JP5499520B2

JP5499520B2 - 電動機の特性を取得する装置、方法、電動機、電動機搭載装置、及びコンピュータープログラム

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Publication number: JP5499520B2
Application number: JP2009129976A
Authority: JP
Inventors: 啓佐敏竹内
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP2010207071A

Description

本発明は、電動機の特性を取得する装置、方法及びコンピュータープログラムに関するものである。

従来、トルク−回転数特性等の電動機の特性を取得するためには、測定対象となる電動機が発生させるトルクを、トルク測定装置を用いて機械的に測定していた（例えば特許文献１）。

特開平０６−１０９５６４号公報

しかし、この技術では、トルク測定装置の特性によっては、測定される電動機の特性が異なって示される場合があるという問題があった。また、トルク測定装置は経年変化するため、オフセット調整等のメンテナンスが必要であるという問題もあった。さらに、電動機に供給される電圧値が変わると電動機の特性も変化するため、電動機に供給される電圧値（以下では、供給電圧値とも呼ぶ。）を変更するたびに測定をやり直す必要があるといった問題もあった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、任意の供給電圧値における電動機の特性を算出することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
本発明の一実施形態によれば、電磁コイルを有する電動機の特性を取得する装置が提供される。この装置は、電磁コイルを有する電動機の特性を算出する装置であって、前記電磁コイルの抵抗値を取得する抵抗値取得部と、前記電動機に供給される供給電圧の値を取得する供給電圧値取得部と、前記電動機の回転速度を取得する回転速度取得部と、前記電動機の電流値を取得する電流値取得部と、演算を行なう演算部と、を備え、前記装置は、前記電動機に複数の供給電圧を供給し、前記供給電圧値取得部は、複数の供給電圧の値を取得し、前記回転速度取得部は、前記供給電圧の値ごとに前記電動機が無負荷で回転される時の前記無負荷回転速度を取得し、前記電流値取得部は、前記供給電圧の値ごとに前記電動機が無負荷で回転される時の無負荷電流値を取得し、前記演算部は、前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷回転速度との間の近似された関係として、第１の関係を設定し、前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷電流値との間の近似された関係として、第２の関係を設定し、前記第１の関係に基づいて、特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷回転速度を算出し、前記第２の関係に基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷電流値を算出し、前記取得された抵抗値と、前記特性を取得したい供給電圧の値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とのみに基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値における電動機の特性としてのトルクと電流値との関係と、トルクと回転速度との関係と、トルクと出力との関係と、トルクと効率との関係と、のうち少なくとも一つの関係を前記電動機の特性として算出する。この形態の装置によれば、第１の関係に基づいて無負荷回転速度を算出し、第２の関係に基づいて無負荷電流値を算出するので、任意の供給電圧の値における電動機の特性を算出することができる。

［適用例１］
電動機の電磁コイルの抵抗値と、前記電動機へ供給される電圧の電圧値である供給電圧値と、前記電動機の無負荷時における回転速度である無負荷回転速度と、前記電動機の無負荷時における電流値である無負荷電流値との少なくとも４つのパラメータに基づいて電動機の特性を取得する装置であって、
前記供給電圧値は可変であり、前記無負荷回転速度と前記無負荷電流値との少なくとも２つのパラメータ値を、前記供給電圧値に基づいて算出する、装置。
適用例１の装置によれば、任意の供給電圧値における電動機の特性を算出することができる。

[適用例２]
適用例１に記載の装置であって、
前記抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
前記供給電圧値を取得する供給電圧値取得部と、
演算を行なう演算部と、
を備え、
前記演算部は、
前記供給電圧値と前記無負荷回転速度との間の第１の関係に基づいて、前記取得された供給電圧値に対応する前記無負荷回転速度を算出し、
前記供給電圧値と前記無負荷電流値との間の第２の関係に基づいて、前記取得された供給電圧値に対応する前記無負荷電流値を算出し、
前記取得された抵抗値と、前記取得された供給電圧値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とに基づいて、前記取得された供給電圧値における電動機の特性を算出する、装置。
適用例２の装置によれば、第１の関係に基づいて無負荷回転速度を算出し、第２の関係に基づいて無負荷電流値を算出するので、任意の供給電圧値における電動機の特性を算出することができる。

[適用例３]
適用例２に記載の装置であって、さらに、
前記無負荷回転速度を取得する回転速度取得部と、
前記無負荷電流値を取得する電流値取得部と、
を備え、
前記装置は、前記電動機に複数の値の供給電圧を供給し、
前記供給電圧値取得部は、前記複数の供給電圧値を取得し、
前記回転速度取得部は、前記それぞれの供給電圧値ごとに前記無負荷回転速度を取得し、
前記電流値取得部は、前記それぞれの供給電圧値ごとに前記無負荷電流値を取得し、
前記演算部は、
前記取得された複数の供給電圧値と、前記取得された複数の無負荷回転速度との間の近似された関係として、前記第１の関係を設定し、
前記取得された複数の供給電圧値と、前記取得された複数の無負荷電流値との間の近似された関係として、前記第２の関係を設定する、装置。
適用例３の装置によれば、第１の関係及び第２の関係を適切に設定することができる。

[適用例４]
適用例２ないし適用例３に記載の装置であって、
前記抵抗値取得部は、前記電磁コイルの温度を取得し、前記電磁コイルの温度と前記電磁コイルの抵抗値との間の第３の関係に基づいて、前記取得された温度に対応する前記電磁コイルの抵抗値を算出し
前記算出部は、前記取得された供給電圧値と、前記算出された抵抗値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とに基づいて、前記取得された供給電圧値及び前記取得された温度に対応する電動機の特性を算出する、装置。
適用例４の装置によれば、第３の関係式に基づいて電磁コイルの抵抗値を算出するので、任意の温度における電動機の特性を算出することができる。

[適用例５]
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の装置であって、
前記算出される電動機の特性は、電動機のトルクと電流値との関係である、装置。
適用例５の装置によれば、任意の供給電圧値における電動機のトルクと電流値との関係を算出することができる。

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の装置であって、
前記算出される電動機の特性は、電動機のトルクと回転速度との関係である、装置。
適用例６の装置によれば、任意の供給電圧値における電動機のトルクと回転速度との関係を算出することができる。

[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の装置であって、
前記算出される電動機の特性は、電動機のトルクと出力との関係である、装置。
適用例７の装置によれば、任意の供給電圧値における電動機のトルクと出力との関係を算出することができる。

[適用例８]
適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の装置であって、
前記算出される電動機の特性は、電動機のトルクと効率との関係である、装置。
適用例８の装置によれば、任意の供給電圧値における電動機のトルクと効率との関係を算出することができる。

［適用例９］
適用例１ないし８のいずれかに記載の装置であって、前記電動機に対してＰＷＭ駆動する場合には、供給電圧にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いて、前記特性を算出する、装置。
この適用例によれば、ＰＷＭ駆動の場合は、ディーティ比を掛けた実効電圧値を用いることにより、ＰＷＭ駆動下における電動機の特性を容易に算出することができる。

