured in units of one mechanical angle. Therefore, according to this power measuring apparatus, it is possible to cancel the variation occurring in each of the output power and the motor output for each electrical angle period included in one mechanical angle period, thereby measuring each mechanical angle period. Variations in at least one of output power and motor output can be greatly reduced. Further, according to this power measuring apparatus, one of the output power and the motor output is measured for each electrical angle cycle, and the average processing is performed on this one measured in a plurality of electrical angle cycles to obtain the final result. Unlike the apparatus configured to obtain a typical value, the execution of such an average process is unnecessary, so that the response time can be shortened by an amount that can eliminate the time required for executing the average process.

請求項4記載の電力測定装置によれば、バラツキが大幅に低減された出力電力およびモータ出力に基づいて、モータの効率および損失の少なくとも一方についてもバラツキを大幅に低減した状態で測定することができる。   According to the power measuring apparatus of the fourth aspect, based on the output power and the motor output in which the variation is greatly reduced, at least one of the motor efficiency and the loss can be measured in a state in which the variation is greatly reduced. it can.

インバータ装置53を含むモータ駆動システムMDSと、電力測定装置1との接続関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the connection relationship of the motor drive system MDS containing the inverter apparatus 53, and the electric power measurement apparatus 1. FIG. インバータ装置53を含むモータ駆動システム51と、電力測定装置71との接続関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the connection relation of the motor drive system 51 containing the inverter apparatus 53, and the electric power measurement apparatus 71. FIG.

以下、電力測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a power measuring device will be described with reference to the accompanying drawings.

最初に、測定対象となるインバータ装置53およびモータ(例えば同期モータ)54を含むモータ駆動システムMDSの構成について、図1を参照して説明する。   First, the configuration of a motor drive system MDS including an inverter device 53 and a motor (for example, a synchronous motor) 54 to be measured will be described with reference to FIG.

モータ駆動システムMDSは、一例として図1に示すように、電源52、インバータ装置53、モータ54、トルク計55および回転検出器(アナログの回転信号を出力する回転計または回転パルス信号を出力するロータリーエンコーダ)6を備え、モータ54の出力軸に連結された負荷61を駆動可能に構成されている。この場合、電源52は、一例として直流電源装置で構成されて、インバータ装置53に直流電圧Vin(直流定電圧)を出力する。   As shown in FIG. 1, as an example, the motor drive system MDS includes a power source 52, an inverter device 53, a motor 54, a torque meter 55, and a rotation detector (a rotary meter that outputs an analog rotation signal or a rotary pulse signal that outputs a rotation pulse signal). The encoder 61 is provided, and a load 61 connected to the output shaft of the motor 54 can be driven. In this case, the power source 52 is configured by a DC power supply device as an example, and outputs a DC voltage Vin (DC constant voltage) to the inverter device 53.

インバータ装置53は、入力電力Pin(直流電圧(入力電圧)Vinおよび電源52から入力される直流電流(入力電流)Iin)に基づいて、モータ54に出力する交流電圧を生成する。本例ではモータ54は、後述するように、3相6極18スロットの同期モータで構成されているため、インバータ装置53は、互いの位相が120°ずつずれた3相電圧(u相電圧Vu、v相電圧Vvおよびw相電圧Vw)を、モータ54を駆動するための交流電圧として生成する。   Inverter device 53 generates an AC voltage to be output to motor 54 based on input power Pin (DC voltage (input voltage) Vin and DC current (input current) Iin input from power supply 52). In this example, as will be described later, the motor 54 is composed of a three-phase six-pole 18-slot synchronous motor, so that the inverter device 53 has a three-phase voltage (u-phase voltage Vu whose phases are shifted by 120 ° each other). , V-phase voltage Vv and w-phase voltage Vw) are generated as AC voltages for driving motor 54.

