JP3776756B2

JP3776756B2 - モータ試験装置

Info

Publication number: JP3776756B2
Application number: JP2001179911A
Authority: JP
Inventors: 治中北
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: JP2002372573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ試験装置に関し、特に、モータとコントローラとから形成される検査対象を検査する場合に利用されるモータ試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、バッテリフォークリフトの実施の形態を示している。そのバッテリフォークリフト１００は、操作盤１０１、バッテリ１０２、コントローラ１０３およびモータ１０４とを備えている。操作盤１０１は、操縦者がバッテリフォークリフト１００を操作するための装置であり、操縦者の操作に基づいて操作信号１０５を生成してコントローラ１０２に出力する。バッテリ１０２は、コントローラ１０３に直流電力１０７を供給する。コントローラ１０３は、操作信号１０５に基づいて、モータ１０３を駆動させる制御信号１０８を生成してモータ１０４に出力する。モータ１０４は、バッテリフォークリフト１００の推進手段に適用され、制御信号１０８に基づいて駆動する。制御信号１０８としては、周波数と電圧とが制御された交流電力が例示される。モータ１０４は、制御信号１０８に基づいて駆動する。
【０００３】
モータ１０４の発熱量、寿命を検査する台上試験が実施されている。その台上試験では、モータ１０４の回転数が一定に調節され、または、モータ１０４のトルクが一定に調節されている。このような台上試験では、バッテリフォークリフト１００が加速・減速を繰り返すときのモータ１０４の特性を検査することはできない。加速・減速を繰り返すときのモータ１０４の特性を検査するためには、実車による試験をしなければならない。加速・減速を繰り返すモータ１０４の特性を検査する台上試験装置が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、コントローラとモータとから形成される検査対象を検査するモータ試験装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、実機の走行により近い負荷をモータに与えるモータ試験装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、コストを低減させるモータ試験装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００６】
本発明によるモータ試験装置（１）は、解析制御部（２）と、回転軸（９）を介してモータ（８）に負荷（２１）を与える動力計（４）とを具備している。解析制御部（２）は、モータ（８）が搭載される車両の走行パターンを示す操作信号（１３）をコントローラ（７）に出力するコントローラ（７）制御部（３１）を備えている。コントローラ（７）は操作信号（１３）に基づいてモータ（８）に制御信号（１５）を出力し、モータ（８）は制御信号（１５）に基づいて動力（１７）を生成して動力計（４）に回転軸（９）を介して伝達する。解析制御部（２）は、走行パターンに基づいて動力計（４）を制御して負荷（２１）を制御する動力計制御部（３２）を更に備えている。
【０００７】
本発明によるモータ試験装置（１）は、コントローラ（７）とモータ（８）とから形成される検査対象（６）を検査する。動力計（４）は、モータ（８）の回転軸（９）を介して伝達される動力（１７）の大きさ（トルク、回転数）を測定する測定器であり、所定の負荷を回転軸（９）に与えることができる。
【０００８】
動力計制御部（３２）は、走行パターンと制御信号（１５）とに基づいて回転軸（９）の単位時間当たりの回転数（ω）を導出し、動力計（４）は、回転軸（９）を回転数（ω）で回転させることによりモータ（８）に負荷（２１）を与えることが好ましい。
【０００９】
動力計制御部（３２）は、制御信号（１５）に基づいて力行時と回生時とを判別し、回転数（ω）を導出する方法が力行時と回生時とで互いに異なる。このような回転数（ω）の導出は、より実機による試験を模擬することができて好ましい。
【００１０】
動力計（４）は、回転数ωを解析制御部（２）に出力し、動力計制御部（３２）は、力行時に次式：
【数３】

に基づいて回転数ωを導出する。ここで、ｍとαは、車両に基づいて決定される定数であり、ｆ（ω）は、回転数ωの関数であり、Ｋは、モータ（８）に基づいて決定される定数であり、Ｉは、モータ（８）に流れる電流である。詳細には、ｍは車両の重量であり、ｆ（ω）は回転数ωの関数であり、αは固定プレロード定数であり、Ｋはモータ（８）トルク定数である。
【００１１】
動力計制御部（３２）は、次式：
【数４】

