JPH0613398U - 直流機のトルク測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流機の入出力電力と回転数から求めるトル
ク演算値と、磁束密度と電流から求めるトルク演算値と
を切換えてトルク測定値とするのに切換時の不連続性を
無くす。 【構成】 トルク演算部１，２で夫々求めるトルク演算
値Ｔ_P，Ｔ_Iに夫々掛算器３，５によって係数Ｋ₁，Ｋ₂を
掛算して加算器７で加算し、係数Ｋ₁，Ｋ₂は速度関数発
生器４，６によって切換回転数Ｎ₀を境にして零から１
に互いに逆特性で変化させる関数出力を得る。これによ
り、両トルク演算値Ｔ_P，Ｔ_Iを逆特性で徐々に増減し、
その加算によってトルク演算値Ｔ_PとＴ_I間を滑らかに移
行させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、直流機のトルクをその入出力電力や電流値から電気的に求めるトル ク測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電動機の電気的トルク測定装置には、例えば特公昭６２−４２４７８号公報に 開示されるように、直流機の効率計算法に準拠して直流機の電気的入出力電力Ｐ （ＶＡ）と回転数Ｎ（ｒｐｍ）の比からトルクＴを求める方法がある。

【０００３】 Ｔ＝６０Ｐ／２πＮ （Ｎ） …（１） ここで、電力Ｐには損失を加味して抵抗損やブラシ損など電動機電流をパラメ ータとする直流負荷損Ｐ_Eと鉄損や機械損など電動機回転数をパラメータとする 固定損Ｐ_Mを加えた Ｐ＝Ｖａ・Ｉａ±Ｐ_E±Ｐ_M …（２） Ｖａ：電動機の端子電圧 Ｉａ：電動機の電流 による演算によって求められる。この電力と回転数からトルクを求める測定法を 以下ＫＷ法と呼ぶ。

【０００４】 他の電気的トルクの測定法には電動機の磁束密度φと電流ＩａからトルクＴを Ｔ＝Ｋ・φ・Ｉａ …（３） Ｋ：係数 から求める方法がある。係数Ｋは予め速度関数あるいは界磁電流の関数として設 定しておき、トルクを求めた後に、鉄損及び機械損によるトルクを速度関数とし て設定しておき補正する方法もある。この電流からトルクを求める測定法を以下 電流係数法と呼ぶ。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来のＫＷ法によるトルク測定は、電流係数法に較べて高精度になるのが一般 的である。その理由は、直流機の損失は合計しても定格出力の５％前後であり、 これを各成分毎に分離してあらかじめ測定した成分に対する変動を調べると、全 ての運転条件においてそれぞれの成分の３％程度になり、最大の銅損をＫＷ法で 補正すれば合わせて１０％になるも定格出力の１％以下の誤差にしかならないこ とによる。

【０００６】 上述の理由から、ＫＷ法は電流係数法に較べて高精度になり、特にディジタル 演算方式を採用すれば一層高い精度のトルク測定方式になる。

【０００７】 しかしながら、ＫＷ法にも問題が残る。それは、電動機の回転数が低くなるに つれて主回路電圧Ｖａが小さくなるため、各測定項目毎に決る誤差成分が相対的 に大きくなることによる。特に、速度Ｎは前述の（１）式に示すように分母側に なるため定格速度でのトルク検出精度が±０．１％であっても定格速度の１０％ の速度ではトルク検出精度が１％にも悪くなり、更に低速になれば逆比例的に精 度が悪くなる。このため、従来のＥＷ法では測定可能限界を最大速度の５％とし ている。

【０００８】 この点、電流係数法によるトルク測定では、低速でも誤差が増大することはな い。しかしながら、界磁電流変化による誤差のほか、回転子と固定子間の磁束回 路を構成する空隙が温度によって変化するため、一般的にはＥＷ法よりも大きな 誤差を招く。

【０００９】 上述までの問題を解決する方式として、低速のある速度を境にして該速度以上 ではＫＷ法によるトルク測定をし、該測定よりも低い速度では電流係数法による トルク測定に切換えるものがある。

【００１０】 この速度による測定法切換え方式では、速度検出による切換時に測定値に差が 生じることが多い。このため、トルク測定値をフィードバック信号として電動機 のトルク制御を行なう場合には切換速度付近での運転ではトルクショックを多発 し、不安定はトルク制御になってしまう。

