JPS618640A - 交流電動機のトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、交流電動機または交流電動機の動力伝達ト
ルクを軸トルク計を使用せずに、入力電力と速度とから
電気的に算出するようにした交流電動機のトルク検出装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。第
１図に於て、１は軸トルク計、２は交流電動機（又は発
電機）、６は被試験機への出力軸、４は上記交流電動機
（又は発電機）の回転数を計測する計測装置である。第
２図は、上記の軸トルク計１の内部構造を示す図である
。１ａは軸にひずみを起させるためのトーションバー、
１ｂはひずみを電気的変化に変換するためのひずみゲー
ジ。

１ｃは電気信号を固定側、に休えるためのスリップリン
グ、１ｄは上記スリップリング１ｃと対になったブラシ
でｌる。

次に動作について説明する。第１図に示した交流電動機
２は１発電機としても動作できるため、軸トルクの伝達
方向は可逆であるが、説明は電動機動作で行うことにす
る。上記の電動機２に駆動力が与えられた場合、出力軸
６を介して被試験機にトルクが伝えられるが、中間に設
置された軸トルク計１の内部にあるトーションノ（−１
１には）く−のねじれによるひずみが生じる。このひず
み量がひずみゲージ１ｂにて電気量に変換され、スリッ
プリング１ｃ、ブラシ１ｄを経由して、外部に取出され
、メータ等に表示される。

従来の軸トルクのひずみを計測する装置は以上のように
構成されているので、電動機と被測定器の間にトルク計
設置スペースが必要であシ、かつ、構造が複雑なため、
精度維持のための保守がむづかしいものであった。また
、軸トルク計に設けられたトーションバーは通常ひずみ
量を大きくとやため、弾性となシ軸系のねじれ振動の共
振周波数が下がり、−被試験機の種類によっては、異常
振動を起しやすく、測定しにくいなどの欠点がちった。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来のものの欠点を除表するた
め（なされたもので、交流電動機（又は交流発電機）の
出力トルクを軸トルク計を使用せずに、入力電力と速度
とから電気的に算出し、トルクに比例した電気信号を得
るようにした交流電動機のトルク検出装置を提供するこ
とを目的としている。

〔発明の実施例〕

以下に、この発明の一実施例を説明するに、まずはその
概略を説明する。

一般に、軸伝達トルクＴは、次式によって表わし得るの
は１周知の事実である。

Ｔ＝軸軸トルクα−帽 Ｐ＝入力電力（ＫＷ） Ｌ＝全損失　（ＫＷ） Ｎ＝回転速度（ｒｐｍ） 上記の（１）大円の入力電力２％回転速［Ｎは、簡単に
計測可能であシ、その誤差を数チ内にする事はそれす１
ど困難ではない。しかし、全損失りは、電動機の運転速
度や負荷状態により、変化しかつ、交流電動機では、そ
の値が大きいため、精度の面で、難点があシ、実用には
ならないと考えられていた。

この発明は、上記の全損失りを入力電力Ｐと回転速度Ｎ
の関数と、求めるトルク値Ｔの関数で表わし、トルク計
測を高精度で、実用可能にするものであシ以下に詳述す
る。

以下、この発明の一実施例を第８図について説明する。

第８図において、２は交流電動機、４は回転速度検出装
置で従来と同じ機能を持つものである。５は、交流電動
機に可変周波数、可変電圧金与えるためのインバータ装
置で以下インバータと略称する。、６はｖｖｖＦに直流
電源を与えるだめの直流電源装置、７は商用電源である
。８は直流電圧検出器、９は直流電流検出器である。１
０はトルク演算装置のブロック図を示す。トルク演算装
置１０内の計算内容について次に説明する。

１０ａのブロックは、式（１）の入力電力Ｐを求める。

Ｐ＝Ｅｄ−Ｉｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　−・−■・・・　式（２）％式％ 力お、Ｅｄは直流電圧検出器８により検出された測定値
であシ、Ｉｄは直流電流検出器９により検出された測定
値である。

式（１）の回転速度は、回転速度検出装置４により検出
された測定値である。また、式（１）の全損失りは、イ
ンバータ５の損失と、交流電動機２の損失およびインバ
ータ５から交流電動機２に至る電線の損失を統計したも
のとなる。第８図の１０ｂ〜１０ｆは損失を求めるため
のブロックである。まず１０ｂブロツクにて、５！流出
力電流Ｉａを求める。Ｉａは、直接計測してもよいが、
計測装置が必要かつ計測しても必らず誤差が増加するか
ら後述の式（３）に示すように、求めるトルク値の函数
で表わす。これは、第４図に示す交流機の励磁分電流Ｉ
ｓとトルク分電流工、を分離して制御する方式において
、精度よく演算されるので、特に有効である。周波数と
電圧のみを制御する方式においても、特に低速運転しな
い限シ、精度よい値が得られる。