モータ54は、一例として、同期モータとしての3相6極18スロットモータで構成されている。具体的には、モータ54は、外周面にN極およびS極の2極の永久磁石3個が周方向に沿って60°の角度間隔で形成されて構成された6極の回転子(図示せず)と、内周面に18個の歯部が周方向に沿って20°の角度間隔で形成されて構成された固定子(図示せず)とを有して構成されて、回転子の一端側が出力軸(図示せず)として機能する。   As an example, the motor 54 includes a three-phase six-pole 18-slot motor as a synchronous motor. Specifically, the motor 54 has a six-pole rotor (see FIG. 5) having three N-pole and S-pole permanent magnets formed on the outer peripheral surface at an angular interval of 60 ° along the circumferential direction. And a stator (not shown) formed by forming 18 teeth on the inner peripheral surface at an angular interval of 20 ° along the circumferential direction. One end side of this functions as an output shaft (not shown).

以上の構成を備えたモータ54では、回転子が一回転する周期(機械角1周期)が、電気角の3周期分で構成される。本例において測定対象となるモータ54は、このように機械角1周期が電気角の複数周期分で構成されるものとする。   In the motor 54 having the above-described configuration, a cycle in which the rotor makes one rotation (one mechanical angle) is configured by three electrical angles. In this example, it is assumed that the motor 54 to be measured is composed of a plurality of cycles of electrical angles in one mechanical angle cycle.

トルク計55は、モータ54の出力軸に装着されて、出力軸のトルクT[N・m]をリアルタイムで検出しつつ、検出したトルクTを示すトルク信号Stを出力する。回転検出器6は、モータ54の出力軸に装着されて、出力軸の回転数N[rpm]を示す回転パルス信号を出力する。本例では一例として、回転検出器6は、ロータリーエンコーダで構成されて、相互間の位相差が90°となるA相パルスSaおよびB相パルスSbと、Z相パルスSzとをそれぞれ回転パルス信号として出力する。各パルスSa,Sb,Szは、モータ54の出力軸、つまりモータ54の回転子の回転変位量に応じて出力されるパルス列であり、このうちのA相パルスSaおよびB相パルスSbは、回転子の1回転につき、予め規定された複数個(例えば、数百個)のパルスで構成されるパルス列として出力され、Z相パルスSzは、回転子の1回転につき、1個のパルスで構成されるパルス列として出力される。   The torque meter 55 is attached to the output shaft of the motor 54 and outputs a torque signal St indicating the detected torque T while detecting the torque T [N · m] of the output shaft in real time. The rotation detector 6 is attached to the output shaft of the motor 54 and outputs a rotation pulse signal indicating the rotation speed N [rpm] of the output shaft. In this example, as an example, the rotation detector 6 is composed of a rotary encoder, and each of the A-phase pulse Sa and the B-phase pulse Sb and the Z-phase pulse Sz having a phase difference of 90 ° between them is a rotation pulse signal. Output as. Each pulse Sa, Sb, Sz is a pulse train output in accordance with the rotational displacement of the output shaft of the motor 54, that is, the rotor of the motor 54. Among these, the A-phase pulse Sa and the B-phase pulse Sb are rotated. Each rotation of the rotor is output as a pulse train composed of a plurality of predetermined pulses (for example, several hundreds), and the Z-phase pulse Sz is composed of one pulse for each rotation of the rotor. Output as a pulse train.

次に、電力測定装置1の構成について、図1を参照して説明する。   Next, the configuration of the power measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG.

電力測定装置1は、例えば、複数のA/D変換部、処理部、表示部および記憶部(いずれも図示せず)を備えて構成されて、少なくとも4チャンネル分の電力測定機能と、モータ解析機能とを備えている。本例の電力測定装置1では、一例として図1に示すように、チャンネルCH1〜チャンネルCH4の4チャンネル分の一対の電圧検出端子および電流検出端子(いずれも図示せず)を備えて、各チャンネルCH1〜チャンネルCH4の一対の電圧検出端子に接続された不図示の電圧検出プローブを介して入力される電圧検出信号、および電流検出端子に接続された不図示の電流検出プローブを介して入力される電流検出信号に基づいて、4チャンネル分の電力P1,P2,P3,P4(4種類の電力)についての瞬時値を同じタイミングで、リアルタイムに測定可能に構成されている。   The power measuring apparatus 1 includes, for example, a plurality of A / D conversion units, a processing unit, a display unit, and a storage unit (all not shown), and includes a power measurement function for at least four channels and a motor analysis. With functionality. As shown in FIG. 1 as an example, the power measuring apparatus 1 of this example includes a pair of voltage detection terminals and current detection terminals (both not shown) corresponding to four channels CH1 to CH4, and each channel. A voltage detection signal input via a voltage detection probe (not shown) connected to a pair of voltage detection terminals of CH1 to CH4 and a current detection probe (not shown) connected to a current detection terminal Based on the current detection signal, the instantaneous values of the power P1, P2, P3, and P4 (four types of power) for four channels can be measured in real time at the same timing.

