JP5564832B2 - 電動機の特性を取得する装置、電動機の特性を取得する方法、電動機を制御する装置、コンピュータープログラム、電動機、及び電動機搭載装置 - Google Patents
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Description
本発明の一形態によれば、電動機の特性を取得する装置が提供される。この電動機の特性を取得する装置は、前記電動機に電圧を印加する印加手段と、前記電動機の特性を取得する特性取得部と、を備える。前記特性取得部は、予め前記印加手段を用いて複数の電圧を前記電動機に印加して、前記電圧毎に前記電動機を無負荷状態で運転させたときの、前記電動機の回転数である無負荷回転数と電磁コイルに流れる無負荷電流とを測定し、前記電圧と前記無負荷回転数との関係を示す第1の関係式と、前記電圧と前記無負荷電流との関係を示す第2の関係式を算出しておく。前記特性取得部は、前記電磁コイルの抵抗値と、前記電動機に印加すべき印加電圧と、前記印加電圧と前記第1の関係式を用いて算出される無負荷回転数と、前記印加電圧と前記第2の関係式を用いて算出される無負荷電流と、前記電動機の運転状態と、を用いて、当該印加電圧、且つ、当該運転状態下における前記電動機の特性としてのトルク、電流量、出力、効率及び回転数うちの少なくとも一つを算出する。この形態の電動機の特性を取得する装置によれば、電圧と無負荷回転数との関係を示す第1の関係式と、電圧と前記無負荷電流との関係を示す第2の関係式を算出しておき、第1の関係式と第2の関係式とを用いて、所望の印加電圧における無負荷回転数と無負荷電流とを算出し、所望の印加電圧、且つ、所望の運転状態下における電動機の特性としてのトルク、電流量、出力、効率及び回転数うちの少なくとも一つを算出するので、高度なPI制御をすることなく、電動機の特性を取得することが可能となる。
電動機の特性を取得する装置であって、前記電動機に電圧を印可する印可手段と、前記電動機の特性を取得する特性取得部と、を備え、前記特性取得部は、電磁コイルの抵抗値と、前記電動機に印可される印可電圧と、前記印可電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの前記電動機の回転数である無負荷回転数と、前記印可電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの前記電磁コイルに流れる無負荷電流と、 前記電動機の運転状態と、を用いて当該運転状態下における前記電動機の特性を取得する、装置。
この適用例によれば、高度なPI制御をすることなく、電動機の特性を取得することが可能である。
適用例1に記載の装置において、前記運転状態は、前記電動機の回転数を一定回転数で維持する運転状態、前記電動機の出力を一定値で維持する運転状態、前記電動機のトルクを一定の大きさで維持する運転状態、前記電動機の回転数を一定回転数で維持し、かつ、前記電動機のトルクを一定の大きさで維持する運転状態のいずれかである、装置。
この適用例によれば、様々な運転状態における電動機の特性を容易に取得することが可能となる。
適用例1または適用例2に記載の装置において、前記特性は、前記電動機のトルクと、電流値との関係、前記電動機のトルクと、出力との関係、前記電動機のトルクと、効率との関係、前記電動機の回転数と、電流値との関係、前記電動機の回転数と、出力との関係、前記電動機の回転数と、効率との関係、前記電動機の回転数及び前記トルクの値と、出力との関係、のうち少なくとも1つを含む、装置。
この適用例によれば、電動機のトルクに対する各種特性、電動機の回転数に対する各種特性を取得することが可能となる。
適用例1から適用例3のいずれかに記載の装置において、さらに、前記電動機の電磁コイルの温度を取得する温度測定部と、前記電磁コイルの抵抗を測定する抵抗測定部と、前記電磁コイルに流れる電流を測定する電流測定部と、前記電動機の回転数を取得する回転数取得部と、を備える、装置。
この適用例によれば、特性取得部が用いる、抵抗、印可電圧、無負荷回転数、無負荷電流を容易に取得することが可能となる。
適用例1から適用例4のいずれかに記載の装置において、前記電動機をPWM駆動する場合に、前記特性取得部は、前記印可電圧値として、供給電圧値にデューティー比を掛けた実効値を印可電圧値として用いる、装置。
この適用例によれば、PWM駆動時の電動機の特性を容易に取得することが可能となる。
適用例1から適用例5のいずれかに記載の装置において、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倍の抵抗値を用いる、装置。
この適用例によれば、電磁コイルが3相スター結線されている場合においても、電動機の特性を容易に取得することが可能となる。
適用例1から適用例6のいずれかに記載の装置において、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。
この適用例によれば、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1から適用例7のいずれかに記載の装置において、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。
この適用例によれば、電動機を適切に制御することができる。
