JPH07128161A

JPH07128161A - トルク測定方法およびその装置とこれらを用いたトルク制御装置

Info

Publication number: JPH07128161A
Application number: JP5276377A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Watanabe; 勉渡辺; Chihiro Yamada; 千尋山田
Original assignee: Toei Electric Co Ltd
Current assignee: Toei Electric Co Ltd
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】精度よく同期モータの実効的なトルクを計算
することが可能なトルク測定方法およびその装置を提供
する。【構成】トルク演算回路１０は、レゾルバ６１から入
力されるモータ７の回転角、ステータの端子電圧、およ
び、ステータの電流の測定値に基づいてモータ７のトル
クを算出する。損失データ記憶テーブル１１は、モータ
７のステータの電機子誘起電圧Ｅと回転数とを一定間隔
のパラメーターとして算出した損失のトルク換算値Ｔ
_LOSSを３次元テーブルの形式で記憶する。減算回路１２
は、トルク演算回路１０で算出されたトルクから、対応
する損失のトルク換算値Ｔ_LOSSを減算して補正する。損
失データ記憶テーブル１１に記憶される換算値の測定の
際に、ステータの誘起電圧は恒温槽５０によりモータ７
の温度を変更することにより設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期電動機のトルクおよ
び損失を測定し、これらの測定値に基づいて同期電動機
の制御を行うトルク測定方法およびその装置とこれらを
用いたトルク制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの回転力（トルク）を測定し、こ
の情報に基づいて該モータをトルク制御する方法および
装置としては、以下に述べるようなものが知られてい
る。図５は、ロータに永久磁石を用いた同期モータのト
ルク制御を行う従来のトルク制御装置９の構成を示す図
である。図６は、トルク制御装置９においてトルク計算
値の補正に使用される同期モータの回転数ωと損失値Ｔ
_LOSSの関係を示す図である。制御の対象となる同期モー
タには角速度、ステータの誘起電圧、および電流等の測
定手段が備えられており（いずれも図示せず）、トルク
制御装置９はこれらの値を測定してそのトルクを計算
し、同期モータの制御を行う。トルク制御装置９の動作
の概要は、以下の通りである。

【０００３】トルク演算回路９１は、同期モータの回転
角度に基づいて、その単位時間当たりの回転数を算出
し、さらにこの回転数、ステータの端子電圧等からステ
ータの誘起電圧を算出し、これらの値とステータの電流
に基づいて同期モータのトルクを計算する。損失データ
記憶テーブル９４は、トルク演算回路９１の制御に基づ
いて、同期モータ回転数に対応する損失の値Ｔ_LOSSを損
失データ記憶テーブル９１から読み出し、減算回路９２
に入力する。減算回路９２は、この損失の値を前記トル
クの計算結果から減算して補正を行い、同期モータの実
効的なトルクを算出する。トルク制御回路９３は、この
算出されたトルクの値に基づいて同期モータの制御を行
う。

【０００４】ここで、損失データ記憶テーブル９４に記
憶される損失の値Ｔ_LOSSは、回転数ωをパラメータとし
て、この回転数に対応する関数として記憶されている。
このモータの回転数ωと損失の値Ｔ_LOSSとの関係は、例
えば図６に示す通りである。以上のようにトルク制御装
置９によりモータの実効的なトルクの値を算出し、この
トルクの値に基づいてトルク制御回路９３を介して同期
モータに供給する電力を適切に制御することにより、同
期モータのトルクを所定の値に保つことが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】モータの実効的なトル
クの算出に用いられる損失Ｔ_LOSSは従来、上述のよう
に、モータの回転数ωの関数として取り扱われてきた。
損失Ｔ_LOSSは主に鉄損および機械損によって生じ、この
内の鉄損はヒステリシス損およびうず電流損から生じ
る。しかし、少なくとも鉄損の内のヒステリシス損はモ
ータの回転数の関数ではないため、実際のモータの運転
にあってはこの損失Ｔ_LOSSを回転数のみの関数としては
扱い得ない。したがって、従来のように鉄損をモータの
回転数のみの関数として計算して補正を行った場合、実
効的なモータのトルクを正確に計算することができない
という問題がある。

【０００６】さらに、モータの実効的なトルクを正確に
求めることができず、モータに対して正確なトルク制御
を行うことができないという問題がある。また、このよ
うなモータのトルク制御を行い、例えば自動車の動力測
定の際に測定対象物について所定のトルク値の負荷を与
える動力計においては、測定対象の自動車に与えられる
負荷が正確でないためにその燃費等の測定結果に誤差が
生じることになるという問題点がある。