【００１１】 本考案の目的は、ＫＷ法と電流係数法の切換時の不連続性を無くしたトルク測 定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前記課題の解決を図るため、直流機の入出力電力と回転数から求め る第１のトルク演算値Ｔ_Pと直流機の磁束密度と電流から求める第２のトルク演 算値Ｔ_Iとを予め設定する電動機の回転数Ｎ₀を境にして切換えてトルク測定値と するトルク測定装置において、前記回転数Ｎ₀より低い回転数Ｎ₁以下では係数出 力Ｋ₁を零として該回転数Ｎ₀より高い回転数Ｎ₂以上では係数出力Ｋ₁を１としか つ該回転数Ｎ₁からＮ₂の間は係数出力Ｋ₁を零から１に徐々に増加させる関数出 力を得る第１の速度関数発生器と、前記速度関数発生器の関数出力とは逆特性に なる関数出力を得る第２の速度関数発生器と、前記第１のトルク演算値Ｔ_Pに前 記第１の速度関数発生器の関数出力を掛算した値と前記第２のトルク演算値Ｔ_I に前記第２の速度関数発生器の関数出力を掛算した値とを加算してトルク測定値 とする切換演算手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】

ＫＷ法によるトルク演算値Ｔ_Pと電流係数法によるトルク演算値Ｔ_Iの切換領域 になる回転数Ｎ₀を境にしてトルク演算値Ｔ_Pを徐々に増減させると共にトルク演 算値Ｔ_Iを逆特性で増減させ、増減させた両トルク演算値を加算することによっ てトルクの演算値Ｔ_PとＴ_Iの切換時に滑らかな移行を得る。

【００１４】 また、直流機に持つ慣性による過渡的トルク変化分をトルク演算の加算分とす ることで過渡的トルク変化も含めたトルク測定出力を得る。

【００１５】

【実施例】

図１は本考案の一実施例を示すブロック図である。トルク演算部１は、ＫＷ法 による演算によりトルク演算値Ｔ_Pを得る。このトルク演算には、電動機電流Ｉ ａと電圧Ｖａと補償巻線電圧Ｖｃｐ及び回転数Ｎを入力とし、前述の（１），（ ２）式に基づいた演算になる。

【００１６】 なお、機械損失及び鉄損は速度Ｎによって変化する特性を予め設定又は記憶し ておき、測定された速度Ｎにおける損失分を固定損Ｐ_M分及び直接負荷損Ｐ_E分に 含ませる。

【００１７】 一方、トルク演算部２は、電流係数法による演算によりトルク演算値Ｔ_Iを得 る。このトルク演算には、電動機電流Ｉａと回転数Ｎと界磁電流Ｉｆを入力とし 、前述（３）式に基づいた演算になる。この演算には機械損失トルク及び鉄損ト ルク特性を求めるのに回転数Ｎが取込まれ、夫々を補正分としてトルク演算値Ｔ _I を求める。

【００１８】 掛算器３は、トルク演算部１のトルク演算値Ｔ_Pに速度関数発生器４からの係 数Ｋ₁を乗じたトルクＴ_P1を求める。同様に、掛算器５は、トルク演算部２のト ルク演算値Ｔ_Iに速度関数発生器６からの係数Ｋ₂を乗じたトルクＴ_I1を求める。

【００１９】 ここで、速度関数発生器４，６は図２に示すように速度Ｎの関数となる係数Ｋ ₁ ，Ｋ₂を発生する。速度関数発生器４は、ＫＷ法と電流係数法の切換え点になる 回転数Ｎ₀より少し低い第１の設定回転数Ｎ₁以下では係数Ｋ₁＝０で、切換回転 数Ｎ₀より少し高い第２の設定回転数Ｎ₂以上では係数Ｋ₁＝１とし、設定回転数 Ｎ₁とＮ₂間では係数Ｋ₁が０から１まで一定の傾斜で増加する関数発生になる。

【００２０】 逆に、速度関数発生器６は、設定回転数Ｎ₁以下では係数Ｋ₂＝１で、設定回転 数Ｎ₂以上では係数Ｋ₂＝０とし、設定回転数Ｎ₁とＮ₂間では係数Ｋ₂が１から０ まで一定の傾斜で増加する関数発生になる。

【００２１】 従って、速度関数発生器４と６の係数Ｋ₁とＫ₂とは逆特性になり、その和は全 回転数範囲で常に１になるように設定され、この係数Ｋ₁とＫ₂間にはＫ₁＝１− Ｋ₂の補数関係にされる。

