JP3064697B2 - トルク測定装置 - Google Patents
トルク測定装置Info
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- JP3064697B2 JP3064697B2 JP27953792A JP27953792A JP3064697B2 JP 3064697 B2 JP3064697 B2 JP 3064697B2 JP 27953792 A JP27953792 A JP 27953792A JP 27953792 A JP27953792 A JP 27953792A JP 3064697 B2 JP3064697 B2 JP 3064697B2
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- Japan
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- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速回転する小形モ
ータの微小(０)トルク領域から高トルク領域までの回転
速度−トルク特性を測定する事が可能なトルク測定装置
に係るものである。
ータの微小(０)トルク領域から高トルク領域までの回転
速度−トルク特性を測定する事が可能なトルク測定装置
に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、小形モータの回転速度−トルク特
性を測定するトルク測定装置には、直流発電機を用いた
電気動力計方式の装置が存在する。この従来のトルク測
定装置は、被測定モータの軸を直流発電機に接続し、回
転する被測定モータに直流発電機の負荷を掛ける事によ
り、トルクの反力を算出して、被測定モータの回転速度
−トルク特性を測定するものである。
性を測定するトルク測定装置には、直流発電機を用いた
電気動力計方式の装置が存在する。この従来のトルク測
定装置は、被測定モータの軸を直流発電機に接続し、回
転する被測定モータに直流発電機の負荷を掛ける事によ
り、トルクの反力を算出して、被測定モータの回転速度
−トルク特性を測定するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
直流発電機を用いた装置は、整流子およびブラシを設け
て形成している。そのため、高速回転を行おうとする
と、整流作用が悪化し、回転速度を一定回転数以上に上
げる事が困難なものであった。
直流発電機を用いた装置は、整流子およびブラシを設け
て形成している。そのため、高速回転を行おうとする
と、整流作用が悪化し、回転速度を一定回転数以上に上
げる事が困難なものであった。
【０００４】また、切削工具に用いる超高速小形モータ
には、高速回転を行うほどトルクが低下するものが存在
する。しかしながら、従来装置では、微小領域でのトル
クを測定する事ができず、小形モータの特性の全てを測
定する事ができないものであった。
には、高速回転を行うほどトルクが低下するものが存在
する。しかしながら、従来装置では、微小領域でのトル
クを測定する事ができず、小形モータの特性の全てを測
定する事ができないものであった。
【０００５】すなわち、従来装置の直流発電機は、軸受
部や整流子とブラシとの接触部から、摩擦による負荷損
を生じており、この直流発電機よりも被測定モータの回
転数の方が高い領域に於ては、負荷損が被測定用モータ
側に印加されて負荷となり、回転数を落とす原因となっ
ていた。また、発電機は、回転子を回転すると、回転数
の２〜３乗に比例する風損が生じ、これが原因で負荷損
が発生する事が知られている。
部や整流子とブラシとの接触部から、摩擦による負荷損
を生じており、この直流発電機よりも被測定モータの回
転数の方が高い領域に於ては、負荷損が被測定用モータ
側に印加されて負荷となり、回転数を落とす原因となっ
ていた。また、発電機は、回転子を回転すると、回転数
の２〜３乗に比例する風損が生じ、これが原因で負荷損
が発生する事が知られている。
【０００６】そのため、従来装置は、超高速回転領域に
於ては、上記の負荷損を除去する事ができないため、こ
の負荷損よりも低いトルク領域を測定する事ができない
ものであった。
於ては、上記の負荷損を除去する事ができないため、こ
の負荷損よりも低いトルク領域を測定する事ができない
