JPH08248104A - 電動機性能試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供試モータを車両の走行モードデータに基づ
き運転させるとともに負荷モータを負荷データに基づき
運転させて性能試験を行う装置において、高精度に試験
を行う。 【構成】 走行モードデータに従って供試モータ２をコ
ントローラ７で制御し、負荷モータを負荷パターンに従
ってコントローラ９で制御する。ホストコントローラ１
０は速度パターン及び車両条件に基づき予め前記負荷パ
ターンを作成してコントローラ７、９に同期出力する。
トルクセンサ４などで検出されたデータはホストコント
ローラ１０に入力され、効率とモータ出力、効率と回転
数などの２次元マップが作成される。フィードバック制
御を用いることなく、負荷パターンを予め作成して供給
するので、高精度の試験を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動機性能試験装置、特
に電気自動車用の電動機の性能試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、性能試験すべき電動機（以下、
供試モータという）をテストベンチにて評価する場合、
一定条件（一定回転数・一定トルク）と加減速運転の２
種類の評価がある。加減速運転の中には、さらに単純な
パターン運転と車両走行相当のモード運転がある。モー
ド運転を行う場合、供試モータが決められた速度パター
ン（例えば米国カリフォルニア州の規定するＬＡ＃４）
となるように速度制御を行うが、その際に、負荷電動機
（以下負荷モータという）により走行抵抗制御を実現し
ている。

【０００３】走行抵抗制御は、供試モータの速度（車
速）によって車両にかかる負荷を演算して負荷モータへ
出力するものであり、負荷モータの制御系内部にこの走
行抵抗を演算する演算部を備えている。

【０００４】走行抵抗を演算する方法にはいくつかあ
り、例えば以下の方法が知られている。

【０００５】（１）速度により予め設定されている負荷
マップから負荷を算出する。この場合には、テストベン
チに車両と等価な慣性を有するもの（フライホイール）
が装備されていればよく、速度による抵抗分を負荷とし
て与えればよい。

【０００６】（２）負荷モータのフィードバック速度・
加速度と車重・空気抵抗係数などから負荷を算出する。
テストベンチで実施する場合、負荷モータのフィードバ
ック速度・加速度を高精度に計測し、結果に応じた負荷
を与える。

【０００７】なお、特開平３−２１２１９４号公報に
は、車両の走行スケジュールに従って供試モータに速度
指令（トルク指令）を出力し、負荷モータにはフィード
バック速度・加速度にて走行状態に対応した抵抗（トル
ク）を出力する構成が提案されており、それぞれの動作
はマイクロコンピュータで制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の場合では、フライホイールを装備するためのテ
ストベンチの機械強度を強化する必要があり、構成が大
型化すると共にコスト増を招いてしまう。

【０００９】また、上記従来公報を含む（２）の場合で
は、デジタル系で離散誤差の影響のため、またアナログ
系ではノイズの影響のため高精度の加速度検出が困難で
あり、従って、この加速度検出の誤差に伴って現実の車
両ではあり得ない負荷を与えてしまう可能性もあり、真
の走行抵抗の実現は困難である問題がある。

【００１０】さらに、フィードバック速度・加速度を計
測する場合、必ず時間遅れが存在するため計測値の再現
性に問題が生じ、一方この時間遅れを少なくするために
はマクロコンピュータの精度を向上させなければなら
ず、コスト増加につながる問題もある。

【００１１】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、高精度、かつ効率的
に供試モータの性能を試験することができる性能試験装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の電動機性能試験装置は、走行モード
データに従って電動機（供試モータ）を駆動する電動機
制御手段と、負荷パターンに従って負荷電動機（負荷モ
ータ）を駆動する負荷電動機制御手段と、速度パターン
及び車両条件に基づき予め前記負荷パターンを作成して
前記負荷電動機制御手段に出力するとともに、前記電動
機制御手段及び前記負荷電動機制御手段の動作タイミン
グを同期制御する主制御手段を有することを特徴とす
る。

【００１３】また、上記目的を達成するために、請求項
２記載の電動機性能試験装置は、さらに、少なくとも前
記電動機のトルク、回転数、駆動電流、駆動電圧を検出
して前記主制御手段に出力する検出手段と、前記検出手
段からの信号に基づき、前記電動機の少なくとも出力あ
るいは回転数と効率の関係を２次元マップとして作成す
るマップ作成手段を有することを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１記載の電動機性能試験装置では、従来
のようにフィードバック制御により負荷モータのトルク
を決定するのではなく、主制御手段が予め供試モータへ
指示する走行データに同期した負荷パターンを作成して
負荷モータに出力するので、制御遅れがなく、また、加
速度演算に伴うトルク指令値の誤差の影響もなく、高精
度の性能試験が可能となる。