この電力測定装置1では、図1に示すように、チャンネルCH1には、電源52からインバータ装置53に出力される直流電圧Vin(インバータ装置53の入力電圧)についての電圧検出信号と直流電流Iin(インバータ装置53の入力電流)についての電流検出信号とが入力される。また、チャンネルCH2には、インバータ装置53からモータ54に出力されるu相電圧Vuとv相電圧Vvとの間のuv相間電圧Vuvについての電圧検出信号とu相電流Iuについての電流検出信号とが入力され、チャンネルCH3には、インバータ装置53からモータ54に出力されるv相電圧Vvとw相電圧Vwとの間のvw相間電圧Vvwについての電圧検出信号とv相電流Ivについての電流検出信号とが入力され、チャンネルCH4には、インバータ装置53からモータ54に出力されるw相電圧Vwとu相電圧Vuとの間のwu相間電圧Vwuについての電圧検出信号とw相電流Iwについての電流検出信号とが入力される。これにより、電力測定装置1は、インバータ装置53への入力電力Pinを電力P1(以下、入力電力Pinともいう)として測定する。また、電力測定装置1は、インバータ装置53からモータ54に出力される相毎分の電力を各電力P2,P3,P4として測定すると共に、各電力P2,P3,P4を加算することにより、インバータ装置53からモータ54に出力される出力電力Poutを測定する。   In this power measuring apparatus 1, as shown in FIG. 1, a voltage detection signal and a direct current Iin (DC voltage Vin (input voltage of the inverter 53) output from the power source 52 to the inverter 53 are included in the channel CH1. The current detection signal for the input current of the inverter device 53 is input. The channel CH2 includes a voltage detection signal for the uv-phase voltage Vuv between the u-phase voltage Vu and the v-phase voltage Vv output from the inverter device 53 to the motor 54, and a current detection signal for the u-phase current Iu. In the channel CH3, a voltage detection signal for the vw phase voltage Vvw between the v phase voltage Vv and the w phase voltage Vw output from the inverter device 53 to the motor 54 and a current detection for the v phase current Iv. The channel CH4 receives a voltage detection signal for the wu-phase voltage Vwu between the w-phase voltage Vw and the u-phase voltage Vu output from the inverter device 53 to the motor 54, and the w-phase current Iw. A current detection signal is input. Thereby, the power measuring device 1 measures the input power Pin to the inverter device 53 as power P1 (hereinafter also referred to as input power Pin). Further, the power measuring device 1 measures the power for each phase output from the inverter device 53 to the motor 54 as each power P2, P3, P4 and adds each power P2, P3, P4 to The output power Pout output from the device 53 to the motor 54 is measured.

また、電力測定装置1は、一例として図1に示すように、トルク信号Stを入力するトルク検出端子Pt1を備え、入力されるトルク信号Stに基づいて、モータ54のトルクTの瞬時値をリアルタイムで測定可能に構成されている。また、電力測定装置1では、一例として同図に示すように、A相パルスSaおよびB相パルスSbのうちの少なくとも一方の相パルス(本例では一例としてA相パルスSaであるが、B相パルスSbであってもよい)を入力するパルス検出端子Pt2を備え、入力される相パルス(本例ではA相パルスSa)に基づいて、モータ54の出力軸の回転数N(回転子の回転数)の瞬時値をリアルタイムで測定可能に構成されている。   Further, as shown in FIG. 1 as an example, the power measuring device 1 includes a torque detection terminal Pt1 for inputting a torque signal St, and based on the input torque signal St, the instantaneous value of the torque T of the motor 54 is obtained in real time. It is configured to be measurable. Also, in the power measuring apparatus 1, as shown in the figure as an example, at least one of the A-phase pulse Sa and the B-phase pulse Sb (in this example, the A-phase pulse Sa is used as an example. A pulse detection terminal Pt2 for inputting a pulse Sb) is provided, and the rotation speed N of the output shaft of the motor 54 (rotation of the rotor) is based on the input phase pulse (A-phase pulse Sa in this example). Number) instantaneous values can be measured in real time.