【０００７】本発明は以上に述べた従来技術の問題に鑑
みてなされたものであり、より精度よくモータの実効的
なトルクを計算することが可能なトルク測定方法および
その装置を提供することを目的とする。また、このトル
クの計算値に基づいて正確なモータのトルク制御を行う
ことができるトルク測定方法およびその装置とこれらを
用いたトルク制御装置を提供することを目的とする。ま
た、上記トルク制御装置を用いて測定対象物に対して正
確なトルクの負荷を与えることが可能な動力計を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のトルク測定方法は、動作中の同期モータの回
転角、該モータののステータの温度、電流、および、端
子電圧を測定し、該温度に基づいて該ステータの巻線抵
抗値を補正し、該補正された巻線抵抗値、該電流、およ
び、該端子電圧に基づいて該ステータの誘起電圧を算出
し、該同期モータの回転数を算出し、前記誘起電圧と前
記回転数とに基づいて前記同期モータのトルクを算出
し、前記誘起電圧と前記回転数とに対応して予め算出し
た前記同期モータの損失のトルク換算値により前記算出
されたトルクを補正する。また好適には、前記予め算出
した損失のトルク換算値は、測定した該電流、該端子電
圧、および、該温度に基づいて前記同期モータのトルク
を算出し、算出された前記トルクを、該予め算出された
損失のトルク換算値として前記誘起電圧および前記回転
数に対応付けて記憶され、前記予め算出した損失のトル
ク換算値の算出の際の誘起電圧の設定は、少なくとも前
記ステータを所定の温度に設定して界磁の強さを制御す
ることにより行われることを特徴とする。

【０００９】本発明のトルク測定装置は、動作中の同期
モータの回転角を測定する回転角測定手段と、前記同期
モータのステータの電流を測定する電流測定手段と、前
記同期モータのステータの端子電圧を測定する端子電圧
測定手段と、前記同期モータのステータの温度を測定す
る温度測定手段と、測定された前記回転角に基づいて前
記同期モータの回転数を算出する回転数算出手段と、測
定された前記ステータの温度に基づいて該ステータの巻
線抵抗値を補正し、測定された前記ステータの電流、端
子電圧、および、該補正された巻線抵抗値に基づいて前
記ステータの誘起電圧を算出する誘起電圧算出手段と、
前記誘起電圧と前記回転数とに基づいて前記同期モータ
のトルクを算出するトルク算出手段と、前記誘起電圧と
前記回転数とに対応して予め算出した前記同期モータの
損失のトルク換算値により前記算出されたトルクを補正
する補正手段とを有する。

【００１０】また好適には、前記同期モータを所定の回
転数で回転させる制御手段と、前記同期モータを所定の
温度に設定して前記同期モータの界磁の強さを所定の値
に設定する温度設定手段と、前記ステータの電流、端子
電圧、および、温度に基づいて前記モータのトルクを算
出するトルク算出手段と、前記算出されたトルクを前記
予め算出された損失のトルク換算値として前記誘起電圧
と前記回転数とに対応付けて記憶する記憶手段とを有す
ることを特徴とする。

【００１１】また好適には、前記回転角測定手段は、レ
ゾルバにより前記同期モータの回転角を測定することを
特徴とする。また好適には、前記同期モータは、ロータ
に永久磁石を用いた同期モータであることを特徴とす
る。また好適には、動作中の前記同期モータのステータ
の誘起電圧および回転数、またはこれらのいずれか一方
が前記記憶手段に記憶された値と一致しない場合は、記
憶されている前記損失のトルク換算値に基づいて、動作
中の前記ステータの誘起電圧と回転数とに対応する前記
損失のトルク換算値を関数補間する補間手段をさらに有
することを特徴とする。

【００１２】本発明のトルク制御装置は、上述のトルク
測定装置により同期モータのトルクを測定し、該トルク
の値に基づいて該モータのトルク制御を行う。本発明の
動力計は、上述のトルク制御装置と、前記トルク制御装
置が制御する同期モータにより測定対象に負荷をかける
負荷手段とを有する。本発明の損失テーブル作成方法
は、所定の回転数で動作中の同期モータを所定の温度に
設定して誘起電圧を所望の値に設定し、該回転数および
該誘起電圧における該同期モータの損失のトルク換算値
を算出し、該算出された損失のトルク換算値を該誘起電
圧、および、該回転数に対応付けて３次元的なテーブル
を作成することを特徴とする。

【００１３】

【作用】予め同期モータの損失をトルクに換算して算出
し、モータの回転数とステータの誘起電圧とに対応付け
たテーブルとして記憶する。ロータに永久磁石を用いた
同期モータの損失のトルク換算値を算出する場合、界磁
電流の値を変更してステータの誘起電圧を設定すること
ができないため、同期モータを、例えば恒温槽にいれて
温度条件を正確に設定し、さらにその温度を変更し、温
度変化に伴う界磁の変化によりステータの誘起電圧を所
定の値に設定する。上述のようにステータの誘起電圧を
設定し、同期モータの回転数を制御して同期モータの損
失のトルク換算値を算出する。動作中の同期モータのス
テータの端子電圧と電流に基づいてステータの誘起電圧
を算出し、同期モータの回転角から回転数を算出し、こ
れらの値から同期モータのトルクを算出する。上述のよ
うに得られた動作中の同期モータのトルクから、誘起電
圧および回転数に基づいて前記テーブルを参照して得ら
れる損失のトルク換算値を減算して補正を行い、実効的
なトルクを算出する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明のトルク演算制御装置１を応用した動力計８の構
成を示す図である。本発明のトルク演算制御装置１は、
例えば図１に示すように、動作制御装置６を介してモー
タ７をトルク制御し、自動車８１に対して端末５から設
定された所定の定トルク負荷を円筒８２を介して与え、
自動車８１の燃費、排気ガス等の測定を行う動力計８に
適用される。本発明の動力計８のモータ７として永久磁
石を用いた同期モータを用いた場合、出力は５ＫＷ〜４
０ＫＷ程度となる。この程度の出力の同期モータを使用
した場合、測定対象となる自動車８１としては軽自動車
およびオートバイ等の比較的負荷として軽いものが想定
される。動力計８と同様の用途に用いられる装置におい
て、同期モータ（モータ７）の代わりにＤＣモータを用
いることもできる。