Ｉａ＝タａコ下肩フー Ｉａ＝交流出力電流囚 Ｉｙ＝）ルク分電流囚 ＩＲ＝励磁分電流囚 ■〒０：Ｔ（出力トルク）であるから Ｉａ”ｚ６〒−ｊ；ア了−（Ｉｘ）’　　　　・・・・
・・式（３）％式％（１ １０ｃブロツクでは、次の式（４）により、インバータ
内の損失を求める Ｌｎｉ＝ＩａｌＩＫ１１＋Ｉａ−ＫＩ２＋Ｋ１１　　・
ｅ”ｓ・一式（４）％式％ １０ｄブロツクでは次の式（５により、電動機及び配線
での銅損を求める ＬｕＨ：＝　Ｉ♂・ＫＭ、　　　　　　・・・・・・・
・・・・式（５）％式％ １０ｅブロツクでは次の式（６）により、電動機の機械
損を求める ＬＭｔ　−Ｎ−ＫＬＩ　十Ｎ”・ＫＬ、　　　　・・・
・・・・・式（６）ＫＬ、＝比例定数＝摩擦トルク分 ＫＬｚ＝比例定数＝風損 １０ｆブロツクでは次の式（７）により、電動機の鉄損
を求める ＬＭ３　＝背−１５・　ＫＭ、　　　　　　　　　、・
・・・・・・　式（ηＫＭ２＝比例定数二鉄損 １０ｇブロックでは次の式（８）により、電動機軸トル
クを求める Ｔ＝Ｋ・ＣＰ−Ｌ・・−Ｌ・・−Ｌ・・−Ｌ・・）・付
・・・式（８）％式％ ＬｘＮ＋　ＬＭｔの中にＩａ！が含まれておシ、Ｉａ＝
ｆｆｆｌとなっているので、次に示す式（９）によるや
や複雑な式となる。これは、Ｔについて解けば４次式と
なシ簡単には解けない。

Ｔ＝Ｋ・〔ｐ−Ｊ胃震シ・ＫＩ、−（（Ｔ−に〒）２＋
Ｉ　Ｂ”　ｊ”・ここで、式（９）を一般解として直接
解かず、あらかじめ求めるトルクＴと全損失りの関係を
回転速度Ｎをパラメーターとして、計算すると、第５図
の結果を得る。さらに求めるトルクＴと入力電力の値は
、回転速度Ｎをパラメータとして計算すると第６図の結
果を得る。

第６図は、本来Ｐ＝ｆ（Ｔ’）で表わされる４次式であ
るが、Ｐ＝ｆ（Ｔ’）で近似される近似式としても、１
％程度の誤差しか生じない。

したがって式（３）〜（７）を元にして求めたＮをパラ
メータとした損失計算結果から第６図の各値を計算し、
その値から近似式Ｐ　＝　ＡＴ”＋ＢＴ＋Ｃ（Ａ　。

Ｂ、ＣはパラメータＮを含む定数）をＴについて２次式
の一般解を求め、 により、求めるトルク値Ｔが導出される。

式ｅｌｌ）は２次式の解であるので、２値を有するが、
ス側の数値となる。

上記の演算は、−見手間がかかる様に見えるが、定数計
算、はちらかしめ可能であシ、弐Ｑｌ）の平方根計算も
、マイクロプロセッサ−使用の演算器を使用すれば、高
速かつ高精度の計算が容易である。

なお上記実施例では、各比例定数は一定値を使用したが
、交流電動機２、インバータ５の温度を計測して、定数
補正を行なえば、さらに精度向上が可能になる。

また、上記実施例では、入力電力を直流側にて測定した
が、インバータの出力側あるいは、商用電源側に交流電
力計を入れて電力測定を行っても同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、入力電力と回転速度
を、電気的に測定し、数値演算のみ行うので、取扱い、
保守が簡単で取付スペースも不用かつ、軸ねじれ振動等
機械的条件が変わる事のない、精度の高いものが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の軸トルク計測装置図、第２図は軸トル
ク計の内部構造図、第３図はこの発明の一実施例による
トルク検出装置のブ四ツク図、第４図は交流電動機の出
力電流のベクトル図、第５図は一実施例における損失と
出力トルクの関係を示すグラフ、第６図は上記実施例に
おける出力トルク検出結果を示すグラフである。 １・・・軸）　ＩＶり計、　１　ａ・・・トーションバ
ー、１ｂ・・・ひずみゲージ、１ｃ・・・スリップリン
グ、１ｄ・・・ブラシ、２・・・交流電動機、６・・・
出力軸、４・・・回転数検出器、５・・・インバータ装
置、６・・・直流電源装置、７・・・商用電源、８・・
・直流電圧検出器、９・・・直流電流検出器、１０・・
・トルク演算装置、１０ａ、・・電力計算ブロック、１
０ｂ・・・交流出力電流計算ブロック、１０ｃ〜１０ｆ
・・・損失計算ブロック、１０ｇ・・・トルク演算ブロ
ック。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 特許出願人　　　三菱電機株式会社 第２図 第４図 第６図 ドルクー−〉二１ウリョクク１ラフ 手続補正書（自発）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定機に直結された交流電動機と、上記交流電動機と
   直流電源装置との間に介在されたインバータと、上記直
   流電源装置の出力側に設けられた直流電圧検出器ならび
   に直流電流検出器と、上記交流電動機の回転数を計測す
   る回転数速度検出装置と、上記直流電圧検出器と直流電
   流検出器からの出力により上記交流電動機の入力電力を
   計測する回路と、上記交流電動機の交流出力電流を求め
   る回路と、上記インバータの損失を求める回路と、上記
   交流電動機ならびに配線間における銅損を求める回路と
   、上記交流電動機の機械損を求める回路と、上記交流電
   動機の鉄損を求める回路と、上記入力電力、交流出力電
   流、インバータ損失、交流電動機ならびに配線間におけ
   る銅損、交流電動機の機械損、交流電動機の鉄損より上
   記交流電動機の軸トルクを求める回路とを備えた交流電
   動機のトルク検出装置。