また、電力測定装置1は、一例として図1に示すように、Z相パルスSzを入力するパルス検出端子Pt3を備え、入力されるZ相パルスSzの1周期を1回の測定区間として、この測定区間において各チャンネルCH1〜チャンネルCH4に入力される電圧検出信号および電流検出信号に基づいて、この測定区間での各電力P1,P2,P3,P4を測定する。したがって、本例では、電力測定装置1は、この1つの測定区間の単位で、インバータ装置53への入力電力Pin、およびインバータ装置53からモータ54への出力電力Poutを測定する。また、電力測定装置1は、この同じ1つの測定区間においてトルク検出端子Pt1に入力されるトルク信号Stに基づいて、この1つの測定区間の単位でトルクTを測定すると共に、この同じ測定区間においてパルス検出端子Pt2に入力されるA相パルスSaに基づいて、この1つの測定区間の単位で回転数Nを測定し、かつこのようにして測定したトルクTと回転数Nとに基づいて、この測定区間の単位でモータ54のモータ出力(モータパワー)Pmを測定する。   Further, as shown in FIG. 1 as an example, the power measuring device 1 includes a pulse detection terminal Pt3 for inputting a Z-phase pulse Sz, and one cycle of the input Z-phase pulse Sz is defined as one measurement section. Based on the voltage detection signal and the current detection signal input to each of the channels CH1 to CH4 in the measurement section, each power P1, P2, P3, P4 in the measurement section is measured. Therefore, in this example, the power measuring device 1 measures the input power Pin to the inverter device 53 and the output power Pout from the inverter device 53 to the motor 54 in units of this one measurement section. Further, the power measuring apparatus 1 measures the torque T in units of the one measurement section based on the torque signal St input to the torque detection terminal Pt1 in the same one measurement section. Based on the A-phase pulse Sa input to the pulse detection terminal Pt2, the rotational speed N is measured in units of this one measurement section, and based on the torque T and the rotational speed N thus measured, The motor output (motor power) Pm of the motor 54 is measured in the unit of the measurement section.

また、電力測定装置1は、このようにして測定した同じ1つの測定期間での入力電力Pinおよび出力電力Poutに基づいて、インバータ装置53での損失やインバータ装置53の効率を測定し、また出力電力Poutおよびモータ出力Pmに基づいて、モータ54での損失やモータ54の効率を測定し、またこれらの測定値(入力電力Pin、出力電力Pout、モータ出力Pm、インバータ装置53についての損失および効率、並びにモータ54についての損失および効率)を記憶部に記憶すると共に、表示部に表示させる。   Further, the power measuring device 1 measures the loss in the inverter device 53 and the efficiency of the inverter device 53 based on the input power Pin and the output power Pout in the same one measurement period measured in this way, and outputs them. Based on the electric power Pout and the motor output Pm, the loss in the motor 54 and the efficiency of the motor 54 are measured, and these measured values (the input power Pin, the output power Pout, the motor output Pm, the loss and efficiency of the inverter device 53) are measured. And the loss and efficiency of the motor 54) are stored in the storage unit and displayed on the display unit.

続いて、電力測定装置1の動作について説明する。電力測定装置1は、パルス検出端子Pt3を介して新たなZ相パルスSzの入力を検出したときには、新たな測定区間での入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmの測定処理を開始すると共に、この測定処理を次の新たなZ相パルスSzの入力を検出するまで(この新たな測定区間の終了まで)継続した後に、終了させる。   Subsequently, the operation of the power measuring apparatus 1 will be described. When the power measurement device 1 detects an input of a new Z-phase pulse Sz via the pulse detection terminal Pt3, the power measurement device 1 starts measurement processing of the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm in a new measurement section. The measurement process is continued until the input of the next new Z-phase pulse Sz is detected (until the end of the new measurement section), and then is terminated.