【００２２】 掛算器３，５の両出力Ｔ_P1，Ｔ_I1は加算器７によって加算されて電気的なトル ク測定出力として取出される。

【００２３】 本実施例によれば、電動機の回転数Ｎが設定回転数Ｎ₂以上では速度関数発生 器４の係数Ｋ₁＝１で速度関数発生器６の係数Ｋ₂＝０となることから、トルク演 算部１のトルク演算値Ｔ_Pがそのままトルク測定出力として取出される。

【００２４】 また、回転数Ｎが設定回転数Ｎ₁以下では速度関数発生器４の係数Ｋ₁＝０で速 度関数発生器６の係数Ｋ₂＝１となることから、トルク演算部２のトルク演算値 Ｔ_Iがそのままトルク測定出力として取出される。

【００２５】 そして、回転数Ｎが設定回転数Ｎ₁とＮ₂の間にあるとき、即ちＫＷ法と電流係 数法の切換領域にあるとき、掛算器３，５と加算器７からなる切換演算手段によ りトルク演算部１及び２の出力Ｔ_P及びＴ_Iの加重平均値がトルク測定出力として 取出される。これにより、ＫＷ法と電流係数法のトルク演算値に差がある場合に も切換時のトルク測定出力を滑らかに移行させることができる。

【００２６】 なお、実施例において、速度関数発生器４，６の関数は一次関数にした係数Ｋ ₁ ，Ｋ₂を発生するに限らず、二次関数など曲線になる関数とすることもできる。

【００２７】 また、ＫＷ法によるトルク演算部１は、特公昭６２−４２４８７号公報の第２ 図に開示されるように、鉄損や機械損特性をＫＷ単位で得て速度Ｎで割算する方 式に限らず、Ｎ・ｍ単位の特性として掛算器Ｍ１の出力に直接加算する構成とし 、この補正トルク信号発生手段を電流係数法によるトルク演算部２と共用する構 成とすることもできる。

【００２８】 また、実施例において、トルク測定出力に慣性分による過渡的トルク分を含ま せるには電動機等の慣性設定値と回転数Ｎの加速度演算値との積を過渡的トルク 分として加算器７の加算入力にする。

【００２９】

【考案の効果】

以上のとおり、本考案によれば、ＫＷ法によるトルク演算値Ｔ_Pと電流係数法 によるトルク演算値Ｔ_Iとを回転数Ｎ₀を境にして切換えてトルク測定値とするに おいて、互いに逆特性になる一対の速度関数発生器から得る係数Ｋ₁，Ｋ₂をトル ク演算値Ｔ_P，Ｔ_Iに掛算した後に加算してトルク測定値を得る構成としたため、 トルク演算値の切換領域でのトルク測定値の切換えが滑らかに移行した連続性を 持たせることができ、該切換領域でのトルク制御にトルクショックを生ずること がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すブロック図。

【図２】実施例における速度関数発生器の特性図。

【符号の説明】

１…ＫＷ法によるトルク演算部、２…電流係数法による
トルク演算部、４，６…速度関数発生器、３，５…掛算
器、７…加算器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流機の入出力電力と回転数から求める
   第１のトルク演算値Ｔ_Pと直流機の磁束密度と電流から
   求める第２のトルク演算値Ｔ_Iとを予め設定する電動機
   の回転数Ｎ₀を境にして切換えてトルク測定値とするト
   ルク測定装置において、 前記回転数Ｎ₀より低い回転数Ｎ₁以下では係数出力Ｋ₁
   を零として該回転数Ｎ₀より高い回転数Ｎ₂以上では係数
   出力Ｋ₁を１としかつ該回転数Ｎ₁からＮ₂の間は係数出
   力Ｋ₁を零から１に徐々に増加させる関数出力を得る第
   １の速度関数発生器と、 前記速度関数発生器の関数出力とは逆特性になる関数出
   力を得る第２の速度関数発生器と、 前記第１のトルク演算値Ｔ_Pに前記第１の速度関数発生
   器の関数出力を掛算した値と前記第２のトルク演算値Ｔ
   _Iに前記第２の速度関数発生器の関数出力を掛算した値
   とを加算してトルク測定値とする切換演算手段と、 を備えたことを特徴とする直流機のトルク測定装置。
2. 【請求項２】 前記直流電動機が持つ慣性と前記回転数
   から求める加速度との積を前記トルク測定値への過渡的
   トルク演算値として加算する手段を備えたことを特徴と
   する直流機のトルク測定装置。