に基づいて回転数ωを導出する。ここで、ｍとｒとは、車両に基づいて決定される定数であり、ｋは、モータ（８）に基づいて決定される定数であり、Ｅは、モータ（８）に印加される電圧であり、Ｉは、モータ（８）に流れる電流であり、ｔは、回生時間である。詳細には、ｍは車両の重量であり、ｒは回転数を車速に変換するための回転数車速変換係数であり、ｋはモータ電力定数である。
【００１２】
本発明によるモータ試験装置（１）は、コントローラ（７）に直流電力（１１）を供給し、直流電力（１１）の消費電力量（１２）を解析制御部（２）に出力する電源（３）を更に具備している。解析制御部（２）は、消費電力量（１２）に基づいて電源（３）の起電力を制御する電源制御部（３３）を更に備えている。電源（３）は、電源制御部（３３）の制御によりバッテリ（電池）を模擬する。
【００１３】
解析制御部（２）は、モータ（８）の動力（１７）を記録する測定部（３４）を更に備えていることが好ましい。
【００１４】
本発明によるモータ試験装置（１）は、モータ（８）の発熱量（１９）を測定する温度計（５）を更に具備している。測定部（３４）は、発熱量（１９）を更に記録することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明によるモータ試験装置の実施の形態を説明する。そのモータ試験装置１は、図１に示されているように、解析制御部２、電源３、動力計４および温度計５とから形成されている。解析制御部２は、電源３に接続され、動力計４に接続され、温度計５に接続されている。モータ試験装置１の検査対象６は、バッテリフォークリフトに例示される車両に適用されるコントローラ７とモータ８とから形成されている。解析制御部２は、コントローラ７に双方向に接続されている。電源３は、コントローラ７に接続されている。コントローラ７は、モータ６に接続されている。モータ６は、回転軸９を介して動力計４に接続され、温度計５に接続されている。
【００１６】
なお、モータ制御装置１はコントローラ７をさらに含み、制御対象６はモータ８のみから構成されていても構わない。
【００１７】
解析制御部２は、電源３に電力制御信号１０を出力し、コントローラ７に操作信号１３を出力し、動力計４に単位時間当たりの回転数（以下、単位時間当たりの回転数は、「回転数」と記載される）を示す速度指令１４を出力する。電源３は、電力制御信号１０に基づいてコントローラ７に直流電力１１を供給し、解析制御部２に消費電力量１２を通知する。コントローラ７は、操作信号１３に基づいてモータ８に制御信号１５を出力し、モータ８に印加されたモータ電圧と流れるモータ電流とを示すモータ測定信号１６を解析制御部２に通知する。モータ８は、制御信号１５に基づいて回転軸９を回転運動させ、動力１７を動力計４に伝達する。モータ８は、駆動により発熱し温度計５に熱１８を伝達する。温度計５は、モータ８の温度を測定し、温度１９を解析制御部２に通知する。動力計４は、回転軸９のトルクと回転数とを測定して動力測定信号２２を解析制御部２に通知し、速度指令１４に基づいて回転軸９を所定の回転数に変更して動力制御し、モータ８に対して負荷２１を与える。
【００１８】
解析制御部２は、パーソナルコンピュータに例示される情報処理装置である。解析制御部２は、コンピュータプログラムであるコントローラ制御プログラム３１、動力計制御プログラム３２、電源制御プログラム３３および測定プログラム３４とを搭載している。
【００１９】
コントローラ制御プログラム３１は、所定の操作信号１３を生成し、コントローラ７に出力する。操作信号１３は、検査対象６が適用される車両の走行パターンを示し、コントローラ制御プログラム３１により生成される所定の操作信号１３は、検査対象６が適用された車両の試験走行を模擬している。操作信号１３により模擬される走行は、等速度走行、加速、減速、停車、発車を繰り返す。
【００２０】
動力計制御プログラム３２は、模擬する車両の特性に基づいてモータ８にかかる負荷２１を導出する。車両の走行状態は、力行時と回生時とを含んでいる。力行時は、モータ８に電力が供給されている走行状態である。この走行状態は、車両が加速しているときに相当する。回生時は、モータ８が電力を生成している走行状態である。この走行状態は、車両がブレーキを用いないで減速しているときに相当する。
【００２１】
模擬する車両の質量ｍ、モータ８のモータトルク定数Ｋ、固定プレロード定数αおよびモータ電力定数ｋは、予め決定されている定数である。モータ８が力行時に、モータ８の回転数ω、車両の質量ｍ、固定プレロード定数α、モータトルク定数Ｋ、モータ電流Ｉおよび回転数ωの関数ｆ（ω）を用いた次式：
【数５】