ものであった。
【０００７】本発明は上述のごとき課題を解決しようと
するものであって、小形モータの回転速度−トルク特性
を測定する場合、トルク測定装置は確実な整流作用を行
う事により、超高速回転に於ける回転速度−トルク特性
の測定を可能とする。
するものであって、小形モータの回転速度−トルク特性
を測定する場合、トルク測定装置は確実な整流作用を行
う事により、超高速回転に於ける回転速度−トルク特性
の測定を可能とする。
【０００８】また、摩擦による負荷損の発生を低減し、
正確な測定を行うとともに種々の原因で生じる負荷損に
於ても、この負荷損を除去した状態で、微小(０)トルク
の測定を可能にしようとするものである。
正確な測定を行うとともに種々の原因で生じる負荷損に
於ても、この負荷損を除去した状態で、微小(０)トルク
の測定を可能にしようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上述のごとき課
題を解決するため、巻線により形成した固定子と、この
固定子を内周面に固定する固定子ケースと、この固定子
ケースに回動可能に軸支した永久磁石回転子と、この永
久磁石回転子の位置検出を行うホール素子とを設けたブ
ラシレス直流モータに於て、固定子ケースを、基台に設
けた軸受部に回動自在に軸支し、固定子ケースの外周面
に突設したアームを、基台に位置する圧力センサに押圧
可能とするとともに被測定モータの高出力トルクの測定
時に於て、ブラシレス直流モータを、被測定モーターに
負荷抵抗を掛ける事が可能な発電機として用い、低出力
トルクの測定時に於ては、ブラシレス直流モータを被測
定モータと同一方向に回転可能な電動機として用い、ブ
ラシレス直流モータに生じる回転損失を除去可能とし
て、被測定モータの微小(０)トルク領域から高トルク領
域までのトルク測定を可能として成るものである。
題を解決するため、巻線により形成した固定子と、この
固定子を内周面に固定する固定子ケースと、この固定子
ケースに回動可能に軸支した永久磁石回転子と、この永
久磁石回転子の位置検出を行うホール素子とを設けたブ
ラシレス直流モータに於て、固定子ケースを、基台に設
けた軸受部に回動自在に軸支し、固定子ケースの外周面
に突設したアームを、基台に位置する圧力センサに押圧
可能とするとともに被測定モータの高出力トルクの測定
時に於て、ブラシレス直流モータを、被測定モーターに
負荷抵抗を掛ける事が可能な発電機として用い、低出力
トルクの測定時に於ては、ブラシレス直流モータを被測
定モータと同一方向に回転可能な電動機として用い、ブ
ラシレス直流モータに生じる回転損失を除去可能とし
て、被測定モータの微小(０)トルク領域から高トルク領
域までのトルク測定を可能として成るものである。
【００１０】
【実施例】以下本発明の一実施例を説明すれば、(１)は
ブラシレス直流モータで、図２に示す如く、円筒型の固
定子ケース(２)の内周面に固定子(３)を設けている。こ
の固定子(３)は、円筒状の固定子鉄心(４)にコイルを巻
く事により、二相の巻線(６)(７)を形成している。
ブラシレス直流モータで、図２に示す如く、円筒型の固
定子ケース(２)の内周面に固定子(３)を設けている。こ
の固定子(３)は、円筒状の固定子鉄心(４)にコイルを巻
く事により、二相の巻線(６)(７)を形成している。
【００１１】また、ブラシレス直流モータ(１)は、固定
子ケース(２)の外周面に適宜間隔で通気口(５)を設ける
とともに固定子ケース(２)の内部に永久磁石回転子(８)
を挿入している。この永久磁石回転子(８)は、回転子軸
(１０)の外周に永久磁石で形成した回転子マグネット
(１１)を形成し、二極で正弦波を成すように形成されて
いる。また、永久磁石回転子(８)は、固定子ケース(２)
の内部に設けた軸支部(１２)に、回転子軸(１０)を回動
可能に軸支させている。
子ケース(２)の外周面に適宜間隔で通気口(５)を設ける
とともに固定子ケース(２)の内部に永久磁石回転子(８)
を挿入している。この永久磁石回転子(８)は、回転子軸
(１０)の外周に永久磁石で形成した回転子マグネット
(１１)を形成し、二極で正弦波を成すように形成されて
いる。また、永久磁石回転子(８)は、固定子ケース(２)
の内部に設けた軸支部(１２)に、回転子軸(１０)を回動
可能に軸支させている。
【００１２】また、永久磁石回転子(８)は、カップリン