電動機を制御する装置であって、供給電圧と、前記供給電圧下における無負荷電流、無負荷回転数と、前記無負荷電流、無負荷回転数からの相関パラメータと、電磁コイルの抵抗値パラメータと、を記憶するパラメータ記憶部と、前記パラメータ記憶部から前記パラメータを読み出して、目標とするトルク量または回転数を維持するために必要な、供給電圧量からのPWM量を決定して制御する制御部と、を備える装置。
この適用例によれば、電動機を適切に制御することが可能となる。
適用例8または適用例9に記載の装置を備える電動機。
この適用例によれば、適切に制御された電動機を実現することができる。
1.第1の実施例:
2.第2の実施例:
3.第3の実施例:
4.変形例:
5.応用例:
1−1.無負荷特性:
図1は、本発明の一実施例として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。
1−2−1.外部負荷特性:
定回転時の特性とは、電動機100に対し外負荷トルクを加え、且つ、電動機100を一定の回転数で回転させているときの特性をいう。このときの回転数を「外負荷回転数Nc」と呼ぶ。この特性には、例えば、トルク対電流、トルク対出力、トルク対効率等の特性を含む。なお、一般に、電動機100に外負荷トルクを加えた場合おいて、電動機100の回転数を一定の回転数で維持するには、外負荷トルクの大きさに応じてPWM実効電圧Epwmを変更する必要がある。
定回転時には、電動機100には、外負荷トルクTxが加わり、電動機100は、外負荷回転数Ncで回転している。このとき、電動機100には、外負荷PWM電圧Epwmyが供給されている。
演算部210は、式(64)を用い、外負荷PWM電圧Epwmyが供給されているときの、理論回転数Nllyを算出する。式(64)は、式(46)及び式(59)、式(60)より導かれたものである。
1−3−1.外部負荷特性:
定トルク時の特性とは、電動機100に対し一定の定トルクTcを加えて電動機100を回転させているときの特性をいう。このときの外負荷トルクTxは式(76)に示すように定トルクTcに等しい。なお、電動機100の回転数を外負荷回転数Nyとする。
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−2.参照)。
1−3−3.理論特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−3.参照)。
1−3−4.始動特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−4.参照)。
1−3−5.総負荷特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−5.参照)。
1−4−1.外部負荷特性:
定出力時の特性とは、電動機100が一定の出力で運転しているときの、電動機100の特性をいう。電動機100が出力Wcで回転しているとする。このとき、演算部210は式(81)を用い、出力Wcと、電動機100の回転数Nyから、外負荷トルクTxを算出する。電動機100の回転数は、回転速度測定部202(図2)より取得することが可能である。
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−2.参照)。
1−4−3.理論特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−3.参照)。
1−4−4.始動特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−4.参照)。
1−4−5.総負荷特性:
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−5.参照)。
1−5−1.外部負荷特性:
動作点特性とは、例えば、電動機100に対し一定の定トルクTcを加え、かつ、電動機100を一定の定回転数Ncで回転させているときの特性をいう。電動機の外負荷回転数Nyは、式(86)に示すように定回転数Ncに等しく、外負荷トルクTxは、式(87)に示すようにTcに等しい。
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−2.参照)。
1−5−3.理論特性
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−3.参照)。
1−5−4.始動特性
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−4.参照)。
1−5−5.総負荷特性
定回転時の特性と同じのため説明を省略する(1−2−5.参照)。
図21は、第2の実施例における電動機特性取得装置の構成の一例を示すブロック図である。第2の実施例の電動機特性取得装置200は、第1の実施例の構成に加えて、電動機制御部226と、目標値入力部228と、を備える。すなわち、電動機特性取得装置200は、電動機100の制御装置として機能する。具体的には、電動機特性取得装置200は、第1の実施例に示すように、例えば、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100の特性を算出する。そして、電動機特性取得装置200の電動機制御部226は、取得した電動機100の特性に基づいて、電動機100の動作を制御する。目標値入力部228は、目標とする値、例えばトルク、回転数、出力等を入力するために用いられる。このような電動機特性取得装置200によれば、適切に電動機100を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200を備える電動機100を実現することもできる。
