JP4419561B2 - モータのトルクリップル測定装置及びトルクリップル測定方法 - Google Patents
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Description
本発明はモータのトルクリップル測定装置に関する。
従来、トルクリップルの測定方法は、モータシャフトにプロペラファンなどの適当な機械的負荷を取り付けて回転させ、モータブラケットに取り付けた加速度ピックアップなどにより加速度を検出し、この加速度とあらかじめ算出したイナーシャとを掛け合わせることによりトルクリップル値が計算可能である。（例えば、特許文献１・特許文献２参照）
特開昭５２−５１９８５号公報
特開昭５６−１０３３３６号公報
従来の測定方法では、モータシャフトにプロペラファンなどの適当な負荷を取り付けて回転させるため、印加トルクはプロペラファンなど負荷のサイズで決定してしまい、任意のトルク印加状態でのトルクリップル測定を行うことができない。また、加速度値から間接的にトルクリップル値を算出するため測定精度にも疑問が残る。
本発明は、このような課題に鑑み、任意のトルク印加状態で、モータ回転軸から直接トルクリップルを検出するモータのトルクリップル測定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、摩擦トルクの影響を受けずトルクリップルを検出する軸受を有さない中空型のトルク検出器と、このトルク検出器と供試モータシャフトとを接続する接続カップリング及び接続アダプタと、供試モータに任意のトルクを印加する負荷用モータと、負荷用モータが発生するトルク変動のトルク検出器への影響を抑止するフライホイールと、軸受が発生する摩擦トルクのトルク検出器への影響を抑止するために軸受をフライホイールより負荷モータ側に配置した機構と、トルク検出器から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザと、このＦＦＴアナライザの検出値から供試モータを含む測定装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出する手段を有することで任意のトルク印加状態で、高精度にモータ回転軸から直接トルクリップルを検出することができる。
また、接続アダプタは多種の長さを有するため、モータシャフトを支持する点を変化させることで測定装置の共振を回避することができる。
上記をまとめると、課題を解決するための本件出願に係る第１の発明は、トルク検出器と、接続カップリングと、接続アダプタと、フライホイールと、負荷用モータとを有するモータのトルクリップル測定装置であり、前記フライホイールはその軸方向両側にフライホイール軸部を具備し、前記フライホイール軸部の周方向側部分と前記モータのトルクリップル測定装置の筐体との間に軸受部が設けられており、さらには、前記トルク検出器の内側の中空状内部にこのトルク検出器の構成物に対して機械的接触部を有しない動力伝達軸が配置されることによりこの動力伝達軸から非接触にてトルクが検出される構成と、前記トルク検出器の一方の動力伝達軸と被測定物のモータのシャフトとが前記接続カップリング及び前記接続アダプタを介して接続される構成と、前記トルク検出器の他方の動力伝達軸と前記負荷用モータのシャフトとが前記フライホイール軸部各々と接続されることにより前記フライホイールを介する構成と、前記フライホイールの軸受部にて発生する摩擦トルクが前記トルク検出器から検出されるトルクの値に影響することを抑制するために前記軸受部が前記負荷モータ側の前記フライホイール軸部に配置される構成とを有するモータのトルクリップル測定装置である。
また、本件出願に係る第２の発明は、トルク検出器と、接続カップリングと、接続アダプタと、フライホイールと、負荷用モータとを有するモータのトルクリップル測定装置であり、前記フライホイールはその軸方向両側にフライホイール軸部を具備し、前記フライホイール軸部の周方向側部分と前記モータのトルクリップル測定装置の筐体との間に軸受部が設けられており、さらには、前記トルク検出器の内側の中空状内部にこのトルク検出器の構成物に対して機械的接触部を有しない動力伝達軸が配置されることによりこの動力伝達軸から非接触にてトルクが検出される構成と、前記トルク検出器の一方の動力伝達軸と被測定物のモータのシャフトとが前記接続カップリング及び前記接続アダプタを介して接続される構成と、前記トルク検出器の他方の動力伝達軸と前記負荷用モータのシャフトとが前記フライホイール軸部各々と接続されることにより前記フライホイールを介する構成と、前記フライホイールの軸受部にて発生する摩擦トルクが前記トルク検出器から検出されるトルクの値に影響することを抑制するために前記軸受部が前記負荷モータ側の前記フライホイール軸部に配置される構成とを有するモータのトルクリップル測定装置において、