【００１５】図２は、図１に示した動力計８のトルク制
御に関係する部分の構成を示す図である。図２におい
て、トルク演算制御装置１は、動作中のモータ７のステ
ータａ、ｂｃそれぞれの端子ａ、ｂ、ｃの電圧（ステー
タａ、ｂ、ｃの端子電圧）Ｖ_a、Ｖ _b、Ｖ_c、および、
ステータａ、ｂ、ｃに供給される電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_c
を測定し、これらの値に基づいてトルクを算出する。算
出されたトルクは、予めステータａ、ｂ、ｃの誘起電圧
およびモータ７の回転数に対応付けて算出され、テーブ
ルとして記憶されたモータ７の損失のトルク換算値によ
り補正されて実効的なトルクとなる。トルク演算制御装
置１は、この実効的なトルクの値に基づいて動作制御装
置６を制御してモータ７に対してトルク制御等を行うと
ともに、モータ７の損失のトルク換算値のテーブルの生
成も行う。トルク演算制御装置１の構成は、図３を参照
して後述する。

【００１６】動作制御装置６は、トルク演算制御装置１
からの制御情報に基づいてモータ７のステータａ〜ステ
ータｃに供給する電流を制御し、モータ７の回転数等を
制御する。レゾルバ６１は、モータ７の回転角を検出し
てトルク演算制御装置１に入力する。動力計８の動作環
境は必ずしも良好でないので、回転角検出にレゾルバを
用いることは耐環境性の面で、例えばエンコーダを用い
るよりも優れている。トルク演算制御装置１は、この回
転角に基づいてモータ７の単位時間当たりの回転数を算
出する。電流検出装置６２〜６４は、それぞれ動作制御
装置６がステータａ、ｂ、ｃに供給する電流Ｉ_a、
Ｉ_b、Ｉ_cの値を検出してトルク演算制御装置１に入力
する。

【００１７】モータ（ＳＭ）７は、例えばロータ（図示
せず）に永久磁石を用いる形式の３相同期モータであ
り、トルク演算制御装置１の制御の対象となる。ステー
タａ〜ｃは、モータ７のステータであり、動作制御装置
６からそれぞれ端子ａ、ｂ、ｃから電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ
_cが供給され、これらは中点７８に接続されている。中
点７８は、モータ７のステータａ、ｂ、ｃの中点であ
り、トルク演算制御装置１に接続されている。中点７８
は、トルク演算制御装置１で測定されるステータａ，
ｂ、ｃの端子電圧の基準電位を与える。

【００１８】ステータａ、ｂ、ｃは、それぞれインダク
タンス成分（Ｌ_a、Ｌ_b、Ｌ_c）７１、７３、７５およ
び抵抗成分（Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_c）７２、７４、７６を有
する。熱電対７７は、例えば銅−コンスタンタン等の熱
電対であり、ステータａの温度を検出して温度信号Ｔθ
としてトルク演算制御装置１に入力する。熱電対７７か
らトルク演算制御装置１に入力された温度信号Ｔθは、
恒温槽５０の制御に使用される。図２の各部分の信号入
出力端子に付した記号は、その入出力端子において入出
力される信号の名称を示す。

【００１９】恒温槽５０は、トルク演算制御装置１の制
御によりモータ７を所定の温度に設定して界磁の調整を
行う。界磁の強さは、モータ７の温度が、例えば１００
度上昇すると１７％程度弱くなる。このような温度の変
化に伴う界磁の強さの変化を利用して恒温槽５０により
ステータａ、ｂ、ｃの誘起電圧を所定の値に設定し、界
磁の強さを変更してステータａ、ｂ、ｃの誘起電圧を所
定の値に設定する。モータ７の温度と界磁の強さとの関
係は、計算により求めることができる。

【００２０】図３は、本発明のトルク演算制御装置１の
構成を示す図である。トルク演算回路１０は、レゾルバ
６１から入力されるモータ７の回転角、ステータａ、
ｂ、ｃの端子ａ、ｂ、ｃに現れる端子電圧、および、電
流計６２〜６４から入力されるステータａ、ｂ、ｃの電
流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_cの測定値に基づいて、モータ７の回
転数Ｎ、モータ７のステータの誘起電圧Ｅ、およびモー
タ７のトルクを算出する。なお、トルク演算制御装置１
の各部分の動作はトルク演算回路１０により制御され
る。損失データ記憶テーブル１１は、予め速度制御装置
１５によりモータ７を所定の複数の回転数で等速回転さ
せて、モータ７のステータ誘起電圧Ｅと回転数とを一定
間隔のパラメーターとして算出した損失のトルク換算値
Ｔ_LOSSを３次元テーブルの形式で記憶する。損失データ
記憶テーブル１１には、トルク演算回路１０で算出され
た回転数Ｎとステータ誘起電圧Ｅが入力され、損失デー
タ記憶テーブル１１は記憶されるパラメーターとこれら
が一致した場合、そのまま対応する損失のトルク換算値
Ｔ_LO _SSを減算回路１２に入力する。