［適用例１０］
適用例１ないし９のいずれかに記載の装置であって、前記電磁コイルが３相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の２倍の抵抗値を用いて、前記特性を算出する、装置。
この適用例によれば、電動機の電磁コイルが３相スター結線されている場合でも、電動機の特性を容易に算出することができる。

[適用例１１]
適用例１ないし適用例１０のいずれかに記載の装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性を表示する表示部を備える、装置。
適用例９の装置によれば、算出された電動機の特性を表示することができる。

[適用例１２]
適用例１ないし適用例１１のいずれかに記載の装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性に基づいて電動機を制御する制御部を備える、装置。
適用例１０の装置によれば、電動機を適切に制御することができる。

[適用例１３]
適用例１２に記載の装置を備える電動機。
適用例１３によれば、適切に制御された電動機を実現することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の特性の算出方法および装置、算出システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。また、本発明は、電動機特性算出装置を備える電動機、この電動機を備える電子機器、プロジェクター、移動体、ロボット等にも適用することができる。

本発明の測定対象となる電動機１００の構成を示す模式図である。第１実施例における電動機特性取得装置２００の構成を示すブロック図である。電動機１００の特性を算出する工程を示すフローチャートである。供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示すグラフである。供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示すグラフである。電動機１００の特性を示すグラフである。第２実施例における電動機特性取得装置２００ｂの構成を示すブロック図である。第３実施例における電動機特性取得装置２００ｃの構成を示すブロック図である。第４実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフ及び第１実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフである。電動機１００の始動時におけるトルクの第５実施例における算出方法を示すグラフである。第５実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフ及び第１実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフである。電動機の特性をコンピュータープログラムを用いて算出する場合においてコンピューターの表示画面に表示されるユーザインタフェースを示す説明図である。第７実施例を示す説明図である。電動機の構成を、電磁コイルのインダクタンスを考慮して示す説明図である。ＰＷＭ駆動における供給電圧と、電磁コイルに流れる電流を示す説明図である。１つの電気角の中に２つの駆動パルスが存在している状態を示す説明図である。第９実施例を示す説明図である。本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクターを示す説明図である。本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．第８実施例：
Ｉ．第９実施例：
Ｊ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の測定対象となる電動機１００の構成を示す模式図である。電動機１００は、永久磁石を有するローター部１０と、電磁コイル２０と、ＰＷＭドライバー２２と、ホールＩＣ２６と、ＰＷＭ制御部２８とを備えている。また、電動機１００は、電源２４に接続されており、電源電圧として供給電圧値Ｅｓ［Ｖ］が供給されている。

ホールＩＣ２６は、ローター部１０の回転位置に応じたセンサー信号ＳＳＡを生成する。センサー信号ＳＳＡは、ＰＷＭ制御部２８に供給される。ＰＷＭ制御部２８は、センサー信号ＳＳＡに応じて、ＰＷＭドライバー２２の２つのスイッチＳ１、Ｓ２を切り替える。この結果、電磁コイル２０に流れる電流の向きが入れ替わる。そして、電磁コイル２０に流れる電流の向きが入れ替わることによって、電磁コイル２０の磁化方向が入れ替わり、ローター部１０は回転することができる。電磁コイル２０は、内部抵抗３１と、逆起電力Ｅｇとして模擬されている。逆起電力Ｅｇ［Ｖ］は、電磁コイル２０に流れる電流の方向とは逆向きに発生する。内部抵抗３１は、抵抗値Ｒｄｃ［Ω］を有する。ただし、抵抗値Ｒｄｃは、内部抵抗３１の温度Ｔｍの変化に伴って変化する。

本実施例では、電磁コイル２０の抵抗値Ｒｄｃと、供給電圧値Ｅｓと、無負荷で電動機１００を回転させた場合の回転数Ｎｎｌ［ｒｐｍ］と、無負荷で電動機１００を回転させた場合に電磁コイル２０に流れる電流値Ｉｎｌ［Ａ］とを用いて、電動機１００の各種の特性を算出する。ここで、電動機の特性とは、逆起電力定数Ｋｅ、トルク−電流特性、トルク−回転数特性、トルク−仕事特性、トルク−効率特性等を意味する。また、本明細書において、「無負荷」とは、ローター部１０に外部負荷が接続されていない状態を意味する。

なお、ＰＷＭ駆動比率（デューティー比）を１００％としてモーターを矩形波駆動する場合には、供給電圧値の値として、Ｅｓを用いるが、ＰＷＭドライバー２２により正弦波形を模擬してＰＷＭ駆動する場合には、供給電圧値を実効値へと変換したＥｓ／√２を、供給電圧値の値として用いることが好ましい。また、モーターを三角波形で駆動する場合には、Ｅｓ／２を、供給電圧値の値として用いることが好ましい。

図２は、第１実施例における電動機特性取得装置２００の構成を示すブロック図である。電動機特性取得装置２００は、回転速度測定部２０２と、温度測定部２０３と、抵抗値測定部２０４と、供給電圧値測定部２０６と、電流値測定部２０８と、電源電圧制御部２０９と、演算部２１０とを備えている。回転速度測定部２０２は、カップリング２１４を介して、電動機１００の回転軸１０２と接続されている。回転速度測定部２０２は、無負荷で電動機１００を回転させた場合の回転数Ｎｎｌを測定する。以下では、無負荷で電動機１００を回転させた場合の回転数Ｎｎｌを「無負荷回転数Ｎｎｌ」とも呼ぶ。この無負荷回転数Ｎｎｌは、演算部２１０に供給される。温度測定部２０３は、電動機１００の電磁コイル２０の温度Ｔｍを測定する。この測定された温度Ｔｍは、演算部２１０に供給される。

供給電圧値測定部２０６は、電源２４（図１）から電動機１００に供給される供給電圧値Ｅｓを測定する。電流値測定部２０８は、無負荷で電動機１００を回転させた場合に電磁コイル２０（図１）に流れる電流値Ｉｎｌを測定する。以下では、無負荷で電動機１００を回転させた場合に電磁コイル２０に流れる電流値Ｉｎｌを、「無負荷電流値Ｉｎｌ」とも呼ぶ。この無負荷電流値Ｉｎｌは、演算部２１０に供給される。

抵抗値測定部２０４は、電磁コイル２０の内部抵抗３１（図１）の抵抗値Ｒｄｃを測定する。電磁コイル２０の抵抗値Ｒｄｃは、逆起電力Ｅｇが発生していない状態において電磁コイル２０に流れている電流値Ｉと、供給電圧値Ｅｓとの関係から求めることができる。その際、抵抗値Ｒｄｃがジュール熱の影響を受けないように、電流値Ｉまたは供給電圧値Ｅｓを制御することが好ましい。なお、逆起電力Ｅｇが発生していない状態は、例えば、ローター部１０を停止させる目的の機械角位置で回転しないように固定し、ＰＷＭドライバー２２のスイッチＳ１，Ｓ２を固定した状態にすることによって実現することができる。測定された抵抗値Ｒｄｃは、演算部２１０に供給される。電源電圧制御部２０９は、電動機１００に供給される電源２４（図１）の電圧値を変更する。ただし、電源電圧制御部２０９は省略可能である。

