JPH0666653A - 電動機の効率及び負荷を測定する方法及び装置 - Google Patents

電動機の効率及び負荷を測定する方法及び装置

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JPH0666653A
JPH0666653A JP4096306A JP9630692A JPH0666653A JP H0666653 A JPH0666653 A JP H0666653A JP 4096306 A JP4096306 A JP 4096306A JP 9630692 A JP9630692 A JP 9630692A JP H0666653 A JPH0666653 A JP H0666653A
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drive shaft
motor
load
measuring
efficiency
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JP4096306A
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Gordon S Bolegoh
エス．ボレゴウ ゴルドン
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Ontario Hydro
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Ontario Hydro
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L3/26—Devices for measuring efficiency, i.e. the ratio of power output to power input
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    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 ひずみゲージ３０を駆動軸１４に固定し、ひ
ずみゲージ３０を校正し、電動機１０の入力を測定し、
駆動軸１４の回転速度を測定し、ひずみゲージ３０から
回転アンテナ３４を経て固定アンテナ４０にＲＦ信号を
伝送し、負荷のもとの駆動軸１４のトルクを計算するこ
とから成り、電動機１０の入力を測定する手段と、駆動
軸１４の回転速度を測定する手段と、この駆動軸１４に
固定されこの駆動軸１４に固定の回転アンテナ３４を経
て信号を伝送するＲＦ送信器に結合したひずみゲージ３
０と、固定アンテナに結合され回転アンテナ３４にＲＦ
信号を伝送し回転アンテナ３４からひずみゲージ３０の
受けるひずみの量に比例するＲＦ信号を受ける送信手段
３８とを包含する。 【効果】 電動機１０の出力は、この電動機１０を負荷
から結合をはずさせないで負荷条件のもとで測定され入
力に関連させて電動機１０の効率を測定することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機又はその他の電
気動力機械の効率及び負荷を測定する方法及び装置に関
する。ことに本発明は、電動機効率を測定するのに入力
に関連させることのできる電動機出力を測定する方法及
び可搬式装置に関する。動力の読みは長期間にわたり選
定した間隔で記録することができ、電動機負荷のプロフ
ィールを与える。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】工業用に使われる電動
機に消費されるエネルギーは全電気エネルギー消費量の
高比率に及ぶ。過度のエネルギー消費の主な原因は、駆
動しようとする負荷に対して電動機のサイズが不適当で
あることにある。従って、不適正に寸法定めした電動機
の代りに負荷に適正に適合した電動機を使うことにより
電気消費量を著しく減らすことができる。特定の場合に
このことが有利であるかを定めるには、既存の電動機の
効率及び負荷を正確に評価してこの過程に必要な最高電
力を定めることが必要である。
【０００３】電動機の効率を測定するには従来４つの方
法が使われている。 １）等価回路試験法−電動機の性能は全回路部品を実験
データから定めると等価電気回路から計算することがで