グ等を用いて回転子軸(１０)の一端に被測定モータを接
続可能とする。また、永久磁石回転子(８)は、回転子軸
(１０)の他端に位置検出磁石(１３)を設け、この位置検
出磁石(１３)に、固定子ケース(２)の内部に設けたホー
ル素子(１４)を臨ませて位置可能としている。このよう
に形成すると、ホール素子(１４)は、回転する永久磁石
回転子(８)の位置を検出する事が可能となる。また、ホ
ール素子(１４)は、図３に示す如く如く回転数演算／表
示と接続し、感知した信号の回転速度演算を行う事によ
り、永久磁石回転子(８)の回転数を表示可能とする。
グ等を用いて回転子軸(１０)の一端に被測定モータを接
続可能とする。また、永久磁石回転子(８)は、回転子軸
(１０)の他端に位置検出磁石(１３)を設け、この位置検
出磁石(１３)に、固定子ケース(２)の内部に設けたホー
ル素子(１４)を臨ませて位置可能としている。このよう
に形成すると、ホール素子(１４)は、回転する永久磁石
回転子(８)の位置を検出する事が可能となる。また、ホ
ール素子(１４)は、図３に示す如く如く回転数演算／表
示と接続し、感知した信号の回転速度演算を行う事によ
り、永久磁石回転子(８)の回転数を表示可能とする。
【００１３】また、ブラシレス直流モータ(１)は、自身
が生じる負荷損よりも測定するトルクの方が大きくなる
場合には、発電機として被測定モータに負荷を掛ける事
ができる。この負荷を掛ける構成は、固定子(３)の巻線
(６)(７)に、図４に示す如く負荷回路(１５)を接続す
る。この負荷回路(１５)は、固定子(３)の巻線(６)(７)
にダイオードによって設けたブリッジ整流器(１６)を接
続し、このブリッジ整流器(１６)に、抵抗(１７)を介し
てトランジスタ(１８)を接続している。そして、トラン
ジスタ(１８)のベース端子に任意の電流を流す事によ
り、負荷の調節を可能とする。
が生じる負荷損よりも測定するトルクの方が大きくなる
場合には、発電機として被測定モータに負荷を掛ける事
ができる。この負荷を掛ける構成は、固定子(３)の巻線
(６)(７)に、図４に示す如く負荷回路(１５)を接続す
る。この負荷回路(１５)は、固定子(３)の巻線(６)(７)
にダイオードによって設けたブリッジ整流器(１６)を接
続し、このブリッジ整流器(１６)に、抵抗(１７)を介し
てトランジスタ(１８)を接続している。そして、トラン
ジスタ(１８)のベース端子に任意の電流を流す事によ
り、負荷の調節を可能とする。
【００１４】また、ブラシレス直流モータ(１)は、図２
に示す如く固定子ケース(２)の長さ方向の両端部を、基
台(２０)に設けた軸受部(２１)に回動自在に軸支してい
る。この場合、固定子ケース(２)は、必ずしも３６０°
の回転を必要とせず、一定の範囲で回転できるものであ
れば良い。
に示す如く固定子ケース(２)の長さ方向の両端部を、基
台(２０)に設けた軸受部(２１)に回動自在に軸支してい
る。この場合、固定子ケース(２)は、必ずしも３６０°
の回転を必要とせず、一定の範囲で回転できるものであ
れば良い。
【００１５】また、ブラシレス直流モータ(１)は、図１
に示す如く固定子ケース(２)の外周にホルダー(２２)を
固定し、このホルダー(２２)を介して外周にアーム(２
３)を突設している。また、このアーム(２３)は、先端
の下面側に押圧突起(２４)を突設し、この押圧突起(２
４)により、基台(２０)に位置するロードセル等の圧力
センサ(２５)を押圧可能としている。
に示す如く固定子ケース(２)の外周にホルダー(２２)を
固定し、このホルダー(２２)を介して外周にアーム(２
３)を突設している。また、このアーム(２３)は、先端
の下面側に押圧突起(２４)を突設し、この押圧突起(２
４)により、基台(２０)に位置するロードセル等の圧力
センサ(２５)を押圧可能としている。
【００１６】また、圧力センサ(２５)は、図３に示す如
くトルク演算／表示と接続し、感知した信号をトルク演
算する事により、発生トルクの表示を可能としている。
また、外部記録装置を設ける事により、発生したトルク
や永久磁石回転子(８)の回転数を記録可能としている。
くトルク演算／表示と接続し、感知した信号をトルク演
算する事により、発生トルクの表示を可能としている。
また、外部記録装置を設ける事により、発生したトルク
や永久磁石回転子(８)の回転数を記録可能としている。
【００１７】また、ブラシレス直流モータ(１)は、上述