【００２１】これらが一致しない場合、損失データ記憶
テーブル１１において、例えば以下のような補間が行わ
れ、この補間結果が減算回路１２に入力される。トルク
演算回路１０で算出されたモータ７の回転数ｘとステー
タ誘起電圧ｙに対応する損失Ｔ_LOSSxyを求める。損失デ
ータ記憶テーブル１１に記憶された以下の４つのパラメ
ーターＴ₁₁、Ｔ ₂₁、Ｔ₁₂、Ｔ₂₂の範囲内（Ｎ₁＜ｘ＜Ｎ
₂、Ｅ₁＜ｙ＜Ｅ₂）にある場合について述べる。説明
の便宜上これらのパラメーターをベクトルとして扱っ
て、以下のように表す。Ｔ₁₁：（Ｎ₁，Ｅ₁，Ｔ_LOSS11）、Ｔ₂₁：（Ｎ₂，Ｅ₁，Ｔ_LOSS21）、Ｔ₁₂：（Ｎ₁，Ｅ₂，Ｔ_LOSS12）、Ｔ₂₂：（Ｎ₂，Ｅ₂，Ｔ_LOSS22）、ただし、Ｎ₁、Ｎ₂は、損失データ記憶テーブル１１に
パラメーターとして記憶されるモータ７の回転数、
Ｅ₁、Ｅ₂は、損失データ記憶テーブル１１にパラメー
ターとして記憶されるモータ７のステータ誘起電圧、Ｔ
_LOSS11〜Ｔ_LOSS22は、これらのパラメーターに対応する
損失のトルク換算値Ｔ_LOSSである。

【００２２】まず、損失データ記憶テーブル１１は回転
数ｘ、ステータ誘起電圧ｙがこれらの範囲にあることを
判定する。次に、以下の２つのベクトルＴ_y1、Ｔ_y2を求
める。

【数１】Ｔ_y1＝（（Ｅ₂−ｙ）Ｔ₁₁＋（ｙ−Ｅ₁）Ｔ₁₂）／（Ｅ₂−Ｅ₁）・・・（１）

【００２３】

【数２】Ｔ_y2＝（（Ｅ₂−ｙ）Ｔ₂₁＋（ｙ−Ｅ₁）Ｔ₂₂）／（Ｅ₂−Ｅ₁）・・・（２）

【００２４】次に、これらのベクトルについて次の演算
を行う。

【数３】Ｔ_xy＝（（Ｎ₂−ｘ）Ｔ_y1＋（ｘ−Ｎ₁）Ｔ_y2）／（Ｎ₂−Ｎ₁）・・・（３）

【００２５】ここで、

【００２６】

【数４】Ｔ_xy＝（ｘ，ｙ，Ｔ_LOSSxy）・・・（４）

【００２７】である。なお、これらの計算を他の部分、
例えばトルク演算回路１０で行うように構成してもよ
い。

【００２８】減算回路１２は、トルク演算回路１０で算
出されたトルクから、損失データ記憶テーブル１１から
入力される上述の損失のトルク換算値Ｔ_LOSSを減算して
補正し、トルク制御回路１３、および表示インターフェ
ース回路１４に入力する。トルク制御回路１３は、減算
回路１２から入力される補正後のトルクの値と、トルク
の設定値に基づいて動作制御装置６に対する制御信号を
発生する。表示インターフェース回路１４は、補正後の
トルクの値、およびモータ７の回転数等を表示装置に表
示する。

【００２９】速度制御装置１５は、損失データ記憶テー
ブル１１の３次元形式のテーブルを作成する際に使用さ
れ、動作制御装置６を制御してモータ７を等速回転させ
る。通信制御回路１６は、端末５との通信制御を行い、
端末５を介して設定されるトルク演算制御装置１に対す
る設定情報、あるいはトルク演算制御装置１から端末５
に出力されるトルク測定結果情報等の入出力を行う。ス
イッチ１７は、トルク演算回路１０の制御により、モー
タ７の制御を行う場合には図３に示すａ側の接点を選択
し、損失データ記憶テーブル１１に記憶されるモータ７
の損失のトルク換算値の算出の際には図３に示すｂ側の
接点を選択する。温度制御装置１８は、トルク演算回路
１０の制御に従って恒温槽５０を所定の温度に設定す
る。以上述べたトルク演算制御装置１の各部分は、各部
分ごとに別々のハードウェアにより構成されるか、ある
いは、ＤＳＰ等により構成された高速演算を行う計算機
上にソフトウェア的に構成されるか等を問わない。ま
た、モータ７は３相同期モータに限らず、多相同期モー
タであってもよい。