【００１５】また、請求項２記載の電動機性能試験装置
では、２次元マップ作成手段が試験結果を効率を含む２
次元のマップとして表現するので、効率の傾向を容易に
把握することが可能となる。

【００１６】なお、以下の実施例に示されるように、主
制御手段が２次元マップ作成手段として機能することも
可能であることは言うまでもない。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。

【００１８】図１には本実施例のシステム構成が示され
ている。テストベンチ１上に供試モータ２及び負荷モー
タ３が設置され、両モータは機械的に接続されている。
連結軸にはトルクセンサ４が設けられており、供試モー
タ２の出力トルクを計測する。また、供試モータ２には
インバータ６が接続され、負荷モータ３にはインバータ
８が接続されている。インバータ６のスイッチング動作
は電動機制御手段としてのコントローラ７で制御され、
インバータ８のスイッチング動作は負荷電動機制御手段
としてのコントローラ９で制御される。なお、インバー
タ６、８には直流電源装置１１が接続されており、イン
バータ６、８はこの直流を交流に変換して各モータ２、
３を駆動する。コントローラ７、９の上位には主制御手
段としてのホストコントローラ１０が専用のデータバス
１２で接続され、ホストコントローラ１０が２つのモー
タを統括して制御するようになっている。ホストコント
ローラ１０は、モータインターフェース部、計測制御部
及び表示解析部から構成されており、モータインターフ
ェース部を介して専用のデータバス１２に電気的に定周
期の高速同期信号をコントローラ７、９に送信してコン
トローラ７、９に対して同期動作指示を行う。コントロ
ーラ７、９はその同期信号から自らの制御信号を生成し
ているので、モータ２、３の同期性が保証される。な
お、高速同期信号は両モータの機械的時定数より短い周
期での動作指示のため、単純な動作パターンから複雑な
パターンまでいろいろな運転が可能である。

【００１９】さらに、供試モータ２の回転数や電流、電
圧を検出する各種計測器１３が設けられ、その検出信号
がトルクセンサ４からの検出信号とともにホストコント
ローラ１０に出力される。ホストコントローラ１０の表
示解析部では、これら計測信号に基づいて供試モータ２
の効率を算出し、回転数と効率、あるいはモータ出力と
効率の２次元マップを作成して出力する。

【００２０】本実施例の構成は以上のようであり、以下
その動作を図２のフローチャートを用いて詳細に説明す
る。

【００２１】図２において、まず走行モードデータより
指示速度パターンデータを入力する（Ｓ１０１）。本実
施例では、図３に示す米国カリフォルニア州の規定する
ＬＡ＃４モードを用いる。次に、ホストコントローラ１
０はこの指示速度パターンデータから時事刻々の加速度
データを算出する（Ｓ１０２）。加速度データは、図３
の車速パターンを時間微分することにより得られる。指
示速度パターンが入力されて加速度パターンが算出され
た後、ホストコントローラ１０は供試モータ２が搭載さ
れる車両の走行抵抗値、タイヤ径、車重、ギヤ比などに
基づいて負荷モータ３への指示トルクパターンを作成す
る（Ｓ１０３）。トルクパターンは、

【数１】出力トルク＝走行抵抗＋加減速抵抗 であるが、走行抵抗を算出する方法としては、以下のよ
うな方法を用いることができる。

【００２２】（Ａ）マップ法 予め車速基準に各車速に対してその時の走行抵抗を入力
しておき、線形補間演算により任意の車速での走行抵抗
を得る。

【００２３】（Ｂ）演算法Ｉ 以下の式を用いて走行抵抗を算出する。

【００２４】

【数２】走行抵抗＝Ａ＋ＢＶ＋ＣＶ２ 但し、Ａ、Ｂ、Ｃ：定数、Ｖ：車速 （Ｃ）演算法ＩＩ 以下の式を用いて走行抵抗を算出する。

【００２５】

【数３】走行抵抗＝１／２・ＣＤ・Ｓ・ρ（Ｖ／３．
６）２＋ｇ・μ・Ｗ 但し、Ｖ：車速、ＣＤ：空気抵抗係数、Ｓ：車両全面投
影面積、ρ：空気密度、μ：ころがり抵抗係数、Ｗ：車
重 本実施例においては、ホストコントローラ１０が予め負
荷モータ３に与えるトルクを作成することに特徴があ
り、これら（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの方法も用いること
が可能である。