の如く発電機として使用可能なものであるが、電源を接
続すれば電動機としても動作する事も可能である。例え
ば、ブラシレス直流モータ(１)は、自身の発生する負荷
損よりも測定するトルクが小さい場合には、被測定モー
タと同一方向に回転する電動機として動作する事によ
り、負荷損を除去する事が可能である。
の如く発電機として使用可能なものであるが、電源を接
続すれば電動機としても動作する事も可能である。例え
ば、ブラシレス直流モータ(１)は、自身の発生する負荷
損よりも測定するトルクが小さい場合には、被測定モー
タと同一方向に回転する電動機として動作する事によ
り、負荷損を除去する事が可能である。
【００１８】上述の如く構成したものに於て、測定する
モータの種類は特に問うものではないが、一例に於て、
切削用超高速ブラシレスＤＣモータの回転速度−トルク
特性を測定する実施例について説明する。まず、測定を
行う被測定モータの軸を、カップリング等を介して本装
置のブラシレス直流モータ(１)の回転子軸(１０)に接続
する。このブラシレス直流モータ(１)は、従来の直流機
の如く、整流子、ブラシ等を設けていないため、回転時
の整流作用が良好となり、超高速回転を可能としてい
る。また、整流子やブラシを設けていないため、摩擦に
よる負荷損の発生が少なく、運動効率が良い。
モータの種類は特に問うものではないが、一例に於て、
切削用超高速ブラシレスＤＣモータの回転速度−トルク
特性を測定する実施例について説明する。まず、測定を
行う被測定モータの軸を、カップリング等を介して本装
置のブラシレス直流モータ(１)の回転子軸(１０)に接続
する。このブラシレス直流モータ(１)は、従来の直流機
の如く、整流子、ブラシ等を設けていないため、回転時
の整流作用が良好となり、超高速回転を可能としてい
る。また、整流子やブラシを設けていないため、摩擦に
よる負荷損の発生が少なく、運動効率が良い。
【００１９】そして、被測定モータの微小(０)トルクを
測定するには、まず、被測定モータに一定の電圧を加
え、予め設定した回転数に回転する。また、この被測定
モータの回転と同時に、ブラシレス直流モータ(１)を、
電源と接続し、電動機として回転する。また、ブラシレ
ス直流モータ(１)は、ホール素子(１４)によって回転数
を計測する事ができる。そして、このブラシレス直流モ
ータ(１)の回転数を、被測定モータの設定回転数よりも
やや高めにする。
測定するには、まず、被測定モータに一定の電圧を加
え、予め設定した回転数に回転する。また、この被測定
モータの回転と同時に、ブラシレス直流モータ(１)を、
電源と接続し、電動機として回転する。また、ブラシレ
ス直流モータ(１)は、ホール素子(１４)によって回転数
を計測する事ができる。そして、このブラシレス直流モ
ータ(１)の回転数を、被測定モータの設定回転数よりも
やや高めにする。
【００２０】すなわち、被測定モータは、ブラシレス直
流モータ(１)と接続する事により、ブラシレス直流モー
タ(１)が生じる負荷損によって、設定回転数以下に回ろ
うとするが、この負荷損の生じた分の回転数を、ブラレ
ス直流モータ(１)の回転数をやや高めにする事により、
被測定モータの回転数の落ち込みを防止する。
流モータ(１)と接続する事により、ブラシレス直流モー
タ(１)が生じる負荷損によって、設定回転数以下に回ろ
うとするが、この負荷損の生じた分の回転数を、ブラレ
ス直流モータ(１)の回転数をやや高めにする事により、
被測定モータの回転数の落ち込みを防止する。
【００２１】また、ブラシレス直流モータ(１)は、負荷
損を考慮して回転数を高め、被測定モータへの負荷損の
補償を正確に行うと、固定子(３)を設けた固定子ケース
(２)に、トルクの反力が発生する事がなく、図５に示す
如く、圧力センサ(２５)によって測定されるトルク値は
０となる。
損を考慮して回転数を高め、被測定モータへの負荷損の
補償を正確に行うと、固定子(３)を設けた固定子ケース
(２)に、トルクの反力が発生する事がなく、図５に示す
如く、圧力センサ(２５)によって測定されるトルク値は
０となる。
【００２２】次に、トルク値を０よりも高めて測定する
には、電動機動作を行っているブラシレス直流モータ
(１)の回転数を少し下げ、被測定モータへの負荷を大き
くし、この時の回転数を計測する。この回転数の計測の
方法は、永久磁石回転子(８)の位置検出磁石(１３)をホ
ール素子(１４)によって検出する事により表示が可能で