この場合、この1つの測定区間において、上記したように、モータ54には電気角1周期で回転ムラが必ず発生し、これにより電気角1周期毎にモータ出力Pmがばらつき、これに起因してインバータ装置53についての出力電力Pout、ひいては入力電力Pinにもバラツキが生じるが、電力測定装置1では、複数の電気角(本例では3つの電気角)を含む1機械角分の区間を1つの測定区間として、入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmを測定する。このため、この測定区間に含まれる電気角1周期毎の入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmのバラツキが相殺される。これにより、測定区間毎に測定される入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmについてのバラツキが大幅に低減され、この結果として、入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmに基づいて測定区間毎に測定されるインバータ装置53での損失やインバータ装置53の効率、およびモータ54での損失やモータ54の効率についてもバラツキが大幅に低減されている。なお、この1つの測定期間で測定される入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmは、この1つの測定期間に含まれる複数の電気角1周期での入力電力の総和であり、また出力電力の総和であり、またモータ出力の総和である。このため、この1つの測定期間で測定される入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmをそれぞれこの電気角1周期の数(本例では3個)で除算することで、電気角1周期での入力電力、出力電力およびモータ出力を算出してもよい。   In this case, in this one measurement section, as described above, the motor 54 always has a rotation unevenness in one electrical angle cycle, and thus the motor output Pm varies for each electrical angle cycle. The output power Pout for the inverter device 53 and thus the input power Pin also vary, but the power measuring device 1 has one mechanical angle section including a plurality of electrical angles (three electrical angles in this example). As measurement intervals, input power Pin, output power Pout, and motor output Pm are measured. For this reason, variations in the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm for each cycle of the electrical angle included in this measurement section are offset. As a result, variations in the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm measured for each measurement section are significantly reduced. As a result, the measurement section is based on the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm. The variation in the loss in the inverter device 53 and the efficiency of the inverter device 53 measured every time, and the loss in the motor 54 and the efficiency of the motor 54 are also greatly reduced. The input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm measured in this one measurement period are the sum of the input powers in one cycle of a plurality of electrical angles included in this one measurement period, and the output power And the total motor output. Therefore, by dividing the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm measured in this one measurement period by the number of one electrical angle period (three in this example), one electrical angle period is obtained. The input power, the output power, and the motor output may be calculated.

このように、この電力測定装置1では、機械角1周期が電気角の複数周期分で構成されるモータ54を含むモータ駆動システムMDSに対する入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmなどの測定を、機械角1周期と同じ長さの区間を1つの測定区間として実行する。したがって、この電力測定装置1によれば、この1つの測定区間(機械角1周期)に含まれる電気角1周期毎の入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmのバラツキを相殺でき、これにより測定区間毎に測定される入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmについてのバラツキを大幅に低減することができる。また、この結果として、この電力測定装置1によれば、入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmに基づいて測定区間毎に測定されるインバータ装置53での損失やインバータ装置53の効率、およびモータ54での損失やモータ54の効率についてもバラツキを大幅に低減することができる。また、この電力測定装置1では、1つの測定区間を電気角1周期として、電気角1周期毎に入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmを測定し、複数の電気角1周期において測定された入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmのそれぞれに対して平均処理を行って最終的な入力電力Pin、出力電力Poutおよびモータ出力Pmを測定する構成の装置とは異なり、このような平均処理の実行が不要であるため、平均処理の実行に要する時間を不要にできる分だけ応答時間を短縮することができる。   As described above, the power measuring apparatus 1 measures the input power Pin, the output power Pout, the motor output Pm, and the like for the motor drive system MDS including the motor 54 in which one cycle of the mechanical angle is composed of a plurality of cycles of the electrical angle. A section having the same length as one cycle of the mechanical angle is executed as one measurement section. Therefore, according to the power measuring apparatus 1, variations in the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm for each electrical angle cycle included in the one measurement section (mechanical angle 1 cycle) can be offset. Variations in the input power Pin, output power Pout, and motor output Pm measured for each measurement section can be greatly reduced. As a result, according to the power measuring device 1, the loss in the inverter device 53 measured for each measurement section based on the input power Pin, the output power Pout, and the motor output Pm, the efficiency of the inverter device 53, and Variations in the loss in the motor 54 and the efficiency of the motor 54 can be greatly reduced. Moreover, in this electric power measurement apparatus 1, one electric measurement period is set as one period of electrical angle, and input electric power Pin, output electric power Pout, and motor output Pm are measured for every electric angle period, and are measured in one electric angle period. Unlike an apparatus configured to perform average processing on each of the input power Pin, output power Pout, and motor output Pm to measure the final input power Pin, output power Pout, and motor output Pm, Since the execution of the process is unnecessary, the response time can be shortened by an amount that can eliminate the time required for executing the average process.