きる。反復法で等価回路ネットワーク式を解くのに十分
なデータが得られるように無負荷条件及び負荷条件のも
とで試験を行う。電力及び力率の計算値が計測値に一致
するまでインピーダンスは修正するものとする。この方
法の信頼性は誤差の確率が高いというところに限界があ
る。 ２）分離損失法−この方法は、電動機効率が入力引く損
失割る入力に等しいという前提に基づく。無負荷条件及
び負荷条件における電力損失の正確な測定又は評価はと
くに、いくぶん劣化した古い電動機ではむずかしく、不
正確が得られる測定の効率に影響を及ぼす。 ３）動力計測定−この試験法では電動機の全負荷を扱う
ことのできる校正した動力吸収動力計を使用する必要が
ある。電動機及び動力計又はトルクアーム及びロードセ
ルの間に導入するトルク変換器を動力計に送出される反
作用トルクの測定に用いる。効率は、測定出力及び電気
入力から直接決定する。電動機の全出力は動力計により
吸収しなければならないから、この方法は２００馬力以
下の電動機を評価するのに最も有用である。さらに電動
機は、この測定を行うのにその負荷から結合をはずし動
力計に結合しなければならず、その結果費用及び休止時
間が増大する。 ４）ひずみゲージトルク計−この装置ではひずみゲージ
を軸に接着し又は軸に埋込む。ひずみ計からの信号は、
軸に接着され固定のブラシに電気的に結合したスリップ
リングを使う測定装置に伝送する。電動機を負荷から結
合をはずし、トルク計を電動機及び負荷の間に結合す
る。負状態でひずみゲージにより伝送された信号は、校
正した値と比較しトルクの測定値に変換する。効率を測
定するには、電動機軸速度及び入力も又測定し後述のよ
うにトルク測定値に関連させる。この方法は正確で信頼
できることが分っているが、電動機を負荷から結合をは
ずしトルク計を導入する際に多大の費用及び休止時間を
必要とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、電動機を負荷
から結合をはずさないで負荷条件のもとで電動機の効率
及び負荷を測定するひずみゲージトルク計を提供するも
のである。ひずみゲージは電動機駆動軸に直接固定さ
れ、ひずみゲージからの信号を駆動軸に直接連結する必
要のない遠隔測定データカプラを経て伝える。これ等の
信号は、電動機速度を乗じたときに電動機の出力の正確
な測定のできる正確なトルク値を与える。電動機効率は
この場合、出力を電力変換機により測定する入力により
割ることによって定める。
【０００５】本発明は、駆動軸を負荷に連結した電動機
の効率又は負荷或はこれ等の両方を測定する方法におい
て、ひずみゲージを電動機駆動軸に固定して既知長さの
駆動軸に加わる既知の死荷重を使いひずみ対トルクの関
係を校正し、電動機を作動し、電動機の入力を測定し、
駆動軸の回転速度を測定し、ひずみゲージから回転アン
テナを経て固定アンテナにＲＦ信号を伝送し、負荷を受
けた駆動軸のトルク測定値を記録することから成る方法
を提供するものである。
【０００６】本発明はさらに、駆動軸を負荷に連結した
電動機の効率又は負荷或はこれ等の両方を測定する装置
において、電動機の入力を測定する手段と、駆動軸の回
転速度を測定する手段と、前記駆動軸に固定されこの駆
動軸に固定した回転アンテナを経てＲＦ信号を送信する
送信器に結合したひずみゲージと、固定アンテナに結合
され回転アンテナから前記ひずみゲージの受けるひずみ
の量に比例するＲＦ信号を受信する手段とを備え、前記
送信器を前記駆動軸に取りはずし自在に締付けた回転ア
ンテナを形成するカラー内に位置させた測定装置を提供
するものである。
【０００７】
【作用】電動機の効率は、この電動機の出力をその入力
により割ることにより得られる商である。典型的な工業
用電動機は３相交流で作動し、入力（ＫＷキロワット）
は従って次の式により定めることができる。
【数１】 この式でＥは電圧、Ｉはアンペア数、又、Ｐ．Ｆ．は力
率（入力信号の各位相における角変位すなわち電流が電
圧に対し進み又は遅れる程度を表わす）である。
【０００８】電動機の出力（ＨＰ馬力）は次の式により
定めることができる。
【数２】 この式でＴはトルク（ｌｂ・ｆｔ）でありＮは速度（回
転数／分）である。この式でPoutは０．７４６を乗ずる
ことによりＫＷに変換される。
【０００９】本発明は、電動機の回転速度を測定する手
段と電動機により負荷に加えるトルクを測定する手段と
をPoutの値を直接定めるように組合せたものである。Po