ある。
には、電動機動作を行っているブラシレス直流モータ
(１)の回転数を少し下げ、被測定モータへの負荷を大き
くし、この時の回転数を計測する。この回転数の計測の
方法は、永久磁石回転子(８)の位置検出磁石(１３)をホ
ール素子(１４)によって検出する事により表示が可能で
ある。
【００２３】また、更に、ブラシレス直流モータ(１)の
回転数を下げていくと、ブラシレス直流モータ(１)は、
固定子ケース(２)に受けるトルク値が０となったり、ま
たは、測定するトルクの反力が逆方向となる場合があ
る。これは、被測定モータの回転数が、ブラシレス直流
モータ(１)の回転数と同一になったか、或いはブラシレ
ス直流モータ(１)の回転数が、被測定モータの回転数よ
りも低くなったためである。
回転数を下げていくと、ブラシレス直流モータ(１)は、
固定子ケース(２)に受けるトルク値が０となったり、ま
たは、測定するトルクの反力が逆方向となる場合があ
る。これは、被測定モータの回転数が、ブラシレス直流
モータ(１)の回転数と同一になったか、或いはブラシレ
ス直流モータ(１)の回転数が、被測定モータの回転数よ
りも低くなったためである。
【００２４】このような場合、ブラシレス直流モータ
(１)は、電動機としての動作を停止し、発電機として動
作させる。このブラシレス直流モータ(１)の動作の切り
換え方法は、まず、ブラシレス直流モータ(１)の電動機
電源を切断し、負荷回路(１５)のトランジスタ(１８)の
ベース端子の電流を調整して、発電機としてのブラシレ
ス直流モータ(１)による負荷を発生させる。また、この
ブラシレス直流モータ(１)に於ける、電動機動作と発電
機動作との切り換えを境界と称している。
(１)は、電動機としての動作を停止し、発電機として動
作させる。このブラシレス直流モータ(１)の動作の切り
換え方法は、まず、ブラシレス直流モータ(１)の電動機
電源を切断し、負荷回路(１５)のトランジスタ(１８)の
ベース端子の電流を調整して、発電機としてのブラシレ
ス直流モータ(１)による負荷を発生させる。また、この
ブラシレス直流モータ(１)に於ける、電動機動作と発電
機動作との切り換えを境界と称している。
【００２５】また、発電機動作となったブラシレス直流
モータ(１)の負荷を徐々に高めていくと、圧力センサ
(２５)によって測定されるトルク値は徐々に増大する。
また、このトルク値の増大に伴い、回転数は、図５に示
す如く減少する。また、本実施例に於ては、被測定モー
タの設定回転数を、30,000rpm、50,000rpm、70,000rpm
として測定した。
モータ(１)の負荷を徐々に高めていくと、圧力センサ
(２５)によって測定されるトルク値は徐々に増大する。
また、このトルク値の増大に伴い、回転数は、図５に示
す如く減少する。また、本実施例に於ては、被測定モー
タの設定回転数を、30,000rpm、50,000rpm、70,000rpm
として測定した。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上述の如く構成したものである
から、小形モータの回転速度−トルク特性を測定する場
合、トルク測定装置は、ブラシレス直流モータにより形
成しているため、確実な整流作用を行い、超高速回転に
於ける測定が可能となる。
から、小形モータの回転速度−トルク特性を測定する場
合、トルク測定装置は、ブラシレス直流モータにより形
成しているため、確実な整流作用を行い、超高速回転に
於ける測定が可能となる。
【００２７】また、トルク測定装置は、ブラシレス直流
モータを設ける事により、ブラシと整流子とが接触して
生じる摩擦の負荷損を除去し、負荷損を低減して、正確
な測定を行う事を可能とする。
モータを設ける事により、ブラシと整流子とが接触して
生じる摩擦の負荷損を除去し、負荷損を低減して、正確
な測定を行う事を可能とする。
【００２８】また、トルク測定装置は、ブラシレス直流
モータを発電機として動作できるばかりでなく、電動機
としても動作を可能とするため、負荷損を除去した状態
で測定をできるため、微小(０)トルク領域から高トルク
領域までの広範囲な回転速度−トルク特性の測定が可能
となるものである。
モータを発電機として動作できるばかりでなく、電動機
としても動作を可能とするため、負荷損を除去した状態
で測定をできるため、微小(０)トルク領域から高トルク