なお、上記の電力測定装置1では、モータ駆動システムMDSに配置された回転検出器6としてのロータリーエンコーダから出力されるZ相パルスSzに基づいて、モータ54についての機械角1周期を1つの測定区間として検出する構成を採用しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、ロータリーエンコーダの仕様が既知のときには、モータ54についての機械角1周期中に出力されるA相パルスSaおよびB相パルスSbのパルス数も既知のパルス数となることから、A相パルスSaおよびB相パルスSbのいずれかのパルス数をカウントしつつ、カウントしているパルス数がこの既知のパルス数に達する都度、機械角1周期が到来したと検出する構成を採用することもできる。また、図示はしないが、モータ駆動システムMDSに磁気センサを配置してモータ54の固定子に形成された巻線に発生する誘起電圧を検出すると共に、この検出した誘起電圧の1周期を電気角1周期として測定し、この測定した電気角1周期をモータ54の仕様(機械角1周期が電気角の既知の複数周期分で構成されているとの仕様)に応じて複数倍することで、機械角1周期が到来したと検出する構成を採用することもできる。   In the power measuring apparatus 1 described above, one cycle of the mechanical angle of the motor 54 is measured based on the Z-phase pulse Sz output from the rotary encoder as the rotation detector 6 arranged in the motor drive system MDS. Although the structure which detects as an area is employ | adopted, it is not limited to this structure. For example, when the specifications of the rotary encoder are known, the number of A-phase pulses Sa and B-phase pulses Sb output during one mechanical angle cycle of the motor 54 is also a known number of pulses. It is also possible to employ a configuration in which one of the B-phase pulses Sb is counted and it is detected that one cycle of the mechanical angle has arrived each time the counted number of pulses reaches the known number of pulses. Although not shown, a magnetic sensor is arranged in the motor drive system MDS to detect an induced voltage generated in the winding formed on the stator of the motor 54, and one cycle of the detected induced voltage is converted into an electrical angle. By measuring as one period, and multiplying this measured one electrical angle period according to the specifications of the motor 54 (specification that one mechanical angle period is composed of a plurality of known electrical angle periods), A configuration for detecting that one cycle of the mechanical angle has arrived can also be adopted.