【００３０】以下、トルク演算制御装置１およびこれを
用いた動力計の動作を説明する。まず、トルク演算回路
１０によるモータ７の実効的なトルクの算出、および、
この実効的なトルクの値を用いたモータ７に対する制御
について説明する。端末５、通信制御回路１６を介して
トルク演算回路１０にモータ７のトルクが設定される
と、トルク演算回路１０は、この値をトルク制御回路１
３に入力するとともにトルク制御回路１３を制御してモ
ータ７の回転を始動する。

【００３１】モータ７の回転角度はレゾルバ６１を介し
てトルク演算回路１０に入力され、トルク演算回路１０
はこの値に基づいてモータ７の回転数Ｎおよび角速度Ω
を算出する。また、レゾルバ６１、電流検出装置６２〜
６４、および、ステータａ、ｂ、ｃの端子電圧の測定値
に基づいて以下のようにモータ７のステータ誘起電圧の
算出を行う。モータ７のステータの誘起電圧について、
端子電圧に基づいて銅損の補正が行われる。ここで、モ
ータ７のトルクＴは次式で定義される。

【００３２】

【数５】Ｔ＝Ｐ／Ω＝Ｅ・Ｉ／Ω ・・・（５）ここで、Ｐはモータ７の電力（Ｗ）、Ωはモータ７の角
速度（ｒａｄ／ｓ）、Ｅはステータの誘起電圧（Ｖ）、
Ｉはステータの電流（Ａ）である。

【００３３】また、モータ７の電力Ｐは次式のように表
される。

【００３４】

【数６】Ｐ＝Ｅ_a×Ｉ_a＋Ｅ_b×Ｉ_b＋Ｅｃ×Ｉ_c ・・・（６）ここで、Ｉ_aはステータａの電流（Ａ相電流）、Ｉ_bは
ステータｂの電流（Ｂ相電流）、Ｉ_bはステータｃの電
流（Ｃ相電流）、Ｅ_aはステータａの誘起電圧（Ａ相誘
起電圧）、Ｅ_bはステータｂの誘起電圧（Ｂ相誘起電
圧）、Ｅ_cはステータｃの誘起電圧（Ｃ相誘起電圧）で
ある。

【００３５】しかし、各ステータａ、ｂ、ｃの誘起電圧
Ｅ_a、Ｅ_b、Ｅ_cは直接に測定することができない。よ
って、各ステータａ、ｂ、ｃの誘起電圧Ｅ_a、Ｅ_b、Ｅ
_cを次式より求める。

【００３６】

【数７】Ｅ_a＝Ｖ_a−Ｒ_aＩ_a−Ｌ_aｄＩ_a／ｄｔＥ_b＝Ｖ_b−Ｒ_bＩ_b−Ｌ_bｄＩ_b／ｄｔＥ_c＝Ｖ_c−Ｒ_cＩ_c−Ｌ_cｄＩ_c／ｄｔ・・・（７）ただし、Ｖ_aはステータａの端子電圧（Ｖ）、Ｖ_bはス
テータｂの端子電圧（Ｖ）、Ｖ_cはステータｃの端子電
圧（Ｖ）、Ｒ_aはステータａの抵抗（Ω）、Ｒ_bはステ
ータｂの抵抗（Ω）、Ｒ_cはステータｃの抵抗（Ω）、
Ｌ_aはステータａのリアクタンス（Ｈ）、Ｌ_bはステー
タｂのリアクタンス（Ｈ）、Ｌ_cはステータｃのリアク
タンス（Ｈ）である。

【００３７】ただし、式７に示した各ステータａ、ｂ、
ｃのステータ抵抗Ｒ_a、Ｒ_b、Ｒ_cは温度の変化によっ
て変化するので、さらに次式により近似される。

【００３８】

【数８】Ｒ_a＝Ｒ_a0（１＋ＫＴθ）Ｒ_b＝Ｒ_b0（１＋ＫＴθ）Ｒ_c＝Ｒ_c0（１＋ＫＴθ）・・・（８）ただし、Ｒ_a0は０°Ｃの場合のステータａの抵抗
（Ω）、Ｒ_b0は０°Ｃの場合のステータｂの抵抗
（Ω）、Ｒ_c0は０°Ｃの場合のステータｃの抵抗
（Ω）、Ｋはモータ７のステータａ、ｂ、ｃの抵抗成分
７２、７４、７６の温度係数（銅の場合、Ｋ＝０．４３
／１００）（１／°Ｃ）、Ｔθは、モータ７のステータ
ａの温度（°Ｃ）である。

【００３９】式５〜式８により、モータ７のトルクは次
式により求めることができる。

【００４０】

【数９】Ｔ_m＝｛（Ｖ_a−Ｒ_a0（１＋ＫＴθ）Ｉ_a−Ｌ_aｄＩ_a／ｄｔ）Ｉ_a ＋（Ｖ_b−Ｒ_b0（１＋ＫＴθ）Ｉ_b−Ｌ_bｄＩ_b／ｄｔ）Ｉ_b ＋（Ｖ_c−Ｒ_c0（１＋ＫＴθ）Ｉ_c−Ｌ_cｄＩ_c／ｄｔ）Ｉ_c｝／Ω ・・・（９）ただし、Ｔ_mはモータ７の発生するトルク（Ｎ・ｍ）で
ある。