演算部２１０は、抵抗値Ｒｄｃと、供給電圧値Ｅｓと、無負荷電流値Ｉｎｌと、無負荷回転数Ｎｎｌとに基づいて、電動機の特性を算出する。なお、抵抗値Ｒｄｃは、電磁コイル２０の温度Ｔｍに依存する値であり、無負荷電流値Ｉｎｌと無負荷回転数Ｎｎｌは、供給電圧値Ｅｓに依存する値である。これらの算出方法については後述する。演算部２１０によって算出された電動機１００の特性は、表示装置２１２によって表示される。

図３は、電動機１００の特性を算出する工程を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、温度測定部２０３は、電磁コイル２０（図１）の温度Ｔｍを測定し、抵抗値測定部２０４は、その温度Ｔｍにおける内部抵抗３１（図１）の抵抗値Ｒｄｃ_Tmを測定する。ステップＳ２０では、演算部２１０は、任意の温度Ｔｍｒにおける電磁コイル２０の抵抗値Ｒｄｃを、以下の（１）式を用いて算出する。

ここで、αは、電磁コイル２０の温度係数［１０^-3／℃］である。

以下では、演算部２１０は、上記（１）式によって算出された抵抗値Ｒｄｃを用いて電動機１００の特性を算出する。したがって、本実施例の電動機特性取得装置２００は、任意の温度Ｔｍｒにおける電動機１００の特性を算出することが可能である。なお、演算部２１０は、電磁コイル２０の温度と抵抗値Ｒｄｃとの関係を示す上記（１）式以外の式を用いて、抵抗値Ｒｄｃを算出することとしてもよい。また、演算部２１０は、例えば、電動機１００の周囲の温度等の様々なパラメータを取り入れて抵抗値Ｒｄｃを算出することとしてもよい。ただし、演算部２１０は、上記（１）式によって算出された抵抗値Ｒｄｃを用いずに、ある所定の温度において測定された抵抗値を用いることとしてもよい。

図４は、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示すグラフである。図５は、供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示すグラフである。ステップＳ３０（図３）では、電源電圧制御部２０９は、電源２４（図１）の供給電圧値Ｅｓを５［Ｖ］刻みで変更する。供給電圧値測定部２０６は、供給電圧値Ｅｓが変更されるごとに供給電圧値Ｅｓを測定する。回転速度測定部２０２は、供給電圧値Ｅｓが変更されるごとに無負荷回転数Ｎｎｌを測定する。電流値測定部２０８は、供給電圧値Ｅｓが変更されるごとに無負荷電流値Ｉｎｌを測定する。

ステップＳ４０では、演算部２１０は、測定された供給電圧値Ｅｓに対応する無負荷回転数Ｎｎｌをグラフ上にプロットし、最小二乗法を用いて、プロットした点を近似する直線Ｇ１を設定する。この直線Ｇ１は、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示す一次関数となる。以下ではこの一次関数を第１の関係式とも呼ぶ。

同様に、ステップＳ５０では、演算部２１０は、測定された供給電圧値Ｅｓに対応する無負荷電流値Ｉｎｌをグラフ上にプロットし、最小二乗法を用いて、プロットした点を近似する直線Ｇ２を設定する。この直線Ｇ２は、供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示す一次関数となる。以下ではこの一次関数を第２の関係式とも呼ぶ。

ステップＳ６０では、演算部２１０は、任意の供給電圧値Ｅｓに対応する無負荷回転数Ｎｎｌを第１の関係式（図４の直線Ｇ１）にしたがって算出する。また、演算部２１０は、任意の供給電圧値Ｅｓに対応する無負荷電流値Ｉｎｌを第２の関係式（図５の直線Ｇ２）にしたがって算出する。すなわち、演算部２１０は、供給電圧値Ｅｓが変更されるごとに無負荷回転数Ｎｎｌや無負荷電流値Ｉｎｌを測定することなく、任意の供給電圧値Ｅｓにおける無負荷回転数Ｎｎｌや無負荷電流値Ｉｎｌを算出することが可能である。

ステップＳ７０では、演算部２１０は、抵抗値Ｒｄｃと、供給電圧値Ｅｓと、無負荷回転数Ｎｎｌと、無負荷電流値Ｉｎｌとに基づいて、電動機１００の特性を算出する。電動機１００の特性の算出方法については、以下に述べる。

図６は、電動機１００の特性を示すグラフである。まず、演算部２１０は、無負荷で電動機１００を回転させた場合に電磁コイル２０に発生する逆起電力（以下では、無負荷逆起電力Ｅｇｎｌ［Ｖ］とも呼ぶ。）を以下の（２）式を用いて算出する。

次に、演算部２１０は、無負荷で電動機１００を回転させた場合の角速度（以下では、無負荷角速度ωｎｌ［ｒａｄ／ｓ］とも呼ぶ。）を以下の（３）式を用いて算出する。

そして、演算部２１０は、電動機１００の逆起電力定数Ｋｅ［Ｖ・ｓ／ｒａｄ］を以下の（４）式を用いて算出する。

なお、本実施例では、演算部２１０は、トルク定数Ｋｔ［Ｎ・ｍ／Ａ］の値として逆起電力定数Ｋｅの値を用いる。

次に、演算部２１０は、電流値ＩとトルクＴとの関係を以下の（５）式を用いて算出する。

演算部２１０は、この（５）式に基づいて、電流値ＩとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

次に、演算部２１０は、電圧の釣り合いより、逆起電力Ｅｇを以下の（６）式を用いて算出する。

そして、演算部２１０は、角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を以下の（７）式を用いて算出する。

次に、演算部２１０は、回転数Ｎ［ｒｐｍ］を以下の（８）式を用いて算出し、回転数ＮとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

次に、演算部２１０は、出力Ｐ［Ｗ］を以下の（９）式を用いて算出し、出力ＰとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

そして、演算部２１０は、電動機１００の効率η［％］を以下の（１０）式を用いて算出し、効率ηとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

以上のように、演算部２１０は、第１の関係式（図４の直線Ｇ１）に従って、任意の供給電圧値Ｅｓにおける無負荷回転数Ｎｎｌを算出する。また演算部２１０は、第２の関係式（図５の直線Ｇ２）に従って、任意の供給電圧値Ｅｓにおける無負荷電流値Ｉｎｌを算出する。したがって、電動機特性取得装置２００は、供給電圧値Ｅｓが変更された場合に改めて無負荷回転数Ｎｎｌや無負荷電流値Ｉｎｌを測定することなく、任意の供給電圧値Ｅｓにおける電動機１００の特性を算出することができる。

Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例における電動機特性取得装置２００ｂの構成を示すブロック図である。第２実施例における電動機特性取得装置２００ｂは、回転速度測定部２０２と、温度測定部２０３と、電流値測定部２０８とが省略されている点が、図２に示した第１実施例における電動機特性取得装置２００と異なっている。