前記トルク検出器から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザと、このＦＦＴアナライザの検出値から被測定物のモータを含むトルクリップル測定装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出して、被測定物のモータのトルクリップル値を高精度で測定する手段とを有するモータのトルクリップル測定装置である。
前記トルク検出器から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザと、このＦＦＴアナライザの検出値から被測定物のモータを含むトルクリップル測定装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出して、被測定物のモータのトルクリップル値を高精度で測定する手段とを有するモータのトルクリップル測定装置である。
また、本件出願に係る第３の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、接続アダプタは、モータのトルクリップル測定装置の共振を回避するために接続アダプタの長手方向の寸法を変えてモータシャフトの支持する点を変化させる構成を有するモータのトルクリップル測定装置である。
また、本件出願に係る第４の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、
接続アダプタは、モータのトルクリップル測定装置の共振周波数を調整するために複数の接続アダプタから構成されるモータのトルクリップル測定装置である。
接続アダプタは、モータのトルクリップル測定装置の共振周波数を調整するために複数の接続アダプタから構成されるモータのトルクリップル測定装置である。
また、本件出願に係る第５の発明は、上記第１の発明から第４の発明のモータのトルクリップル測定装置を用いて、モータのトルクリップルを測定するモータのトルクリップル測定方法である。
以上のように、本発明によれば、任意のトルク印加状態で、高精度にモータ回転軸から直接トルクリップルを検出することができることにより、計測精度の向上が図れる。
また、本発明によれば、測定装置の共振を回避できるために、計測精度の安定性を増すことができる。
また、本発明によれば、被測定物のモータ自身のトルクリップルを測定することができる。
（実施の形態）
本発明は、摩擦トルクの影響を受けずトルクリップルを検出する軸受を有さない中空型のトルク検出器と、このトルク検出器と供試モータシャフトとを接続する接続カップリング及び接続アダプタと、供試モータに任意のトルクを印加する負荷用モータと、負荷用モータが発生するトルク変動のトルク検出器への影響を抑止するフライホイールと、軸受が発生する摩擦トルクのトルク検出器への影響を抑止するために軸受をフライホイールより負荷モータ側に配置した機構を備えており、任意のトルク印加状態で、高精度にモータ回転軸から直接トルクリップルを検出することができる。
本発明は、摩擦トルクの影響を受けずトルクリップルを検出する軸受を有さない中空型のトルク検出器と、このトルク検出器と供試モータシャフトとを接続する接続カップリング及び接続アダプタと、供試モータに任意のトルクを印加する負荷用モータと、負荷用モータが発生するトルク変動のトルク検出器への影響を抑止するフライホイールと、軸受が発生する摩擦トルクのトルク検出器への影響を抑止するために軸受をフライホイールより負荷モータ側に配置した機構を備えており、任意のトルク印加状態で、高精度にモータ回転軸から直接トルクリップルを検出することができる。
また、本発明は、接続アダプタが多種の長さを有するため、モータシャフトを支持する点を変化させることで測定装置の共振を回避することができる。