【００２６】また、加減速抵抗を算出する方法として
は、例えば以下の式を用いることができる。

【００２７】

【数４】加減速抵抗＝Ｗ／ｇ・ｄＶ／ｄｔ このようにして負荷モータ３への指示トルクを作成した
後、ホストコントローラ１０は供試モータ２への速度指
示パターンを作成する（Ｓ１０４）。この速度指示パタ
ーンは、Ｓ１０１にて入力された指示速度パターンデー
タに基づいて作成され、本実施例では上述したように図
３に示す速度パターンが作成される。次に、この供試モ
ータ２への速度指示パターンと同期した負荷モータ３へ
のトルクパターンを作成する（Ｓ１０５）。トルク算出
方法は、上述した（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかが用いら
れ、作成されたトルクパターンの一例が図４に示されて
いる。図４において、上側が供試モータ２への指示速度
パターンを回転数で表現したものであり（従って、パタ
ーン自体は図３と同一である）、下側がこの指示速度パ
ターンに同期した負荷モータ３のトルクパターンであ
る。そして、作成された同期パターンは供試モータ２及
び負荷モータ３にデータバス１２を介して出力される
（Ｓ１０６）。図５にはホストコントローラ１０から供
試モータ２及び負荷モータ３に出力される指示速度パタ
ーン及びトルクパターンの一例が示されている。図５
（Ａ）が供試モータ２（実際にはコントローラ７）に出
力される指示速度パターン、図５（Ｂ）が負荷モータ３
（実際にはコントローラ９）に出力されるトルクパター
ンである。両パターンは同期しており、従って従来のよ
うにフィードバックの制御遅れの問題は生じない。

【００２８】以上のようにして供試モータ２及び負荷モ
ータ３を制御しつつ、トルクセンサ４や各種計測器１３
でデータを検出すると、検出データはホストコントロー
ラ１０の表示解析部に入力され、その解析が行われる
（Ｓ１０７）。解析方法としては、供試モータ２の効率
を算出し、この効率とモータ出力、あるいは効率とモー
タ回転数、あるいは効率とモータ電流（あるいは電圧）
との関係を２次元マップ上にマッピングすることにより
行われる。なお、効率は、

【数５】効率＝Σ（Ｔ・Ｎ）／Σ（Ｉ・Ｖ） 但し、Ｔ：トルク、Ｎ：回転数、Ｉ：電流、Ｖ：電圧 で算出される。図６には算出されたモータ出力と効率と
の関係の一例が２次元マップとして示されている。図に
おいて、横軸はモータ出力（ＫＷ）であり、縦軸は効率
（％）である。また、図には示していないが、マップ上
の各データ点にはそのデータが得られた順番が付されて
おり、２次元上の時系列データとして表現されている。
供試モータ２及び負荷モータ３への指示速度及び指示ト
ルクが予め演算されて出力されるため、制御遅れがな
く、かつ、加速度検出に付随する精度低下の問題もな
く、短時間に高精度のデータを得ることができるとと
も、モータの出力重心を容易に把握することができる。
一般に、モータ設計は重心の周辺について最適に設計す
ればよいので、図６に示す評価結果を得ることにより、
その範囲設定を容易に行うことができる。

【００２９】一方、図１０には比較のため従来の性能試
験装置で得られる試験結果の一例が示されている。図に
おいて、横軸はモータ回転数（ｒｐｍ）、縦軸はモータ
トルク（Ｎｍ）である。図中黒丸が計測ポイントであ
り、各計測ポイントにおいてモータ効率が算出される。
この従来装置では、効率の傾向を知ることが困難であ
り、エネルギ損失の因果関係などを探索するのは容易で
はない。図６と比較すれば、従来の試験装置と本実施例
の試験装置の相違は明らかであろう。

【００３０】なお、図６に示した性能評価結果は、ＬＡ
＃４の０％登坂の場合であるが、本実施例では指示速度
パターン及びトルクパターンを予め演算して与えるの
で、任意の走行パターンに容易に対応することができ
る。例えば、図７には同じＬＡ＃４の１％登坂の場合の
性能評価結果が示されており、０％登坂の時に負荷モー
タに与えるトルクパターンを若干修正するのみで得るこ
とができる。