【００４１】ここで、端子電圧Ｖ_a、Ｖ_b、Ｖ_cはトル
ク演算回路１０により測定され、電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_c
は電流検出装置６２〜６４により測定され、角速度Ωは
上述のように算出されて、またリアクタンス成分Ｌ_aは
事前に測定されて既知となっている。また、リアクタン
ス電圧Ｌ_a・ｄＩ_a／ｄｔ、Ｌ_b・ｄＩ_b／ｄｔ、Ｌ_c
・ｄＩ_c／ｄｔについては、リアクタンス成分の値と連
続した電流Ｉ_a、Ｉ_b、Ｉ_cの値に基づいて次式から求
めることが可能である。

【００４２】

【数１０】ｄＩ_a／ｄｔ＝（Ｉ_ak−Ｉ_ak-1）／Δｔ・・・（１０）ただし、Ｉ_ak、Ｉ_ak-1は第ｋ番目、および、第ｋ−１番
目（ｋは整数）の測定時の電流Ｉ_aの値である。

【００４３】さらにトルク演算回路９は、式１８で求め
た主極の誘起電圧Ｅを式５に代入してモータ７のトルク
を計算する。この計算結果は減算回路１２に入力され
る。また、ステータ誘起電圧Ｅとモータの回転数Ｎは損
失データ記憶テーブル１１に入力され、上述した損失の
トルク換算値Ｔ_LOSSの補正等に使用される。減算回路１
２において、このトルクの値から損失データ記憶テーブ
ル１１から上述のように出力される損失のトルク換算値
Ｔ_LOSSが減算され、鉄損が補正されてモータ７の実効的
なトルクの値としてトルク制御回路１３に入力される。
また、この実効的なトルクの値は、表示インターフェー
ス回路１４を介して表示装置に実時間的に表示される。

【００４４】トルク制御回路１３は、このモータ７の実
効的なトルクの値と、トルクの設定値に基づいて制御信
号を生成し、動作制御装置６に入力する。ここで、図３
に示すスイッチ１７はａ側の接点を選択している。つま
り、上述のように算出される実効的なモータ７のトルク
の値が設定値よりも低くなった場合、動作制御装置６が
モータ７に供給する電力を増やしてモータ７のトルクを
大きくするように制御信号を生成する。

【００４５】逆に実効的なモータ７のトルクの値が設定
値よりも高くなった場合、動作制御装置６がモータ７に
供給する電力を減らしてモータ７のトルクを小さくする
ように制御信号を生成する。ここで、トルク制御回路１
３の制御信号の生成方法としては、例えば予めトルクの
値と発生する制御信号の関係を記憶したＲＯＭテーブル
を参照することにより行ってもよく、また適切な演算に
より行ってもよい。

【００４６】動作制御装置６は、この制御信号に従って
モータ７に供給する電力を制御してモータ７を所定のト
ルクで回転させる。また、トルク演算回路１０で算出さ
れたステータ誘起電圧等は通信制御回路１６を介して端
末５において表示、あるいは記憶される。このモータ７
の回転は、図１に示す動力計８の円筒６２を介して自動
車８１に伝えられ、自動車８１に対して設定された値の
一定のトルクの負荷を与える。測定装置８０は、自動車
８１に関する種々の測定を行う。

【００４７】以上で銅損および鉄損を補正したモータ７
の実効的なトルクを算出することができ、また、この実
効的なトルクの値に基づいた正確なモータ７の制御を行
うことができる。さらに、動力計の負荷、例えば自動車
等に正確なトルク値の負荷を与えられるので、自動車の
各性能の正確な測定値を得ることができる。

【００４８】以下、損失データ記憶テーブル１１の３次
元形式のテーブルの生成方法について説明する。実際に
は、この３次元形式のテーブルは動力計の使用に先立っ
て生成する必要がある。ここで、モータ７で発生する損
失は機械損、鉄損、および、浮遊負荷損に起因するが、
この内の浮遊負荷損はほとんど無視可能と考えられる。
機械損は、さらに摩擦損と風損とからなり、鉄損はヒス
テリシス損と渦電流損とからなる。摩擦損と風損は以下
の式で示すように、いずれもモータ７の角速度Ωの関数
である。

【００４９】

【数１１】摩擦損∝Ω ・・・（１１）

【００５０】

【数１２】風損∝Ω² ・・・（１２）

【００５１】ここで、次式が成り立つ。

【数１３】 Ω＝２πＮ・・・（１３）ただし、Ｎはモータ７の単位時間当たりの回転数であ
る。

【００５２】よって、機械損は回転数Ｎの関数である。
また、鉄損は渦電流損とヒステリシス損に起因する。渦
電流損とヒステリシス損は次式で示すように、磁束密度
Ｂと回転数Ｎの関数となる。