さらに、本発明は、摩擦トルクの影響を受けずトルクリップルを検出する軸受を有さない中空型のトルク検出器と、このトルク検出器と供試モータシャフトとを接続する接続カップリング及び接続アダプタと、供試モータに任意のトルクを印加する負荷用モータと、負荷用モータが発生するトルク変動のトルク検出器への影響を抑止するフライホイールと、軸受が発生する摩擦トルクのトルク検出器への影響を抑止するために軸受をフライホイールの位置より負荷モータ側に配置した機構と、トルク検出器から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザと、このＦＦＴアナライザの検出値から供試モータを含む測定装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出する下記手段を備えることで、トルクリップル値を高精度で測定することができる。
本発明ではトルクリップル測定側と負荷側はフライホイールで遮断されているため、トルクリップル測定側はねじり１自由度系で近似できる。ねじり１自由度系では（式２）のように表せることが知られており、トルク検出器から検出されるトルクリップル値は供試モータ自身が発生するトルクリップル値が増幅あるいは減衰された値となっている。そのため、供試モータ自身が発生するトルクリップル値を知るためには、（式２）で示すねじり伝達関数Ｈを求める必要がある。なお、（式２）は（式１）から求められる。
｜Ｔｒ’｜：増幅されたトルクリップル値（トルク検出器にて検出されるトルクリップル）
｜Ｔｒ｜：増幅される前のトルクリップル値（供試モータ自身が発生するトルクリップル）
ω：トルクリップル周波数
ωｎ：供試モータを含む測定装置の共振周波数
ζ：供試モータを含む測定装置の減衰比
ねじり伝達関数Ｈを求める方法として、インパルスハンマー等を使用しＦＦＴアナライザにより解析する方法などが知られているが、モータ静止状態での解析であり回転状態での伝達特性と異なる可能性があること、及び多少手間がかかることを鑑み、本発明では、一連のトルクリップル測定中に伝達関数を自動算出し、｜Ｔｒ｜を測定する手段を用いている。
｜Ｔｒ｜：増幅される前のトルクリップル値（供試モータ自身が発生するトルクリップル）
ω：トルクリップル周波数
ωｎ：供試モータを含む測定装置の共振周波数
ζ：供試モータを含む測定装置の減衰比
ねじり伝達関数Ｈを求める方法として、インパルスハンマー等を使用しＦＦＴアナライザにより解析する方法などが知られているが、モータ静止状態での解析であり回転状態での伝達特性と異なる可能性があること、及び多少手間がかかることを鑑み、本発明では、一連のトルクリップル測定中に伝達関数を自動算出し、｜Ｔｒ｜を測定する手段を用いている。
（式２）から伝達関数を算出するには共振周波数ωｎ、トルクリップル周波数ω、減衰比ζの３つのパラメータを求める必要がある。このうちトルクリップル周波数ωについては、既知である供試モータのスロット数と極数及び回転数検出手段により検出した回転数より、おおよその見当を付けることができ、ＦＦＴアナライザの分析結果から見当を付けた周辺のトルクリップルのスペクトルを検出すれば直接測定可能である。
残り２つの共振周波数ωｎ、減衰比ζについては、供試モータ低速回転中の検出トルクをＦＦＴアナライザで周波数分析し、もっとも振幅が大きな周波数を共振周波数ωnとする。また、このときの周波数スペクトルデータをコンピュータに記憶させ、半値幅法により減衰比ζを算出する。この後、測定する回転数にモータ回転速度を自動調節し、トルクリップルを測定した後、以上で求めた３つのパラメータとトルクリップル値｜Ｔｒ’｜を（式２）に代入すれば、ハンマリング等による伝達関数解析を行わず、トルクリップル測定の一連の処理として、供試モータが発生するトルクリップルを測定することができる。なお、供試モータの回転速度指令はコンピュータにより自動で行われる。
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明する。ただし、本発明は実施例によって限定されるものではない。