また、上記の例では、インバータ装置53に直流電圧Vinを出力する電源52をモータ駆動システムMDSに含めているが、電源52をモータ駆動システムMDSに含めずに、直流電圧Vinをモータ駆動システムMDSの外部から入力する構成とすることもできる。また、電力測定装置1の測定対象がインバータ装置53だけであるときには、入力電力Pinおよび出力電力Poutの測定とインバータ装置53での損失やインバータ装置53の効率の測定だけ、または入力電力Pinおよび出力電力Poutの測定だけ、または入力電力Pinおよび出力電力Poutのうちのいずれか一方の測定だけを機械角1周期と同じ長さの区間を1つの測定区間として実行する構成としてもよい。この場合、モータ出力Pmの測定を行わないため、トルク計55は不要となる。また、電力測定装置1の測定対象がモータ54だけであるときには、出力電力Poutおよびモータ出力Pmの測定とモータ54での損失やモータ54の効率の測定だけ、または出力電力Poutおよびモータ出力Pmの測定だけ、または出力電力Poutおよびモータ出力Pmのうちのいずれか一方の測定だけを機械角1周期と同じ長さの区間を1つの測定区間として実行する構成としてもよい。このいずれの構成においても、電気角1周期毎に生じるバラツキを相殺でき、この結果、測定区間毎に測定される入力電力Pinや出力電力Poutなどについてのバラツキを大幅に低減することができる。   In the above example, the motor drive system MDS includes the power source 52 that outputs the DC voltage Vin to the inverter device 53. However, the DC voltage Vin is not included in the motor drive system MDS, but the motor drive system MDS. It can also be set as the structure input from the outside. When the measurement target of the power measuring device 1 is only the inverter device 53, only the measurement of the input power Pin and the output power Pout and the loss in the inverter device 53 and the efficiency of the inverter device 53, or the input power Pin and the output. A configuration may be adopted in which only the measurement of the power Pout or only one of the input power Pin and the output power Pout is performed with a section having the same length as one mechanical angle period as one measurement section. In this case, since the motor output Pm is not measured, the torque meter 55 becomes unnecessary. When the measurement target of the power measuring apparatus 1 is only the motor 54, only the measurement of the output power Pout and the motor output Pm and the loss in the motor 54 and the efficiency of the motor 54, or the output power Pout and the motor output Pm are measured. A configuration may be adopted in which only the measurement or only one of the output power Pout and the motor output Pm is executed with a section having the same length as one cycle of the mechanical angle as one measurement section. In any of these configurations, it is possible to cancel the variation that occurs in each cycle of the electrical angle, and as a result, it is possible to greatly reduce the variation in the input power Pin and output power Pout that are measured in each measurement section.

1 電力測定装置
6 回転検出器
53 インバータ装置
54 モータ
55 トルク計
56 回転検出器
Pin 入力電力
Pm モータ出力
Pout 出力電力
Vu,Vv,Vw u相電圧,v相電圧,w相電圧
1 Power measuring device
6 Rotation detector 53 Inverter device 54 Motor 55 Torque meter 56 Rotation detector Pin input power Pm Motor output Pout Output power Vu, Vv, Vw u phase voltage, v phase voltage, w phase voltage

Claims (4)

入力電力に基づいてモータに出力する交流電圧を生成するインバータ装置の前記入力電力および前記モータに出力する出力電力のうちの少なくとも一方を測定する電力測定装置であって、
前記モータの機械角1周期単位で前記一方を測定する電力測定装置。
A power measuring device that measures at least one of the input power of the inverter device that generates an AC voltage output to the motor based on the input power and the output power output to the motor,
An electric power measuring apparatus that measures the one in units of one mechanical angle of the motor.
前記入力電力および前記出力電力を測定すると共に、当該入力電力および当該出力電力に基づいて前記インバータ装置の効率および損失の少なくとも一方を測定する請求項1記載の電力測定装置。   The power measurement device according to claim 1, wherein the input power and the output power are measured, and at least one of efficiency and loss of the inverter device is measured based on the input power and the output power. 入力電力に基づいてモータに出力する交流電圧を生成するインバータ装置の前記モータに出力する出力電力、並びに前記モータに装着されたトルク計から出力されるトルク信号および回転検出器から出力される回転パルス信号に基づく当該モータのモータ出力の少なくとも一方を測定する電力測定装置であって、
前記モータの機械角1周期単位で前記一方を測定する電力測定装置。
Output power output to the motor of the inverter device that generates an AC voltage to be output to the motor based on the input power, a torque signal output from a torque meter attached to the motor, and a rotation pulse output from the rotation detector A power measuring device that measures at least one of the motor outputs of the motor based on a signal,
An electric power measuring apparatus that measures the one in units of one mechanical angle of the motor.
前記測定した出力電力およびモータ出力に基づいて前記モータの効率および損失の少なくとも一方を測定する請求項3記載の電力測定装置。   The power measuring apparatus according to claim 3, wherein at least one of efficiency and loss of the motor is measured based on the measured output power and motor output.
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