が成立する。数５の式は、周知である。さらに、関数ｆ（ω）は、適当な定数βを用いて次式：
【数６】

に近似することができる。数５の式と数６の式とにより、次式：
【数７】

が導出される。動力計制御プログラム３２は、数７の微分方程式に基づいて、モータ８の回転数ωを導出する。すなわち、回転数ωは、検出された回転数ωを初期値として、数７の微分方程式を解いて導出され、または、数７の微分方程式に基づいて所定の時間Δｔ後の近似値が導出される。
【００２２】
モータ８が回生時に、車両の速さｖ、モータ電力定数ｋ、モータ電流Ｉ、モータ電圧Ｅ、および回生時間ｔを用いた次式：
【数８】

が成立する。次式：
【数９】

により定義される回転数車速変換係数ｒを用いて数８の式は、次式：
【数１０】

により表現される。動力計制御プログラム３２は、数１０の式に基づいて、モータ８の回転数ωを導出する。
【００２３】
動力計制御プログラム３２は、さらに、導出された回転数ωを示す速度指令１４を生成して動力計４に出力する。
【００２４】
電源制御プログラム３３は、消費電力量１２に基づいて電源３が供給する直流電力１１の電圧を制御する。一般に、化学エネルギーを直接に電気エネルギーに変換するバッテリは、放電するにつれて起電力が低下する。電源制御プログラム３３は、電源３をバッテリと同様に消費電力量１２の増加に伴って直流電力１１の電圧を減少させる。
【００２５】
測定プログラム３４は、消費電力量１２、モータ８の温度１９、モータ測定信号１６により示されるモータ電流Ｉとモータ電圧Ｅ、動力測定信号２２により示される回転軸９のトルク・回転数およびモータ８の回転数ωを時間の関数として記録し表現する。測定プログラム３４は、さらに、これらの情報に基づいてモータ８の寿命、車両に搭載されるバッテリの寿命を推測する。
【００２６】
本発明によるモータ試験装置の動作は、所定の試験走行を示す操作信号１３を検査対象６のコントローラ７に擬似的に出力する動作、走行時に加わる負荷をモータ８に擬似的に与える動作、電源３の起電力を制御する動作、および、検査項目を測定する動作とを含んでいる。これらの動作は、並行する。
【００２７】
以下、所定の試験走行を示す操作信号１３を検査対象６のコントローラ７に擬似的に出力する動作について説明する。解析制御装置２は、予めコントローラ７に出力される操作信号１３が記録されている。操作信号１３は、検査対象６が適用された車両の試験走行を模擬している。操作信号１３により模擬される走行は、等速度走行、加速、減速、停車、発車を繰り返す。操作信号１３は、時間の関数、または、模擬される車両の走行距離の関数である。走行距離の関数であるとき、解析制御装置２は、動力計４の回転数に基づいて操作信号１３を更新する。
【００２８】
図３は、モータ８に実際の走行時に加わる負荷を擬似的に与える動作を示している。解析制御装置２は、予め、模擬する車両の質量ｍ、モータ８のモータトルク定数Ｋ、固定プレロード定数α、定数β、モータ電力定数ｋおよび回転数車速変換係数ｒが入力されている。解析制御装置２は、まず、コントローラ７からモータ電流Ｉを取得する（ステップＳ１）。
【００２９】
解析制御装置２は、モータ電流Ｉが流れる方向に基づいてモータ８が力行時か回生時かを判別する（ステップＳ２）。すなわち、コントローラ７がモータ８に電力を供給しているときは力行時と判別され、モータ８がコントローラ７に電力を供給しているときは回生時と判別される。
【００３０】
モータ８が力行時であるとき（ステップＳ２；正）、解析制御装置２は、次式：
【数１１】

に基づいて回転数ωを導出する（ステップＳ３）。すなわち、回転数ωは、測定された回転数ωを用いて数１１の微分方程式を解いて方程式に基づいて導出され、または、所定の時間Δｔ後の近似値が導出される。
【００３１】
モータ８が回生時であるとき（ステップＳ２；負）、解析制御装置２は、さらに、コントローラ７からモータ電圧Ｅを取得し（ステップＳ４）、回生時間ｔを検出する（ステップＳ５）。この回生時間ｔを検出する方法は、周知である。解析制御装置２は、次式：
【数１２】