図１は測定装置機械部２１の一実施例を示している。図１において、軸受を有さない中空型のトルク検出器１、接続カップリング２、共振周波数を調整するための３種の接続アダプタ３・４・５、供試モータ（被測定物のモータ）６、任意のトルクを印加するための負荷用モータ７、負荷用モータ７が発生するトルク変動のトルク検出器への影響を抑止するフライホイール８、軸受が発生する摩擦トルクのトルク検出器への影響を抑止するためにフライホイールより負荷モータ側に配置した軸受（軸受部）９、フライホイール部カバー１０、フライホイール軸部カバー１１、フライホイール軸（フライホイール軸部）１２ワ、回転数検出歯車１３、カップリング１４、回転止め１５、接続部カバー１６、防振ゴム１７が設けられている。
図２は測定装置全体の概略を示している。指令・計算・記憶を行うコンピュータ１８と、図１で示した機械部と、トルク信号の周波数分析を行うＦＦＴアナライザ１９と、供試モータの回転速度指令を行う回転速度指令手段２０からなる。
トルク検出器１と、接続カップリング２と、接続アダプタ３・４・５と、フライホイール８と、負荷用モータ７とを有するモータのトルクリップル測定装置であり、フライホイール８はその軸方向両側にフライホイール軸部１２を具備し、フライホイール軸部１２の周方向側部分とこのモータのトルクリップル測定装置の筐体との間に軸受部９が設けられており、さらには、トルク検出器１の内側の中空状内部にこのトルク検出器１の構成物に対して機械的接触部を有しない動力伝達軸２２が配置されることによりこの動力伝達軸２２から非接触にてトルクが検出される構成と、トルク検出器１の一方の動力伝達軸２２と被測定物のモータ６のシャフトとが接続カップリング２及び接続アダプタ３・４・５を介して接続される構成と、トルク検出器１の他方の動力伝達軸と負荷用モータ７のシャフトとがフライホイール軸部１２各々と接続されることによりフライホイール８を介する構成と、フライホイール８の軸受部９にて発生する摩擦トルクがトルク検出器１から検出されるトルクの値に影響することを抑制するために軸受部９が負荷モータ７側のフライホイール軸部１２に配置される構成のモータのトルクリップル測定装置である。
そして、トルク検出器１から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザ１７と、このＦＦＴアナライザの検出値から被測定物のモータ７を含むトルクリップル測定装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出するコンピュータ１８と、被測定物のモータ６への供試モータ回転速度指令手段１９とを有し、被測定物のモータ７のトルクリップル値を高精度で測定する手段とを有するモータのトルクリップル測定装置及びその測定方法である。
上述の（式２）から伝達関数を算出するには共振周波数ωｎ、トルクリップル周波数ω、減衰比ζの３つのパラメータを求める必要がある。このうちトルクリップル周波数ωについては、既知である供試モータのスロット数と極数及び回転数検出手段により検出した回転数より、おおよその見当を付けることができ、ＦＦＴアナライザの分析結果から見当を付けた周辺のトルクリップルのスペクトルを検出すれば直接測定可能である。
残り２つの共振周波数ωｎ、減衰比ζについては、供試モータ低速回転中の検出トルクをＦＦＴアナライザで周波数分析し、もっとも振幅が大きな周波数を共振周波数ωnとする。また、このときの周波数スペクトルデータをコンピュータに記憶させ、半値幅法により減衰比ζを算出する。この後、測定する回転数にモータ回転速度を自動調節し、トルクリップルを測定した後、以上で求めた３つのパラメータとトルクリップル値｜Ｔｒ’｜を上述の（式２）に代入すれば、ハンマリング等による伝達関数解析を行わず、トルクリップル測定の一連の処理として、供試モータが発生するトルクリップルを測定することができる。なお、供試モータの回転速度指令はコンピュータにより自動で行われる。このような測定方法によって、モータのトルクリップルが測定できる。
なお、コンピュータ１８の記憶部には、モータのトルクリップル測定に際しての測定条件・測定パラメータ・測定プログラム等を記憶させてもよい。また、コンピュータ１８を用いてＦＦＴアナライザ１９の機能や、回転速度指令手段２０の機能を兼用させてもよい。その際は、コンピュータ１８に、ＦＦＴアナライザ１９及び回転速度指令手段２０を包含する構成となるが、詳細な説明は割愛する。また、この部分の構成は、種々の変形や、応用形態が可能である。