この電動機特性取得装置２００ｂでは、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示す第１の関係式（図４）及び供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示す第２の関係式（図５）が予め演算部２１０ｂに設定されている。したがって、演算部２１０ｂは、抵抗値Ｒｄｃと供給電圧値Ｅｓのみを入力とすることで、電動機１００の各種の特性を算出することができる。なお、この電動機特性取得装置２００ｂでは、電磁コイル２０（図１）の温度は考慮されていないが、電磁コイル２０の温度が変化する場合には、抵抗値測定部２０４が改めて抵抗値Ｒｄｃを測定することとしてもよい。

Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における電動機特性取得装置２００ｃの構成を示すブロック図である。第３実施例における電動機特性取得装置２００ｃは、回転速度測定部２０２と、抵抗値測定部２０４と、電流値測定部２０８とが省略されている点と、電動機制御部２１３が追加されている点が、図２に示した第１実施例における電動機特性取得装置２００と異なっている。

この電動機特性取得装置２００ｃでは、温度Ｔｍｒと抵抗値Ｒｄｃとの関係を示す式（１）、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示す第１の関係式（図４）、及び供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示す第２の関係式（図５）が予め演算部２１０ｃに設定されている。したがって、演算部２１０ｃは、温度Ｔｍｒと供給電圧値Ｅｓのみを入力とすることで、任意の供給電圧値Ｅｓおよび任意の温度Ｔｍｒにおける電動機１００の各種の特性を算出することができる。

電動機制御部２１３は、演算部２１０ｃで算出された電動機の各種の特性に基づいて、電動機１００を制御する。このような電動機特性取得装置ｃによれば、電動機を適切に制御することが可能となる。また、この電動機特性取得装置ｃを備える電動機を実現することもできる。なお、電動機制御部２１３は、第１実施例及び第２実施例における電動機特性取得装置２００，２００ｂにも適用することができる。

Ｄ．第４実施例：
図９（Ａ）は、第４実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフである。図９（Ｂ）は、第１実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフであり、図６と同じである。図９（Ｂ）の横軸は、電動機１００が外部負荷に対して発生させるトルクＴである。図９（Ｂ）で示す第１実施例の算出方法では、トルクＴ＝０となる無負荷時では、出力Ｐは０として算出される。図９（Ａ）で示すグラフは、無負荷時においても電動機１００はローター部１０に対して仕事をしているという考えに基づいて、描かれている。このため、図９（Ａ）の横軸は、トルクＴとは異なる真トルクＴｒである。そして、真トルクＴｒ＝Ｔｒｎｌの軸が、第１実施例における無負荷点（トルクＴ＝０）に対応している。この真トルクＴｒについては後述する。

図９（Ａ）には、真トルクＴｒを基準として算出された真出力Ｐｒと、真効率ηｒとが示されている。この真出力Ｐｒは、無負荷時においても０ではない値を示す。また、真効率ηｒは、無負荷時においても０％ではない値を示し、真トルクＴｒ＝０の場合には１００％を示す。真出力Ｐｒと、真効率ηｒの算出方法については後述する。この第４実施例では、真トルクＴｒを基準として、電動機の特性を算出する。

なお、この図９（Ａ）には、無負荷回転数Ｎｎｌと、無負荷電流値Ｉｎｌの他に、内部トルクＴｒｎｌと、最大トルクＴｒｍａｘとが示されている。最大トルクＴｒｍａｘは、回転数Ｎ＝０の時に、電動機１００が発生させる始動トルクである。内部トルクＴｒｎｌは、無負荷で電動機１００を回転させている時に、電動機１００が発生させるトルクである。

ここで、「真トルクＴｒ［Ｎ・ｍ］」について説明する。電動機１００のローター部１０は、電動機１００の内部負荷として考えることができる。したがって、電動機１００は、ローター部１０に外部負荷が接続されていない無負荷時においても、内部トルクＴｒｎｌ（以下では、無負荷真トルクＴｒｎｌとも呼ぶ。）を発生させて、ローター部１０を回転させていると考えることができる。つまり、無負荷時では、内部トルクＴｒｎｌと、ローター部１０による内部負荷（機械的損失を含む）とが釣り合っている。真トルクＴｒは、この内部トルクＴｒｎｌと、ローター部１０が外部負荷に対して発生させるトルクとを足したものである。換言すれば、真トルクＴｒは、ローター部１０の内部負荷が０（すなわち、ローター部１０による内部損失が０）であった場合に、電動機１００が外部に対して発生させることのできるトルクである。

この第４実施例においても、演算部２１０ｄ（図示せず）は、抵抗値Ｒｄｃと、供給電圧値Ｅｓと、無負荷回転数Ｎｎｌと、無負荷電流値Ｉｎｌとに基づいて、電動機１００の特性を算出する。以下に、第４実施例における電動機の特性の算出手順を述べる。

まず、第４実施例における演算部２１０ｄは、第１実施例と同様に、上記（２），（３），（４）式を用いて、無負荷逆起電力Ｅｇｎｌと、無負荷角速度ωｎｌと、逆起電力定数Ｋｅとを算出する。次に、演算部２１０ｄは、真トルクＴｒ［Ｎ・ｍ］と電流値Ｉ［Ａ］との関係を以下の（１１）式を用いて算出する。

ここで、Ｋｔはトルク定数であるが、本実施例では、演算部２１０ｄは、トルク定数Ｋｔの値として逆起電力定数Ｋｅの値を用いる。演算部２１０ｄは、この（１１）式に基づいて、電流値Ｉと真トルクＴｒとの関係を示すグラフを描く。

また、図９（Ａ）で示すように、横軸を真トルクＴｒで表記すると、電流値Ｉを示すグラフは原点を通る。さらに、電動機１００の無負荷時の状態は、無負荷真トルクＴｒｎｌの位置で示される。なお、演算部２１０ｄは、無負荷真トルクＴｒｎｌを、以下の（１２）式によって算出することができる。

次に、演算部２１０ｄは、逆起電力Ｅｇを以下の（１３）式を用いて算出する。

ただし、第４実施例における演算部２１０ｄは、（１１）式で得られた電流値Ｉを（１３）式に代入して、逆起電力Ｅｇを算出する。したがって、この（１３）式は、真トルクＴｒを含む式となる。

そして、演算部２１０ｄは、角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を以下の（１４）式を用いて算出する。

次に、演算部２１０ｄは、回転数Ｎ［ｒｐｍ］を以下の（１５）式を用いて算出し、回転数Ｎと真トルクＴｒとの関係を示すグラフを描く。

次に、演算部２１０ｄは、出力Ｐ［Ｗ］を以下の（１６）式を用いて算出し、真出力Ｐｒと真トルクＴｒとの関係を示すグラフを描く。

図９（Ａ）によれば、無負荷時においても、真出力Ｐｒは０ではないことが理解できる。すなわち、電動機１００は、無負荷時においても、ローター部１０に対して仕事をしていることが理解できる。