【００５３】

【数１４】渦電流損∝Ｂ²・Ｎ² ・・・（１４）

【００５４】

【数１５】ヒステリシス損∝Ｂ^1.6・Ｎ〜Ｂ²・Ｎ・・・（１５）

【００５５】磁束φ、磁束密度Ｂ、およびステータ誘起
電圧Ｅには以下の関係があるので、結局鉄損はＥと回転
数Ｎの関数となる。

【００５６】

【数１６】Ｂ＝φ／Ｓ・・・（１６）ただし、Ｓは有効面積である。

【００５７】

【数１７】Ｅ＝ｋφＮ・・・（１７）ただし、ｋは比例定数である。

【００５８】この関係を次式で表す。

【数１８】Ｔ_LOSS＝ｆ（Ｅ，Ｎ）・・・（１８）

【００５９】モータ７の損失の内、銅損はすでに式９に
おいて考慮されている。従って、損失のトルク換算値Ｔ
_LOSSは、回転数Ｎとステータ誘起電圧Ｅをパラメーター
としてテーブル化できる。

【００６０】まず、トルク演算回路１０は図３に示すス
イッチをｂ側に選択し、速度制御装置１５と動作制御装
置６を接続しモータ７を等速回転させる。レゾルバ６
１、電流検出装置６２〜６４により測定されたモータ７
の回転角、各電流値、および、トルク演算回路１０自体
が測定する各電圧値に基づいて、トルク演算回路１０は
モータ７のトルクを計算する。この段階では、損失デー
タ記憶テーブル１１の３次元形式のテーブルはまだ生成
されていない。従って、図３においてトルク演算回路１
０と損失データ記憶テーブル１１間の点線で示すよう
に、算出されたモータ７のトルクについて損失の補正を
行わずにトルクの値を損失のトルク換算値Ｔ_LOSSとして
対応するパラメーターと共に記憶する。

【００６１】回転数は上述のように速度制御装置１５へ
の設定で行う。同一回転数におけるステータ誘起電圧Ｅ
の値の変更は、上述のように恒温槽５０の温度を温度制
御装置により変更し、モータ７の温度を変更して界磁の
強さを変更することにより行う。つまり、トルク演算装
置１０は、速度制御装置１５でモータ７の回転数を一定
に保ちながら温度制御装置１８を制御して、界磁を強め
たい場合には恒温槽５０の温度を下げ、弱めたい場合に
は恒温槽５０の温度を上げるように制御する。

【００６２】図４は、損失データ記憶テーブル１１の３
次元形式のテーブルの内容を説明する図である。図４に
示すように、このテーブルにはステータ誘起電圧Ｅとモ
ータ７の回転数をパラメーターに損失のトルク換算値Ｔ
_LOSSが記憶されている。なお、このパラメーターは等間
隔にすることが好適である。以上述べたように、本発明
のトルク演算制御装置１およびこれを使用した動力計に
よれば、モータ７に生じる銅損の変化、および鉄損およ
び機械損の影響を排除した正確なモータ７の実効的なト
ルクの値を計測することが可能であり、この正確なトル
クの値に基づいて正確なモータ７に対するトルク制御を
行うことが可能である。

【００６３】また、正確なトルクの値の負荷を測定対象
に与えることが可能であるため、自動車等の各性能を正
確に求めることができる。なお、トルク演算制御装置１
は動力計だけではなく一般的なモータ等の制御に使用し
ても良好な性能を発揮する。トルク演算回路１０の各部
分を、カスタムＬＳＩで構成して高速演算を行うように
することにより、トルク演算回路１０の応答時間をより
高速にすることができる。また、同期モータの採用によ
り、動力計８として使用する際に構造が簡単となり、し
かも無揺動である。従って、動力計８の機械的強度が向
上する。

【００６４】また、ロードセル使用時のような、動力計
８の機械的振動がトルク値に現れない。また、演算によ
りトルクの補正を行うので、錘による動力計８の構成が
不要になる。また、運転中の界磁の変化、例えば電機子
反作用等の影響を受けない。また、モータ７の損失を３
次元的なテーブルに記憶しているので、鉄損等の損失も
次回の変化に対応して正確な補正を行うことが可能であ
る。

【００６５】さらに、小出力容量のモータから大出力容
量モータまで、同一のシステムでトルク制御を行うこと
が可能である。また、機械的にトルクの検出を行わない
ので、定格以上の過大な入力に対しても故障等のトラブ
ルを生じにくい。表示インターフェース回路１４に４桁
２回路のＬＥＤ表示器を用いることにより、ステータ誘
起電圧、電流、モータ７の回転数、および、トルク値等
のモニタが可能である。上記実施例に示した他に本発明
のトルク測定方法およびその装置とこれらを用いたトル
ク制御装置は、トルク演算制御装置１においてステータ
ａの温度だけでなくステータｂ、ｃの温度をも測定する
等、種々の構成をとることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、算出
されたモータのトルクの値についてステータの温度、お
よび、鉄損等に基づいた補正を加えることによりその影
響を排除することができ、正確に測定することが可能で
ある。また、このトルクの値に基づいて、モータに対し
て正確なトルク制御を行うことが可能である。さらに、
本発明を動力計に用いた場合、測定対象に正確なトルク
の値の負荷を与えることが可能であり、正確な測定結果
を得ることができる。また同期モータを使用した場合、
ブラシがないのでＤＣモータを使用する場合に比べて故
障が少なく、しかも保守がしやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトルク演算制御装置を応用した動力計
の構成を示す図である。