に基づいて回転数ωを導出する（ステップＳ６）。
【００３２】
解析制御部２は、導出された回転数ωを示す速度指令１４を動力計に出力する（ステップＳ７）。再度ステップＳ１を実行するループに入る。このループは、周期的に実行される。
【００３３】
以下、電源３の起電力を制御する動作について説明する。解析制御部２は、消費電力量１２に基づいて直流電力１１の電圧を示す電力制御信号１０を生成する。このとき、電力制御信号１０が示す電圧は、バッテリを模擬し、消費電力量１２の関数であり、単純減少する。
【００３４】
以下、検査項目を測定する動作について説明する。解析制御部２は、複数の検査項目を時系列として記録する。その複数の項目は、モータ８の温度、モータ８に印加されるモータ電圧Ｅ、モータ８に流れるモータ電圧Ｉ、回転軸９のトルク、回転数ω、回転数、消費電力量を含んでいる。解析制御部２は、模擬走行の終了後、その複数の項目に基づいてモータ８の寿命、コントローラ７の性能、車両に搭載されるバッテリの寿命を推測する。
【００３５】
本発明によるモータ試験装置は、コントローラを備えたモータの試験を実施することができる。このような試験は、自動化して実施することができるため、実車による試験より、コストの低減を図ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によるモータ試験装置は、コントローラとモータとから形成される検査対象を検査する際、より実機の走行に近い負荷をモータに与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるモータ試験装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明によるモータ試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、バッテリフォークリフトの実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…モータ試験装置
２…解析制御部
３…電源
４…動力計
５…温度計
６…検査対象
７…コントローラ
８…モータ
９…回転軸
１０…電力制御信号
１１…直流電力
１２…消費電力量
１３…操作信号
１４…速度指令
１５…制御信号
１６…モータ測定信号
１７…動力
１８…熱
１９…温度
２１…負荷
２２…動力測定信号
３１…コントローラ制御プログラム
３２…動力計制御プログラム
３３…電源制御プログラム
３４…測定プログラム

Claims

解析制御部と、
回転軸を介してモータに負荷を与える動力計とを具備し、
前記解析制御部は、前記モータが搭載される車両の走行パターンを示す操作信号をコントローラに出力するコントローラ制御部を備え、
前記コントローラは、前記操作信号に基づいて前記モータに制御信号を出力し、
前記モータは、前記制御信号に基づいて動力を生成して前記動力計に前記回転軸を介して伝達し、
前記解析制御部は、前記走行パターンに基づいて前記動力計を制御して前記負荷を制御する動力計制御部を更に備え、
前記コントローラに直流電力を供給し、前記直流電力の消費電力量を前記解析制御部に出力する電源を更に具備し、
前記解析制御部は、前記消費電力量に基づいて前記電源の起電力を制御する電源制御部を更に備える
モータ試験装置。
請求項１において、
前記動力計制御部は、前記走行パターンと前記制御信号とに基づいて前記回転軸の単位時間当たりの回転数を導出し、
前記動力計は、前記回転軸を前記回転数で回転させることにより前記モータに前記負荷を与える
モータ試験装置。
請求項２において、
前記動力計制御部は、前記制御信号に基づいて力行時と回生時とを判別し、前記回転数を導出する方法が前記力行時と前記回生時とで互いに異なる
モータ試験装置。
請求項３において、
前記動力計は、前記回転数を前記解析制御部に出力し、
前記動力計制御部は、前記力行時に次式：

に基づいて前記回転数であるωを導出し、
ｍとαは、前記車両に基づいて決定される定数であり、
ｆ（ω）は、前記回転数ωの関数であり、
Ｋは、前記モータに基づいて決定される定数であり、
Ｉは、前記モータに流れる電流である
モータ試験装置。
請求項３または請求項４のいずれかにおいて、
前記動力計制御部は、次式：

に基づいて前記回転数であるωを導出し、
ｍとｒとは、前記車両に基づいて決定される定数であり、
ｋは、前記モータに基づいて決定される定数であり、
Ｅは、前記モータに印加される電圧であり、
Ｉは、前記モータに流れる電流であり、
ｔは、回生時間である
モータ試験装置。
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記解析制御部は、前記モータの前記動力を記録する測定部を更に備える
モータ試験装置。
請求項６において、
前記モータの発熱量を測定する温度計を更に具備し、
前記測定部は、前記発熱量を更に記録する
モータ試験装置。