そして、演算部２１０ｄは、電動機１００の真効率η［％］を以下の（１７）式を用いて算出し、真効率ηｒと真トルクＴｒとの関係を示すグラフを描く。

ここで、真効率ηｒ［％］とは、無負荷で電動機１００が回転している場合であっても、電動機１００はローター部１０に対して仕事をしていると考えた場合に算出される効率である。図９（Ａ）によれば、真トルクＴｒと真効率ηｒとの関係は直線となり、無負荷時においても、真効率ηｒは０ではないことが理解できる。すなわち、第１実施例において算出される効率ηとは異なり、無負荷時であっても、電動機１００の真効率ηｒは低下しないことが理解できる。さらに、真トルクＴｒ＝０の場合には、真効率ηｒ＝１００［％］となることも理解できる。

なお、上記（１７）式は、（１１）式と、（１４）式と、（１６）式とを用いて、以下の（１８）式に変形することができる。

（１８）式から理解できるように、真効率ηｒは、逆起電力Ｅｇと供給電圧値Ｅｓとの比によって示される。すなわち、演算部２１０ｄは、逆起電力Ｅｇと供給電圧値Ｅｓとを取得し、（１８）式で示される演算をすることによって、真効率ηｒを算出することも可能である。

ここで、無負荷で電動機１００を回転させている場合について考察する。演算部２１０ｄは、無負荷時の真効率ηｒｎｌ（以下では、無負荷真効率ηｒｎｌとも呼ぶ。）を、以下の（１９）式を用いて算出することができる。

（１９）式から理解できるように、無負荷真効率ηｒｎｌは、０ではない値を示す。この無負荷真効率ηｒｎｌは、無負荷時においても電動機１００はローター部１０に対して仕事をしていると考えた場合に示される効率である。したがって、この無負荷真効率ηｒｎｌが１００％に近い電動機ほど、ローター部による損失が小さい電動機であると評価することができる。

Ｅ．第５実施例：
図１０は、電動機１００の始動時におけるトルク（以下では、始動トルクとも呼ぶ。）の第５実施例における算出方法を示すグラフである。なお、第５実施例における算出方法で算出される始動トルクを始動トルクＴｓｔとし、第１実施例における算出方法で算出される始動トルクを始動トルクＴｓｔｃとする。

まず、第５実施例における演算部２１０ｅ（図示せず）は、第１実施例と同様に、上記（２），（３），（４）式を用いて、無負荷逆起電力Ｅｇｎｌと、無負荷角速度ωｎｌと、逆起電力定数Ｋｅとを算出する。そして、演算部２１０ｅは、電動機１００の始動時に流れる電流値（以下では、始動電流値Ｉｓｔとも呼ぶ。）を、以下の（２０）式を用いて算出する。

そして、演算部２１０ｅは、始動トルクＴｓｔを、以下の（２１）式を用いて算出する。

なお、第１実施例における演算部２１０は、始動トルクＴｓｔｃを、以下の（２２）式を用いて算出する。

ここで、上記（２１）式で算出される第５実施例の始動トルクＴｓｔは、上記（２２）式で算出される第１実施例の始動トルクＴｓｔｃとは異なる値となる。しかし、実際に電動機に発生する始動トルクの値は、上記（２１）式を用いて算出される始動トルクＴｓｔの値により近いものとなる。この理由は、電動機の始動時には回転による損失が発生しておらず、純粋にＢＬＩ則によって始動トルクが定まるためであると考えられる。

以上のことを考慮して電動機の特性を算出するために、第５実施例における演算部２１０ｅは、逆起電力定数Ｋｅとは異なる値である補正トルク定数Ｋｔｚを以下の（２３）式を用いて算出する。

この補正トルク定数Ｋｔｚは、図１０に示されるように、始動トルクＴｓｔの発生状態を示す点Ｐｓｔと、無負荷回転状態を示す点Ｐｎｌとを結ぶ直線Ｇ３の傾きに相当する。第５実施例の演算部２１０ｅは、この補正トルク定数Ｋｔｚを用いて、電動機の特性を算出する。

図１１（Ａ）は、第５実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフである。図１１（Ｂ）は、第１実施例における算出方法によって得られる電動機の特性を示すグラフであり、図６と同じである。第５実施例における演算部２１０ｅは、電流値Ｉを、上述した補正トルク定数Ｋｔｚを用いた以下の（２４）式で算出し、電流値ＩとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

図１１（Ａ）に示されるように、第５実施例では、演算部２１０ｅが補正トルク定数Ｋｔｚを用いて演算を行なうので、トルクＴの最大値を始動トルクＴｓｔとし、電流値Ｉの最大値を始動電流値ＩｓｔとするグラフＧ３を描くことが可能となる。第１実施例では、電流値Ｉの最大値（始動電流値Ｉｓｔ）は、第５実施例と同じ値となっているが、トルクＴの最大値（第１実施例の始動トルクＴｓｔｃ）は、第５実施例の始動トルクＴｓｔよりも小さな値となっている。この理由は、第１実施例の演算部２１０は、トルク定数Ｋｔ（＝逆起電力定数Ｋｅ）を用いて演算を行なっているからである。

次に、第５実施例の演算部２１０ｅは、電動機１００に発生する逆起電力Ｅｇを以下の（２５）式を用いて算出する。

ここで、演算部２１０ｅは、（２５）式の電流値Ｉに、（２４）式で得られた電流値Ｉを代入する。

次に、演算部２１０ｅは、角速度ωを以下の（２６）式を用いて算出する。

なお、（２６）式では、補正トルク定数Ｋｔｚではなく、逆起電力定数Ｋｅが演算に用いられる。次に、演算部２１０ｅは、回転数Ｎを以下の（２７）式を用いて算出し、回転数ＮとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

次に、演算部２１０ｅは、出力Ｐ［Ｗ］を、以下の（２８）式を用いて算出し、出力ＰとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

そして、演算部２１０ｅは、効率η［％］を、以下の（２９）式を用いて算出し、効率ηとトルクＴとの関係を示すグラフを描く。

このように、本実施例では、演算部２１０ｅは、補正トルク定数Ｋｔｚを用いて電動機の特性を算出するので、トルクＴの最大値は、始動トルクＴｓｔとなる（図１１（Ａ））。すなわち、演算部２１０ｅは、実際の始動トルクの値に近い値として、始動トルクを算出することができる。

Ｆ．第６実施例：
図１２は、電動機の特性をコンピュータープログラムを用いて算出する場合において、コンピューターの表示画面に表示されるユーザインタフェースを示す説明図である。このコンピュータープログラムでは、温度Ｔｍｒと抵抗値Ｒｄｃとの関係を示す式（１）、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの関係を示す第１の関係式（図４）、及び供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの関係を示す第２の関係式（図５）が予め設定されている。したがって、このコンピュータープログラムでは、温度Ｔｍｒと供給電圧値Ｅｓのみを入力とすることで、任意の供給電圧値Ｅｓおよび任意の温度Ｔｍｒにおける電動機１００の各種の特性を算出し、表示することができる。