領域までの広範囲な回転速度−トルク特性の測定が可能
となるものである。
【図１】トルク測定装置の斜視図。
【図２】縦断面図。
【図３】本装置の概念図。
【図４】負荷回路の回路図。
【図５】一実施例の速度−トルク特性を示すグラフ。
１ ブラシレス直流モータ ２ 固定子ケース ３ 固定子 ６ 巻線 ７ 巻線 ８ 永久磁石回転子 １４ ホール素子 ２０ 基台 ２３ アーム ２５ 圧力センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 收 埼玉県比企郡鳩山町大字石坂字源右衛門 谷456−５ 東京電機大学 鳩山キャン パス内 (72)発明者 伊藤 妥 埼玉県比企郡鳩山町大字石坂字源右衛門 谷456−５ 東京電機大学 鳩山キャン パス内 (72)発明者 高橋 克己 茨城県古河市鴻巣771番地の56 (56)参考文献 特開 昭57−16326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−35085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−128780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−130837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−240826（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−312398（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370776（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/00 G01R 31/34
Claims (1)
- 【請求項１】 巻線により形成した固定子と、この固定
子を内周面に固定する固定子ケースと、この固定子ケー
スに回動可能に軸支した永久磁石回転子と、この永久磁
石回転子の位置検出を行うホール素子とを設けたブラシ
レス直流モータに於て、固定子ケースを、基台に設けた
軸受部に回動自在に軸支し、固定子ケースの外周面に突
設したアームを、基台に位置する圧力センサに押圧可能
とするとともに被測定モータの高出力トルクの測定時に
於て、ブラシレス直流モータを、被測定モーターに負荷
抵抗を掛ける事が可能な発電機として用い、低出力トル
クの測定時に於ては、ブラシレス直流モータを被測定モ
ータと同一方向に回転可能な電動機として用い、ブラシ
レス直流モータに生じる回転損失を除去可能として、被
測定モータの微小(０)トルク領域から高トルク領域まで
のトルク測定を可能とした事を特徴とするトルク測定装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27953792A JP3064697B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | トルク測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27953792A JP3064697B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | トルク測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109564A JPH06109564A (ja) | 1994-04-19 |
| JP3064697B2 true JP3064697B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17612384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27953792A Expired - Fee Related JP3064697B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | トルク測定装置 |
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1992
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