図22は、第3の実施例を示す説明図である。第3の実施例は、図22(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22(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22(C)は、図22(B)における期間Q3を拡大して示す説明図である。
4.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。
上記実施例では、供給電圧値測定部206が供給電圧値Es(あるいはPWM実効電圧Epwm)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(PWM実効電圧Epwm)を測定することなく、判明している供給電圧値Es(PWM実効電圧Epwm)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(PWM実効電圧Epwm)を取得すればよい。
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。
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。
電動機の特性の算出をコンピュータ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4つの値をコンピュータプログラムに取得させることとしてもよい。また、供給電圧値Esと、逆起電力Egとを予め測定しておき、得られた2つの値をコンピュータプログラムに取得させることとしてもよい。
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、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。
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
33…インダクタンス
100…電動機
102…回転軸
200…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
222…表示装置
224…カップリング
226…電動機制御部
230…CPU
231…RAM
232…記憶装置
233…特性評価プログラム
1600…プロジェクター
1610R…光源
1640R…液晶ライトバルブ
1650…クロスダイクロイックプリズム
1660…投写レンズ系
1670…冷却ファン
1680…制御部
1700…携帯電話
1720…ファン
1730…燃料電池
1800…自転車
1810…モーター
1820…制御回路
1830…充電池
1900…ロボット
1910…第2のアーム
1920…第2のアーム
1930…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
Claims (17)
- 電動機の特性を取得する装置であって、
前記電動機に電圧を印加する印加手段と、
前記電動機の特性を取得する特性取得部と、
を備え、
前記特性取得部は、予め
前記印加手段を用いて複数の電圧を前記電動機に印加して、前記電圧毎に前記電動機を無負荷状態で運転させたときの、前記電動機の回転数である無負荷回転数と電磁コイルに流れる無負荷電流とを測定し、
前記電圧と前記無負荷回転数との関係を示す第1の関係式と、前記電圧と前記無負荷電流との関係を示す第2の関係式を算出しておき、
前記特性取得部は、
前記電磁コイルの抵抗値と、
前記電動機に印加すべき印加電圧と、
前記印加電圧と前記第1の関係式を用いて算出される無負荷回転数と、
前記印加電圧と前記第2の関係式を用いて算出される無負荷電流と、
前記電動機の運転状態と、
を用いて、当該印加電圧、且つ、当該運転状態下における前記電動機の特性としてのトルク、電流量、出力、効率及び回転数うちの少なくとも一つを算出する、
電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1に記載の電動機の特性を取得する装置において、
前記運転状態は、
前記電動機の回転数を一定回転数で維持する運転状態、
前記電動機の出力を一定値で維持する運転状態、
前記電動機のトルクを一定の大きさで維持する運転状態、
前記電動機の回転数を一定回転数で維持し、かつ、前記電動機のトルクを一定の大きさで維持する運転状態
のいずれかである、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電動機の特性を取得する装置において、
前記特性は、
前記電動機のトルクと、電流値との関係、
前記電動機のトルクと、出力との関係、
前記電動機のトルクと、効率との関係、
前記電動機の回転数と、電流値との関係、
前記電動機の回転数と、出力との関係、
前記電動機の回転数と、効率との関係、
前記電動機の回転数及び前記トルクの値と、出力との関係、
のうち少なくとも1つを含む、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の電動機の特性を取得する装置において、さらに、
前記電動機の電磁コイルの温度を取得する温度測定部と、
前記電磁コイルの抵抗を測定する抵抗測定部と、
前記電磁コイルに流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電動機の回転数を取得する回転数取得部と、