Ｇ．第７実施例：
図１３は、第７実施例を示す説明図である。本発明は、電動機の制御装置にも適用可能である。すなわち、電動機の制御装置は、電動機の特性を算出する特性算出部（演算部２１０）と、算出される電動機の特性に基づいて電動機を制御する制御部２１３と、を備える。この特性算出部は、上述した実施例のように、抵抗値Ｒｄｃと、供給電圧値Ｅｓと、無負荷電流値Ｉｎｌと、無負荷回転数Ｎｎｌと、に基づいて電動機の特性を算出する。このような制御装置によれば、適切に電動機を制御することが可能となる。また、この制御装置を備える電動機を実現することもできる。

Ｈ．第８実施例：
上記実施例では、デューティー比が１の場合について説明したが、第８実施例では、電動機１００をデューティー比Ｄｒ（０＜Ｄｒ＜１）でＰＷＭ駆動する場合について説明する。デューティー比Ｄｒが１でない場合には、電磁コイル２０への電圧の供給がオンになる期間とオフになる期間があるため、電流が変化する。電動機１００は、電磁コイル２０を有しているため、ＰＷＭ駆動においては、電流の変化による電磁コイル２０の誘導起電力を考慮する必要がある。

図１４は、電動機の構成を、電磁コイルのインダクタンスを考慮して示す説明図である。図１４に示す電動機は、図１に示す電動機と同じであるが、図１４では、電磁コイル２０のインダクタンスＬが示されている点が異なる。

図１５は、ＰＷＭ駆動における供給電圧と、電磁コイルに流れる電流を示す説明図である。ここでは、供給電圧Ｅｓのデューティー比をＤｒとし、デューティーの制御期間の長さをＵとしている。このとき、時刻０から時刻Ｄｒ×Ｕまでの期間は、電圧の供給がオンの期間である。電圧の供給がオフからオンに変化する場合、電磁コイル２０には、急に最大の電流が流れる訳ではなく、電流が徐々に増加していく。時刻Ｄｒ×Ｕから時刻Ｕまでの期間は、電圧の供給がオフの期間である。電圧の供給がオンからオフに変化する場合も同様に、電磁コイル２０に流れる電流は、急にゼロになる訳ではなく、徐々に減少していく。

電磁コイル２０への電圧の供給がオンの期間とオフの期間に分けて電動機１００の回路方程式を立てる。電磁コイル２０への電圧の供給がオンの期間（０≦ｔ≦Ｄｒ×Ｕ）では、電動機１００の回路方程式は（３０）式に示す式となる。この（３０）式は、第１実施例の（６）式に電磁コイル２０による誘導起電力を加えた式である。

（３０）式を解くと、（３１）式が得られる。

ここで、定数Ａの具体的な値は、境界条件を定めることにより、求めることが可能である。しかし、定数Ａの値は、後の計算により相殺されて消えるので、ここではＡのまま残しておく。次に、電磁コイル２０への電圧の供給がオフの期間（Ｄｒ×Ｕ≦ｔ≦Ｕ）の回路方程式を立てる、この場合、電動機１００の回路方程式は、（３１）式においてＥｓ＝０とすればよく、具体的には、（３２）式に示す式となる。

（３２）式を解くと、（３３）式が得られる。なお、定数Ｂの値も同様に求めることが可能であるが、定数Ａの値と同様に、後の計算により相殺されて消えるので、ここではＢのまま残しておく。

ここで、（３４）式に示す境界条件により（３５）式が得られる。この境界条件は、（３１）式の終点と、（３３）式の始点とが、一致することによるものである。

（３５）式を変形すると（３６）式が得られる。

また、（３７）式に示す境界条件により（３８）式が得られ、同様に（３８）式を変形すると、（３９）式が得られる。この境界条件は、（３１）式の始点と、（３３）式の終点とが、一致することによるものである。

次に、電動機１００の平均電流を求める。平均電流Ｉは、（４０）式で算出することができる。

（４０）式の分子第１項は、（４１）式のように変形することができ、分子第２項は、（４２）式のように変形することができる。

ここで、（４１）式の第１項と（４２）式の第１項を加えると、（４３）式が得られる。

（４３）式に（３６）式、（３９）式を代入すると、（４４）式が得られる。すなわち、（４１）式の第１項と（４２）式の第１項との和は、ゼロになる。

次に（４１）式の第２項と（４２）式の第２項を加えると、（４５）式が得られる。

その結果、（４０）式に、（４４）式、（４５）式の結果を代入することにより、（４０）式は、（４６）式のように変形することができる。（４６）式を見ればわかるように、（３１）式、（３３）式にあった定数Ａ、Ｂは、相殺され、消えている。

（４６）式から明らかなように、電磁コイル２０のインダクタンスＬは、（４６）式に現れていない。これは、電磁コイル２０のインダクタンスとしての特徴を反映している。すなわち、電磁コイルを含む回路では、電圧の供給がオンの時には、電磁コイル２０にエネルギーが蓄積され、逆に電圧の供給がオフの時には、逆に電磁コイル２０からエネルギーが放出される。ＰＷＭの一周期を考えれば、電圧の供給がオンの時に電磁コイル２０に蓄積されるエネルギーの量と、電圧の供給がオフの時に電磁コイル２０から放出されるエネルギーの量は同じであることが判る。このように、電磁コイル２０では、インダクタンス成分により、エネルギーが消費されない。電磁コイル２０のインダクタンスＬの効果は、電圧の供給がオンの期間だけ、あるいは電圧の供給がオフの期間だけで見れば考慮する必要があるが、ＰＷＭ駆動の一周期を考えれば、相殺されるため、考慮する必要がない。その結果、ＰＷＭ駆動下では、Ｌの値を考慮する必要が無く、代わりにデューティー比Ｄｒを考慮すればよい。（４６）式を変形すると、（４７）式が得られる。

（４７）式は、（６）式と比較すると、供給電圧が、（６）式ではＥｓとなっているのに対し、（４７）式ではＥｓ×Ｄｒになっている点が、異なるだけである。すなわち、第１実施例におけるＥｓをＥｓ×Ｄｒとすることにより、ＰＷＭ駆動下における電動機１００の各種特性を求めることが可能となる。同様に、他の式においても、デューティー比ＤｒのＰＷＭ駆動下では、それぞれ、電圧ＥｓをＥｓ×Ｄｒで置き換えた式とすればよい。

以上のように、供給電圧値Ｅｓと、抵抗値Ｒｄｃと、無負荷電流値Ｉｎｌと、無負荷回転数Ｎｎｌとを測定し、供給電圧値として供給電圧値Ｅｓにデューティー比Ｄｒを掛けたＥｓ×Ｄｒを新たな供給電圧値として用いることにより、ＰＷＭ駆動下における電動機１００の各種特性を算出することが可能である。

図１６は、１つの電気角の中に２つの駆動パルスが存在している状態を示す説明図である。ここでは、駆動パルスのオンの期間（Ｄ１×Ｕ＋（Ｄ３×Ｕ−Ｄ２×Ｕ）を電気角の周期Ｕで割った値をデューティー比Ｄｒと呼ぶ。デューティー比は、Ｄ１＋（Ｄ３−Ｄ２）となる。