本発明にかかるモータのトルクリップル測定装置及びトルクリップル測定方法は、任意のトルク印加状態で、モータ回転軸から直接トルクリップルを検出することができる効果を有し、モータのトルクリップル測定の高精度化に有用である。
１ トルク検出器
２ 接続カップリング
３ 接続アダプタ
４ 接続アダプタ
５ 接続アダプタ
６ 供試モータ（被測定物のモータ）
７ 負荷用モータ
８ フライホイール
９ 軸受（軸受部）
１０ フライホイール部カバー
１１ フライホイール軸部カバー
１２ フライホイール軸部
１３ 回転数検出歯車
１４ カップリング
１５ 回転止め
１６ 接続部カバー
１７ 防振ゴム
１８ コンピュータ
１９ ＦＦＴアナライザ
２０ 回転速度指令手段
２１ 測定装置機械部
２２ 動力伝達軸
２ 接続カップリング
３ 接続アダプタ
４ 接続アダプタ
５ 接続アダプタ
６ 供試モータ（被測定物のモータ）
７ 負荷用モータ
８ フライホイール
９ 軸受（軸受部）
１０ フライホイール部カバー
１１ フライホイール軸部カバー
１２ フライホイール軸部
１３ 回転数検出歯車
１４ カップリング
１５ 回転止め
１６ 接続部カバー
１７ 防振ゴム
１８ コンピュータ
１９ ＦＦＴアナライザ
２０ 回転速度指令手段
２１ 測定装置機械部
２２ 動力伝達軸
Claims (3)
- トルク検出器と、接続カップリングと、接続アダプタと、フライホイールと、負荷用モータとを有するモータのトルクリップル測定装置であり、前記フライホイールはその軸方向両側にフライホイール軸部を具備し、前記フライホイール軸部の周方向側部分と前記モータのトルクリップル測定装置の筐体との間に軸受部が設けられており、さらには、前記トルク検出器の内側の中空状内部にこのトルク検出器の構成物に対して機械的接触部を有しない動力伝達軸が配置されることによりこの動力伝達軸から非接触にてトルクが検出される構成と、前記トルク検出器の一方の動力伝達軸と被測定物のモータのシャフトとが前記接続カップリング及び前記接続アダプタを介して接続される構成と、前記トルク検出器の他方の動力伝達軸と前記負荷用モータのシャフトとが前記フライホイール軸部各々と接続されることにより前記フライホイールを介して接続される構成と、前記フライホイールの軸受部にて発生する摩擦トルクが前記トルク検出器から検出されるトルクの値に影響することを抑制するために前記軸受部が前記負荷モータ側の前記フライホイール軸部に配置される構成とを有するモータのトルクリップル測定装置。
- トルク検出器と、接続カップリングと、接続アダプタと、フライホイールと、負荷用モータとを有するモータのトルクリップル測定装置であり、前記フライホイールはその軸方向両側にフライホイール軸部を具備し、前記フライホイール軸部の周方向側部分と前記モータのトルクリップル測定装置の筐体との間に軸受部が設けられており、さらには、前記トルク検出器の内側の中空状内部にこのトルク検出器の構成物に対して機械的接触部を有しない動力伝達軸が配置されることによりこの動力伝達軸から非接触にてトルクが検出される構成と、前記トルク検出器の一方の動力伝達軸と被測定物のモータのシャフトとが前記接続カップリング及び前記接続アダプタを介して接続される構成と、前記トルク検出器の他方の動力伝達軸と前記負荷用モータのシャフトとが前記フライホイール軸部各々と接続されることにより前記フライホイールを介する構成と、前記フライホイールの軸受部にて発生する摩擦トルクが前記トルク検出器から検出されるトルクの値に影響することを抑制するために前記軸受部が前記負荷モータ側の前記フライホイール軸部に配置される構成とを有するモータのトルクリップル測定装置において、
前記トルク検出器から出力されるトルク信号の周波数スペクトル分析を行うＦＦＴアナライザと、このＦＦＴアナライザの検出値から被測定物のモータを含むトルクリップル測定
装置の共振周波数及び減衰比をトルクリップル測定中に自動算出して、被測定物のモータのトルクリップル値を高精度で測定する手段とを有するモータのトルクリップル測定装置。 - 請求項１から請求項２のいずれかに記載のモータのトルクリップル測定装置を用いて、モータのトルクリップルを測定するモータのトルクリップル測定方法。
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