【００３１】また、図８には他の評価結果が示されてお
り、横軸を回転数、縦軸を出力トルクとした場合の一定
時間毎の効率分布である。回転数、トルク、効率をグラ
フ化するためには３次元が必要となるが、このマップで
は効率のプロットを一定刻み色分けすることで２次元表
現している。すなわち、図において、符号ａで示される
範囲内は赤色でプロットされ、符号ｂで示される範囲内
は橙色でプロットされ、符号ｃで示される範囲内は黄色
でプロットされ、符号ｄで示される範囲内は黄緑色でプ
ロットされる。そして、赤、橙、黄、黄緑の順で効率が
低下していくことを示している。このように、モータの
効率分布は天気図の等圧線のようになり、効率をグラフ
ィカルに表現でき分析することができる。従って、この
ような表現方法において特異な色分布が現れた場合に
は、何らかの異常があると判断できるので、迅速に設計
変更等を行うことができる。なお、この図８においても
図６と同様に各計測ポイントに番号を付すこともでき
る。

【００３２】さらに、図９には横軸を時間、縦軸を回転
数、トルク、効率とした場合の表示例が示されている。
このように回転数と時間、トルクと時間、及び効率と時
間の３つの関係を示すグラフを統一的に表示することに
より、どの運転パターンの時に効率が低下するかを瞬時
に判断することが可能となる。

【００３３】以上、評価結果を表示する方法として好適
な３つの例を示したが、本発明においては、少なくとも
効率という物理量を含んだ２次元マップを作成すること
に特徴があるので、図６乃至図９以外の表示方法も本発
明の技術思想に含まれることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の電
動機性能試験装置によれば、フィードバック制御の遅れ
や加速度検出に伴うトルク指令値の誤差の影響がなく、
短時間にかつ高精度に電動機（供試モータ）の性能試験
を行うことができる。また、負荷パターンを予め演算し
て与えるので、負荷パターンを修正するのみで種々の走
行条件下での性能試験を容易に行うことができる。

【００３５】また、請求項２記載の電動機性能試験装置
によれば、試験結果はモータ出力と効率、あるいはモー
タ回転数と効率などの２次元マップとして表現されるの
で、効率の傾向を容易に把握することができ、以後のモ
ータ設計の重要な指針を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の構成図である。

【図２】 同実施例の処理フローチャートである。

【図３】 同実施例の走行パターン説明図である。

【図４】 同実施例のトルクパターン説明図である。

【図５】 同実施例のホストコントローラからの速度及
びトルクの出力説明図である。

【図６】 同実施例の評価結果（０％登坂路）説明図で
ある。

【図７】 同実施例の評価結果（１％登坂路）説明図で
ある。

【図８】 同実施例の他の評価結果説明図である。

【図９】 同実施例のさらに他の評価結果説明図であ
る。

【図１０】 従来装置の評価結果説明図である。

【符号の説明】

１ テストベンチ、２ 供試モータ、３ 負荷モータ、
４ トルクセンサ、６インバータ（供試モータ用）、７
コントローラ（供試モータ用）、８ インバータ（負
荷モータ用）、９ コントローラ（負荷モータ用）、１
０ ホストコントローラ、１１ 直流電源装置、１２
データバス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機を車両の走行モードデータに基づ
   き運転させるとともに、この電動機に対して機械的に連
   結された負荷電動機を負荷データに基づき運転させ、電
   動機の性能試験を行う電動機性能試験装置であって、 前記走行モードデータに従って前記電動機を駆動する電
   動機制御手段と、 負荷パターンに従って前記負荷電動機を駆動する負荷電
   動機制御手段と、 速度パターン及び車両条件に基づき予め前記負荷パター
   ンを作成して前記負荷電動機制御手段に出力するととも
   に、前記電動機制御手段及び前記負荷電動機制御手段の
   動作タイミングを同期制御する主制御手段を有すること
   を特徴とする電動機性能試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動機性能試験装置にお
   いて、さらに、 少なくとも前記電動機のトルク、回転数、駆動電流、駆
   動電圧を検出して前記主制御手段に出力する検出手段
   と、 前記検出手段からの信号に基づき、前記電動機の少なく
   とも出力あるいは回転数と効率の関係を２次元マップと
   して作成するマップ作成手段を有することを特徴とする
   電動機性能試験装置。