同様にオンオフで４つの期間に分けて、各期間における方程式を立てて、各期間における電流を求めると、（４８）式〜（５１）式が得られる。なお、定数Ａ〜Ｄの値は境界条件を定めることにより具体的に求めることができるが、同様に、後の計算により相殺されるので、ここでは、Ａ〜Ｄのままにしておく。

（４８）式の終点＝（４９）式の始点（点Ｘで一致）、（４９）式の終点＝（５０）式の始点（点Ｙで一致）、（５０）式の終点＝（５１）式の始点（点Ｚで一致）、（４８）式の始点＝（５１）式の終点（点Ｗで一致）、の４つの境界条件により、（５２）式〜（５５）式が得られる。

平均電流Ｉは、（５６）式で示すことができる。

（５６）式の右辺分子第１項〜第４項はそれぞれ、（５７）式〜（６０）式のように変形できる。

（５７）式〜（６０）式の右辺第１項を加えた後変形し、（５２）式〜（５５）式の結果を代入すると、（６１）式が得られる。すなわち、（５７）式〜（６０）式の右辺第１項を加えた和はゼロになる。

（５７）式〜（６０）式の第２項を加えると、（６２）式が得られる。

したがって、平均電流Ｉは、（６３）式で示すことが出来る。

（６３）式の結果は、（４６）式の結果と同じである。ここでは、電気角の１周期に２つのパルスがある場合について説明したが、３つ以上のパルスがある場合も同様に考えることが可能である。すなわち、（６３）式を適用することが可能である。なお、図１６（Ｂ）においては、各区間の電流のグラフが交わる点（点Ｗ，Ｘ、Ｙ、Ｚ）における電流の値は、同じであるとして模式的にグラフを描いているが、これらの点における電流の値はＤ１〜Ｄ３の値により変動する。

Ｉ．第９実施例：
図１７は、第９実施例を示す説明図である。第９実施例は、図１７（Ａ）に示すように、電動機の３つの電磁コイル２０をスター結線にしている。ここで、スター結線の３つの端子をそれぞれ、端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと呼ぶ。図１７（Ｂ）は、端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに印可される電圧を示す説明図である。図１７（Ｃ）は、図１７（Ｂ）における期間Ｑ３を拡大して示す説明図である。

図１７（Ｃ）に示す期間Ｔ２、Ｔ４では、図１７（Ａ）の端子ＶｕとＶｖの間に電圧Ｅｓが印可され、端子Ｖｗは、ハイ・インピーダンスになっている。そして、電流は端子Ｖｕから端子Ｖｖに流れる。また、電磁コイル２０の内部抵抗をＲｄｃとすると、端子Ｖｕと端子Ｖｖの間の合成抵抗は、２Ｒｄｃである。また、期間Ｔ３では、端子ＶｕとＶｗの間に電圧Ｅｓが印可され、端子Ｖｖは、ハイ・インピーダンスになっている。そして、電流は端子Ｖｕから端子Ｖｗに流れる。なお、端子Ｖｕと端子Ｖｗの間の合成抵抗は、２Ｒｄｃである。また、期間Ｔ１、Ｔ５では、いずれの端子もハイ・インピーダンスになっており、いずれの端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗにも電流は流れない。

このような３相ＰＷＭ駆動においては、供給電圧値として、第８実施例で示したように、供給電圧Ｅｓにデューティー比Ｄｒを掛けたＥｓ×Ｄｒを代わりに用いることができる。また、電磁コイルの抵抗値として、２Ｒｄｃを代わりに用いることが可能となる。例えば、実施例１で使用した（６）式は、（６４）式のようになる。他の式も同様である。

ここで、合成抵抗値２Ｒｄｃは、逆起電力Ｅｇが発生していない状態において電動機１００に流れている電流値Ｉと、供給電圧値Ｅｓとの関係から求めることができる。具体的には、この逆起電力Ｅｇが発生していない状態は、例えば、ローター部１０（図１参照）を回転しないように固定し、図１７（Ｃ）の期間Ｔ２に示す状態を維持することにより、実現することが可能である。なお、このとき算出される抵抗値は、合成抵抗２Ｒｄｃである。

以上のように、３相ＰＷＭ駆動においても、供給電圧値Ｅｓと、抵抗値２Ｒｄｃと、無負荷電流値Ｉｎｌと、無負荷回転数Ｎｎｌとを測定することによって、ＰＷＭ駆動下における電動機１００の各種特性を算出することが可能である。

Ｊ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｊ１．変形例１：
上記実施例では、供給電圧値測定部２０６が供給電圧値Ｅｓを測定しているが、電動機１００に供給される電源の電圧値が判明している場合には、供給電圧値Ｅｓを測定することなく、判明している供給電圧値Ｅｓを演算部２１０に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置２００は、供給電圧値Ｅｓを取得すればよい。

Ｊ２．変形例２：
上記実施例では、抵抗値測定部２０４が抵抗値Ｒｄｃを測定しているが、電磁コイル２０の抵抗値が判明している場合には、抵抗値Ｒｄｃを測定することなく、判明している抵抗値Ｒｄｃを演算部２１０に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置２００は、抵抗値Ｒｄｃを取得すればよい。

Ｊ３．変形例３：
上記実施例では、回転速度測定部２０２は、電動機１００の回転速度を、回転数Ｎ［ｒｐｍ］として測定している。しかし、回転速度測定部２０２は、電動機１００の回転速度を、角速度ω［ｒａｄ／ｓ］として測定し、角速度ωを演算部２１０に供給することとしてもよい。

Ｊ４．変形例４：
電動機の特性の算出をコンピュータープログラムで実現する場合には、供給電圧値Ｅｓと、抵抗値Ｒｄｃと、無負荷電流値Ｉｎｌと、無負荷回転数Ｎｎｌとを予め測定しておき、得られた値をコンピュータープログラムに取得させることとしてもよい。また、本発明は、電動機の特性の算出方法としても実現することができる。

Ｊ５．変形例５：
上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。

Ｊ６．変形例６：
上記実施例では、演算部２１０は、最小二乗法を用いて第１の関係式及び第２の関係式を設定する。しかし、演算部２１０は、最小二乗法以外の種々の近似手法を用いて第１の関係式及び第２の関係式を設定することとしてもよい。

Ｊ７．変形例７：
上記実施例では、演算部２１０は、上記（１）式を用いて、任煮の温度Ｔｍｒにおける抵抗値Ｒｄｃを算出する。しかし、この代わりに、演算部２１０は、温度Ｔｍｒと抵抗値Ｒｄｃとの間の関係を示すテーブルを用いて、任煮の温度Ｔｍｒにおける抵抗値Ｒｄｃを算出することとしてもよい。

Ｊ８．変形例８：
上記実施例では、演算部２１０は、第１の関係式及び第２の関係式を用いて、無負荷回転数Ｎｎｌ及び無負荷電流値Ｉｎｌを算出する。しかし、この代わりに、演算部２１０は、供給電圧値Ｅｓと無負荷回転数Ｎｎｌとの間の関係を示すテーブル及び供給電圧値Ｅｓと無負荷電流値Ｉｎｌとの間の関係を示すテーブルを用いて、無負荷回転数Ｎｎｌ及び無負荷電流値Ｉｎｌを算出することとしてもよい。