を備える、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の電動機の特性を取得する装置において、
前記電動機をPWM駆動する場合に、
前記特性取得部は、前記印加電圧値として、供給電圧値にデューティー比を掛けた実効値を印加電圧値として用いる、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電動機の特性を取得する装置において、
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倍の抵抗値を用いる、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の電動機の特性を取得する装置において、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、電動機の特性を取得する装置。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載の電動機の特性を取得する装置において、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、電動機の特性を取得する装置。 - 電動機を制御する装置であって、
パラメータ記憶部と、
制御部と、
を備え、
前記パラメータ記憶部は、
前記電動機に印加される電圧と無負荷回転数との第1の相関パラメータと、
前記電動機に印加される電圧と電磁コイルに流れる無負荷電流との第2の相関パラメータと、
前記電磁コイルの抵抗値パラメータと、を記憶し、
前記制御部は、
印加電圧と、
前記パラメータ記憶部から読み出した前記印加電圧における無負荷回転数と無負荷電流と、
前記パラメータ記憶部から読み出した前記電磁コイルの抵抗値パラメータと、
を用いて、前記印加電圧下において、前記電動機を、目標とするトルク量または回転数で維持するために必要な、印加電圧値からのPWM量を決定して制御する、
電動機を制御する装置。 - 請求項8に記載の電動機の特性を取得する装置または請求項9に記載の電動機を制御する装置を備える電動機。
- 請求項10に記載の電動機を備える電動機搭載装置。
- 請求項11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11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11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11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。 - 電動機の特性を取得する方法であって、
前記電動機の特性を取得する前に予め実行される第1の工程と、前記電動機の特性を取得する時に実行される第2の工程とを備え、
前記第1の工程は、
複数の印加電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの前記電動機の回転数である無負荷回転数を取得する工程と、
前記複数の印加電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの電磁コイルに流れる無負荷電流を取得する工程と
前記印加電圧と前記無負回転数との間の第1の関係式と、前記印加電圧と前記無負荷電流との間の第2の関係式を算出する工程と、
を有し、
前記第2の工程は、
前記電磁コイルの抵抗値を取得する工程と、
前記電動機に印加される印加電圧を取得する工程と、
前記電動機の運転状態と、前記抵抗値と、前記電動機への印加電圧値と、前記第1の関係式を用いて算出した前記印加電圧値における無負荷回転数と、前記第2の関係式を用いて算出した前記印加電圧値における無負荷電流値と、を用いて、当該印加電圧、且つ、当該運転状態下における前記電動機の特性としてのトルク、電流量、出力、効率及び回転数うちの少なくとも一つを取得する工程と、
を備える、電動機の特性を取得する方法。 - 電動機の特性を取得するコンピュータープログラムであって、
コンピューターを、
前記電動機に印加される印加電圧を取得する印加電圧取得手段と、
予め複数の印加電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの前記電動機の回転数である無負荷回転数を取得する無負荷回転数取得手段と、
予め前記複数の印加電圧下において前記電動機を無負荷状態で運転させたときの電磁コイルに流れる無負荷電流を取得する無負荷電流取得手段と、
予め前記印加電圧と前記無負回転数との間の第1の関係式を算出する第1の関係式算出手段と、
予め前記印加電圧と前記無負荷電流との間の第2の関係式を算出する第2の関係式算出手段と、
前記電磁コイルの抵抗値を取得する抵抗値取得手段と、
前記電動機の運転状態と、前記抵抗値と、前記電動機への印加電圧値と、前記第1の関係式を用いて算出した前記印加電圧値における無負荷回転数と、前記第2の関係式を用いて算出した前記印加電圧値における無負荷電流値と、を用いて、当該印加電圧、且つ、当該運転状態下における前記電動機の特性としてのトルク、電流量、出力、効率及び回転数うちの少なくとも一つを取得する特性取得手段と、
して機能させるコンピュータープログラム。
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