utの値を定めPin の値を電力変換器により測定すると、
電動機の効率は容易かつ正確に確認できる。
【００１０】
【実施例】電動機の入力Pin は、それぞれ入力の各位相
における電圧信号及び電流信号を乗ずる３個の平衡ホー
ル効果センサを利用する電力変換器１７により測定する
ことができる。このような装置は米国特許第４，７６
４，７２０号明細書に記載されている。
【００１１】電動機速度は、駆動軸１４の付近に位置さ
せた普通の光電セル速度センサ１６を使い測定する。セ
ンサ１６及び変換器１７からの出力信号はインタフェー
ス１９を経て、軸速度及び入力を記録するデータ記録器
２０に送信する。
【００１２】図１に例示したようにトルクを測定する手
段は、ホイートストンブリッジ回路に接続された主応力
の方向で駆動軸１４に取付け又は埋込んだ図２に示した
ひずみゲージ素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから
成る普通のひずみゲージ３０を利用する。ひずみゲージ
３０は、駆動軸１４のまわりにすべりばめの状態に締付
けるようにしたカラー３４内に位置させたＲＦ送信器
（図示してない）に結合してある。
【００１３】図３に例示したカラー３４は、互いに一様
な間隔を隔てた１連の緑スペーサブロック３４ｂにより
駆動軸１４から間隔を隔てた金属質の圧縮クランプ３４
ａを備えるのがよい。各ブロック３４ｂに対しクランプ
３４ａをねじ３４ｄにより締付けてある。スペーサブロ
ック３４ｂの個数は駆動軸１４の寸法により定める。送
信器は、スペーサブロック３４ｂのうちの１つの空洞３
２内に位置させジャンパケーブル３４ｃによりクランプ
３４ａに電気的に結合するのがよい。このようにしてク
ランプ３４ａは回転アンテナとして作用する。
【００１４】誘導給電ユニット３８は、送信器に電力を
通信しこの送信器からカラー３４の付近で軸１４を囲む
取りはずし自在の固定アンテナ４０を経てＲＦ信号を受
信する。給電ユニット３８により受信するひずみ信号
は、インタフェース１９を経てデータ記録器２０に送信
された記録される。
【００１５】すなわち本発明装置は、完全な可搬形で、
電動機１０の結合をはずさないで駆動軸１４に容易かつ
迅速に結合することができるのは明らかである。
【００１６】駆動軸の死荷重の校正によりひずみ対トル
クの関係を誘導することができる。既知長さの軸にわた
って加わる既知の死荷重は、ひずみゲージ３０により送
信する信号に関連する既知のトルクを生ずる。この関係
が設定されデータ記録器２０に入力すると、給電ユニッ
ト３８に伝送された全部のひずみの読みは電動機軸トル
クに自動的に変換され記録される。
【００１７】試験データの比較のために熱電対１８は、
電動機１０の固定子巻線に近接して設けられ、インタフ
ェース２０を経てデータ記録器２０に信号を伝送し全部
の得られる同時測定のために固定子温度を記録する。
【００１８】作動時には駆動軸１４を前記したように校
正し、特定の軸に対するひずみ対トルクの関係をデータ
記録器に入力する。次いで電動機１０を作動し、光電セ
ンサ１６、熱電対１８及び給電ユニット３８を作動す
る。電動機１０が作動速度に達すると、データ記録器２
０をセンサにより伝送されるデータを記録し始めるよう
に設定する。データ記録器２０は、約１５分ごとに又は
他の任意の選定した間隔で読みを取るように設定され、
ひずみゲージ３０により伝送される信号から導出される
トルクと光電センサ１６により測定される軸速度とから
電動機の出力を計算する。これと同時に入力を測定し、
データ記録器２０によりよく知られているようにして行
われる簡単な計算によりこの電動機の効率が得られる。
【００１９】好適にはデータ記録器２０には、選定した
間隔で読みを取り数週間にわたり効率及び負荷データを
記録するのに十分な記憶容量を設ける。電動機負荷プロ
フィールはこのようにして生成することができる。デー
タ記録器２０はさらに電動機の効率及び負荷の傾向を表
わすグラフ表示を生ずるようにしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明の方法及び装置は、電動機を負荷
から結合をはずさないで負荷条件のもとで電動機の効率
及び負荷を測定する手段を提供するものである。すなわ
ち本発明の方法及び装置は、持運び自在ですなわち何等
特定の電動機に専用ではなくて、サービスマンにより電