Ｊ９．変形例９：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクター等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。

図１８は、本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクターを示す説明図である。このプロジェクター３１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源３１１０Ｒ、３１１０Ｇ、３１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ３１４０Ｒ、３１４０Ｇ、３１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系３１６０と、プロジェクター内部を冷却するための冷却ファン３１７０と、プロジェクター３１００の全体を制御する制御部３１８０と、を備えている。冷却ファン３１７０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

図１９（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１９（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図１９（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話３２００は、携帯電話３２００の動作を制御するＭＰＵ３２１０と、ファン３２２０と、燃料電池３２３０とを備えている。燃料電池３２３０は、ＭＰＵ３２１０やファン３２２０に電源を供給する。ファン３２２０は、燃料電池３２３０への空気供給のために携帯電話３２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池３２３０で生成される水分を携帯電話３２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン３２２０を図１９（Ｃ）のようにＭＰＵ３２１０の上に配置して、ＭＰＵ３２１０を冷却するようにしてもよい。ファン３２２０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

図２０は、本発明の変形例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。

図２１は、本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、モーター３４３０とを有している。このモーター３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモーター３４３０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。

図２２は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…ローター部
２０…電磁コイル
２２…ＰＷＭドライバー
２４…電源
２６…ホールＩＣ
２８…ＰＷＭ制御部
３１…内部抵抗
１００…電動機
１０２…回転軸
２００…電動機特性取得装置
２００ｂ…電動機特性取得装置
２００ｃ…電動機特性取得装置
２０２…回転速度測定部
２０３…温度測定部
２０４…抵抗値測定部
２０６…供給電圧値測定部
２０８…電流値測定部
２０９…電源電圧制御部
２１０…演算部
２１０ｂ…演算部
２１０ｃ…演算部
２１２…表示装置
２１３…電動機制御部
２１４…カップリング
３１００…プロジェクター
３１１０Ｒ…光源
３１４０Ｒ…液晶ライトバルブ
３１５０…クロスダイクロイックプリズム
３１６０…投写レンズ系
３１７０…冷却ファン
３１８０…制御部
３２００…携帯電話
３２２０…ファン
３２３０…燃料電池
３３００…自転車
３３１０…モーター
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モーター
３５００…鉄道車両
３５１０…モーター
３５２０…車輪

Claims

電磁コイルを有する電動機の特性を算出する装置であって、
前記電磁コイルの抵抗値を取得する抵抗値取得部と、
前記電動機に供給される供給電圧の値を取得する供給電圧値取得部と、
前記電動機の回転速度を取得する回転速度取得部と、
前記電動機の電流値を取得する電流値取得部と、
演算を行なう演算部と、
を備え、
前記装置は、前記電動機に複数の供給電圧を供給し、
前記供給電圧値取得部は、複数の供給電圧の値を取得し、
前記回転速度取得部は、前記供給電圧の値ごとに前記電動機が無負荷で回転される時の前記無負荷回転速度を取得し、
前記電流値取得部は、前記供給電圧の値ごとに前記電動機が無負荷で回転される時の無負荷電流値を取得し、
前記演算部は、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷回転速度との間の近似された関係として、第１の関係を設定し、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷電流値との間の近似された関係として、第２の関係を設定し、
前記第１の関係に基づいて、特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷回転速度を算出し、
前記第２の関係に基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷電流値を算出し、
前記取得された抵抗値と、前記特性を取得したい供給電圧の値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とのみに基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値における電動機の特性としてのトルクと電流値との関係と、トルクと回転速度との関係と、トルクと出力との関係と、トルクと効率との関係と、のうち少なくとも一つの関係を前記電動機の特性として算出する、装置。
請求項１に記載の装置であって、
前記抵抗値取得部は、前記電磁コイルの温度を取得し、前記電磁コイルの温度と前記電磁コイルの抵抗値との間の第３の関係に基づいて、前記取得された温度に対応する前記電磁コイルの抵抗値を算出し
前記演算部は、前記特性を取得したい供給電圧の値と、前記算出された抵抗値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とに基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値及び前記取得された温度に対応する前記電動機の特性を算出する、装置。
請求項１または２に記載の装置であって、
前記電動機に対してＰＷＭ駆動する場合には、前記特性を取得したい供給電圧の値として、前記特性を取得したい供給電圧の値にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いて、前記電動機の特性を算出する、装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記電磁コイルが３相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の２倍の抵抗値を用いて、前記電動機の特性を算出する、装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性を表示する表示部を備える、装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性に基づいて電動機を制御する制御部を備える、装置。
請求項６に記載の装置を備える電動機。
請求項７に記載の電動機を備える電動機搭載装置。
請求項８に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、電子機器である、電動機搭載装置。
請求項９に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、プロジェクターである、電動機搭載装置。
請求項９に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、移動体である、電動機搭載装置。
請求項９に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、ロボットである、電動機搭載装置。
電磁コイルを有する電動機の特性を算出する方法であって、
前記電磁コイルの抵抗値を取得し、
前記電動機に複数の供給電圧を供給して前記供給電圧の値ごとに無負荷回転速度を取得し、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷回転速度との間の近似された関係として、第１の関係を設定し、
前記電動機に複数の供給電圧を供給して前記供給電圧の値ごとに前記無負荷電流値を取得し、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷電流値との間の近似された関係として、第２の関係を設定し、
前記第１の関係に基づいて、特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷回転速度を算出し、
前記第２の関係に基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷電流値を算出し、
前記取得された抵抗値と、前記特性を取得したい供給電圧の値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とのみに基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値における電動機の特性としてのトルクと電流値との関係と、トルクと回転速度との関係と、トルクと出力との関係と、トルクと効率との関係とのうち少なくとも一つの関係を前記電動機の特性として算出する、方法。
電磁コイルを有する電動機の特性を算出する処理をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラムであって、
前記電磁コイルの抵抗値を取得する機能と、
前記電動機に複数の供給電圧を供給して前記供給電圧の値ごとに無負荷回転速度を取得する機能と、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷回転速度との間の近似された関係として、第１の関係を設定する機能と、
前記電動機に複数の供給電圧を供給して前記供給電圧の値ごとに前記無負荷電流値を取得する機能と、
前記複数の供給電圧の値と、前記複数の無負荷電流値との間の近似された関係として、第２の関係を設定する機能と、
前記第１の関係に基づいて、特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷回転速度を算出する機能と、
前記第２の関係に基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値に対応する前記無負荷電流値を算出する機能と、
前記取得された抵抗値と、前記特性を取得したい供給電圧の値と、前記算出された無負荷回転速度と、前記算出された無負荷電流値とのみに基づいて、前記特性を取得したい供給電圧の値における電動機の特性としてのトルクと電流値との関係と、トルクと回転速度との関係と、トルクと出力との関係と、トルクと効率との関係と、のうち少なくとも一つの関係を前記電動機の特性として算出する機能と、
をコンピューターに実現させる、コンピュータープログラム。