【図２】図１に示した動力計のトルク制御に関係する部
分の構成を示す図である。

【図３】本発明のトルク演算制御装置の構成を示す図で
ある。

【図４】損失データ記憶テーブルの３次元形式のテーブ
ルの内容を説明する図である。

【図５】ロータに永久磁石を用いた同期モータのトルク
制御を行う従来のトルク制御装置の構成を示す図であ
る。

【図６】トルク制御装置においてトルク計算値の補正に
使用される同期モータの回転数ωと損失値Ｔ_LOSSの関係
を示す図である。

【符号の説明】

１・・・トルク演算制御装置、１１・・・損失データ記
憶テーブル、１２・・・減算回路、１３・・・トルク制
御回路、１４・・・表示インターフェース回路、１５・
・・速度制御装置、１６・・・通信制御回路、１７・・
・スイッチ、１８・・・温度制御装置、５・・・端末、
６・・・動作制御装置、５０・・・恒温槽、６１・・・
レゾルバ、６２〜６４・・・電流検出装置、７・・・モ
ータ、７１，７３，７５・・・インダクタンス成分、７
２，７４，７６・・・抵抗成分、７７・・・熱電対、７
８・・・中点、８・・・動力計、８０・・・測定装置、
８１・・・自動車、８２・・・円筒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動作中の同期モータの回転角、該モータの
のステータの温度、電流、回転角、および、端子電圧を
測定し、該温度に基づいて該ステータの巻線抵抗値を補
正し、該補正された巻線抵抗値、該電流、および、該端
子電圧に基づいて該ステータの誘起電圧を算出し、該同期モータの回転数を算出し、前記誘起電圧と前記回転数とに基づいて前記同期モータ
のトルクを算出し、前記誘起電圧と前記回転数とに対応して予め算出した前
記同期モータの損失のトルク換算値により前記算出され
たトルクを補正するトルク測定方法。
【請求項２】前記予め算出した損失のトルク換算値は、
測定した該電流、該端子電圧、および、該温度に基づい
て前記同期モータのトルクを算出し、算出された前記ト
ルクを、該予め算出された損失のトルク換算値として前
記誘起電圧および前記回転数に対応付けて記憶され、前記予め算出した損失のトルク換算値の算出の際の誘起
電圧の設定は、少なくとも前記ステータを所定の温度に
設定して界磁の強さを制御することにより行われること
を特徴とする請求項１に記載のトルク測定方法。
【請求項３】動作中の同期モータの回転角を測定する回
転角測定手段と、前記同期モータのステータの電流を測定する電流測定手
段と、前記同期モータのステータの端子電圧を測定する端子電
圧測定手段と、前記同期モータのステータの温度を測定する温度測定手
段と、測定された前記回転角に基づいて前記同期モータの回転
数を算出する回転数算出手段と、測定された前記ステータの温度に基づいて該ステータの
巻線抵抗値を補正し、測定された前記ステータの電流、
端子電圧、および、該補正された巻線抵抗値に基づいて
前記ステータの誘起電圧を算出する誘起電圧算出手段
と、前記誘起電圧と前記回転数とに基づいて前記同期モータ
のトルクを算出するトルク算出手段と、前記誘起電圧と前記回転数とに対応して予め算出した前
記同期モータの損失のトルク換算値により前記算出され
たトルクを補正する補正手段とを有するトルク測定装
置。
【請求項４】前記同期モータを所定の回転数で回転させ
る制御手段と、前記同期モータを所定の温度に設定して前記同期モータ
の界磁の強さを所定の値に設定する温度設定手段と、前記ステータの電流、端子電圧、および、温度に基づい
て前記モータのトルクを算出するトルク算出手段と、前記算出されたトルクを前記予め算出された損失のトル
ク換算値として前記誘起電圧と前記回転数とに対応付け
て記憶する記憶手段とを有することを特徴とする請求項
３に記載のトルク測定装置。
【請求項５】前記回転角測定手段は、レゾルバにより前
記同期モータの回転角を測定することを特徴とする請求
項３または４に記載のトルク測定装置。
【請求項６】前記同期モータは、ロータに永久磁石を用
いた同期モータであることを特徴とする請求項３〜５の
いずれかに記載のトルク測定装置。
【請求項７】動作中の前記同期モータのステータの誘起
電圧および回転数、またはこれらのいずれか一方が前記
記憶手段に記憶された値と一致しない場合は、記憶され
ている前記損失のトルク換算値に基づいて、動作中の前
記ステータの誘起電圧と回転数とに対応する前記損失の
トルク換算値を関数補間する補間手段をさらに有するこ
とを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のトルク
測定装置。
【請求項８】請求項３〜７のいずれかに記載のトルク測
定装置により同期モータのトルクを測定し、該トルクの
値に基づいて該モータのトルク制御を行うトルク制御装
置。
【請求項９】請求項８に記載のトルク制御装置と、前記トルク制御装置が制御する同期モータにより測定対
象に負荷をかける負荷手段とを有する動力計。
【請求項１０】所定の回転数で動作中の同期モータを所
定の温度に設定して誘起電圧を所望の値に設定し、該回
転数および該誘起電圧における該同期モータの損失のト
ルク換算値を算出し、該算出された損失のトルク換算値
を該誘起電圧、および、該回転数に対応付けて３次元的
なテーブルを作成することを特徴とする損失テーブル作
成方法。