動機の短時限の非作動化と最少の労力とだけで効率及び
負荷の正確な測定を行うのに使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を協働させた負荷支持電動機の斜視
図である。
【図２】図１に例示したひずみゲージの斜視図である。
【図３】図１に例示したカラーの展開正面図である。
【符号の説明】
１０ 電動機 １４ 駆動軸 ３０ ひずみゲージ ３２ 送信器 ３４ 回転アンテナ ４０ 固定アンテナ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負荷に連結される駆動軸を有する電動機
    （１０）の効率または負荷、あるいはその両方を測定す
    る方法において、 ひずみゲージ（３０）を前記電動機駆動軸（１４）に固
    定して既知長さの駆動軸に対し加わる既知の死荷重を使
    いひずみ対トルクの関係を校正し、 前記電動機（１０）を作動し、 この電動機（１０）の入力を測定し、 前記駆動軸（１４）の回転速度を測定し、 前記ひずみゲージから回転アンテナ（３４）を経て固定
    アンテナ（４０）にＲＦ信号を伝送し、 負荷のもとでの前記駆動軸のトルクの測定値を記録する
    ことを含む測定法。
  2. 【請求項２】 前記電動機（１０）の効率を計算し、効
    率及び負荷のデータを記録することを更に含み、電動機
    負荷プロフィールを与える請求項１の測定法。
  3. 【請求項３】 入力と前記駆動軸（１４）の回転速度と
    この駆動軸（１４）のトルクとを表わす信号をデータ記
    録器（２０）により電気的に記録し関連させる請求項２
    の測定法。
  4. 【請求項４】 各信号を約１５分の間隔で記録する請求
    項３の測定法。
  5. 【請求項５】 前記電動機（１０）の固定子巻線の温度
    を測定する請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 前記駆動軸の回転速度を光電センサ（１
    ６）を使って測定する請求項１の測定法。
  7. 【請求項７】 負荷に連結される駆動軸を有する電動機
    （１０）の効率または負荷、あるいはその両方を測定す
    る装置において、 前記電動機（１０）の入力を測定する手段と、 前記駆動軸（１４）の回転速度を測定する手段と、 この駆動軸（１４）に固定され、前記駆動軸（１４）に
    固定の回転アンテナ（３４）を経てＲＦ信号を伝送する
    送信器（３２）に結合したひずみゲージ（３０）と、 固定アンテナ（４０）に結合され前記回転アンテナ（３
    ４）から前記ひずみゲージ（３０）の受けるひずみの量
    に比例するＲＦ信号を受ける手段とを備え、 前記送信器（３２）を前記駆動軸（１４）に取りはずし
    自在に締付けた回転アンテナを形成するカラー（３４）
    内に位置させて成る測定装置。
  8. 【請求項８】 前記カラー（３４）に絶縁スペーサブロ
    ック（３４ｂ）により前記駆動軸から間隔を隔てた圧縮
    クランプ（３４ａ）を設け、前記送信器（３２）を前記
    スペーサブロック（３４ｂ）のうちの１つの中に納めク
    ランプ（３４ａ）に電気的に結合した請求項７の測定装
    置。
  9. 【請求項９】 前記駆動軸（１４）の回転速度を測定す
    る手段を光電センサ（１６）により構成した請求項７の
    測定装置。
  10. 【請求項１０】 入力を測定する手段により生ずる信号
    を受けて記録するデータ記録器（２０）と、前記駆動軸
    の回転速度を求める手段と、前記駆動軸のトルクを求め
    る手段とを備えた請求項７の測定装置。
  11. 【請求項１１】 固定子巻線の近くに位置しこれ等の固
    定子巻線の温度を反映する信号を出力する熱電対（１
    ８）を備えた請求項７の測定装置。
JP4096306A 1991-04-16 1992-04-16 電動機の効率及び負荷を測定する方法及び装置 Withdrawn JPH0666653A (ja)

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JPH0666653A true JPH0666653A (ja) 1994-03-11

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