JPWO2016035575A1 - 電動モータ試験システム - Google Patents

Abstract

電動モータのコギングトルを容易かつ正確に測定するために、電動モータ２００に接続されたダイナモメータ１０と、電動モータ２００のトルクを測定するトルクセンサ３０と、電動モータ２００のコギングトルクを測定するためのコギングトルク測定用モータ５０とを具備し、電動モータ２００のコギングトルク測定時に、電動モータ２００とダイナモメータ１０とコギングトルク測定用モータ５０とが接続されているように構成した。

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等に搭載される電動モータの性能を試験する電動モータ試験システムに関するものである。

この種の電動モータ試験システムとしては、例えば、電動モータにダイナモメータを接続し、このダイナモメータを駆動装置或いは負荷装置として機能させることで、実際の運転状態を模擬して電動モータの性能を試験するように構成されたものがある。
より具体的には、実際の運転状態を模擬すべく、電動モータとダイナモメータとの間に生じるトルクを測定し、この測定値に基づいて必要な負荷などを判断して、ダイナモメータを制御するようにしている。

ところで、上述した電動モータ試験システムにおいて、電動モータに発生するコギングトルクを測定する場合、従来は電動モータをダイナモメータから取り外し、例えば特許文献１に示すような専用のコギングトルク測定装置に接続して測定するようにしている。

しかしながら、コギングトルク測定のためにその都度、電動モータをダイナモメータから取り外し、コギングトルク測定装置へ移動させて取り付ける作業は、芯出し等のアライメントが必要であり、これには多くの手間や時間がかかる。
さらにその際、芯出し等にミスアライメントが生じると、その影響でコギングトルクを正確に測定することができないという問題も生じ得る。

特開２０１０−１４５３４号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、ダイナモメータを用いて電動モータの性能を試験するシステムにおいて、電動モータに発生するコギングトルを容易かつ正確に測定することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る電動モータ試験システムは、自動車の電動モータの性能を試験する電動モータ試験システムであって、前記電動モータに接続されたダイナモメータと、前記電動モータのトルクを測定するトルクセンサと、前記電動モータのコギングトルクを測定するためのコギングトルク測定用モータとを具備し、前記電動モータのコギングトルク測定時に、前記電動モータと前記ダイナモメータと前記コギングトルク測定用モータとが接続されていることを特徴とするものである。

このような電動モータ試験システムであれば、電動モータのコギングトルク測定時に、前記電動モータと前記ダイナモメータと前記コギングトルク測定用モータとが接続されているので、ダイナモメータを無負荷状態にすることで、電動モータをダイナモメータから取り外すことなく、コギングトルクを測定することができる。このことから、電動モータ、ダイナモメータ及びコギングトルク測定用モータを、予め互いの回転軸の軸線が一致するように固定させておけば、その後は芯出し等のミスアライメントは起こりにくい。したがって、コギングトルク測定用モータの回転を電動モータに伝達させることにより、コギングトルクを容易かつ正確に測定することができる。

前記電動モータが、前記ダイナモメータの回転軸の一端側に接続されており、前記コギングトルク測定用モータが、前記回転軸の他端側に接続されていることが好ましい。
ここで、例えば、電動モータとダイナモメータとを接続するシャフトにコギングトルク測定用モータを接続する場合、この接続箇所にかさ歯車などを用いる必要がある。一方、上述した構成であれば、コギングトルク測定用モータをダイナモメータに簡易な構成で接続することができる。

なお、具体的実施態様としては、前記電動モータが、前記ダイナモメータの回転軸の一端側に接続されており、前記コギングトルク測定用モータが、前記回転軸の一端側又はこれに前記電動モータを接続する接続機構に接続されているものも挙げられる。
この場合、上述したようにかさ歯車などを用いる必要はあるが、電動モータ試験システムを設置するスペースが、電動モータやダイナモメータの回転軸方向に限られている場合には有利である。

前記トルクセンサが、前記コギングトルク測定用モータよりも前記電動モータ側に設けられていることが好ましい。
これならば、トルクセンサにより測定される測定トルクが、コギングトルク測定用モータの回転が電動モータに伝達されている状態では、コギングトルクとして測定され、ダイナモメータの回転が電動モータに伝達されている状態では、電動モータの性能試験に用いられる通常試験用トルクとして測定される。つまり、トルクセンサをコギングトルクの測定と通常試験用トルクの測定とに兼用することができ、コギングトルクを測定するための専用のトルクセンサは不要である。

前記コギングトルク測定用モータと前記ダイナモメータとの間に設けられた接離機構をさらに具備し、前記接離機構が、前記電動モータのコギングトルク測定時に、前記コギングトルク測定用モータを前記ダイナモメータに接続し、前記電動モータの性能を試験する通常試験時に、前記コギングトルク測定用モータを前記ダイナモメータから切り離すことが好ましい。
これならば、コギングトルク測定用モータは高速で回転すると破損する恐れがあるところ、通常試験時に、コギングトルク測定用モータをダイナモメータから切り離すことで、ダイナモメータの高速な回転をコギングトルク測定用モータに伝わらないようにすることができ、コギングトルク測定用モータの破損を防ぐことができる。

前記コギングトルク測定用モータに接続され、前記コギングトルク測定用モータの回転速度を減速させる減速機を具備しているものが好ましい。
これならば、コギングトルク測定用モータに必要とされる低回転性能における回転安定性を向上させることができる。

このように構成した本発明によれば、電動モータを移動させることなく、従来であればコギングトルクの測定のたびに必要であった芯出し等のアライメントを不要にして、電動モータのコギングトルを容易かつ正確に測定することができる。

本実施形態の電動モータ試験システムの全体構成を模式的に示す図。 変形実施形態の電動モータ試験システムの全体構成を模式的に示す図。 変形実施形態の電動モータ試験システムの全体構成を模式的に示す図。

１００・・・電動モータ試験システム
２００・・・電動モータ
１０ ・・・ダイナモメータ
２０ ・・・接続機構
３００・・・回転伝達系
３０ ・・・トルクセンサ
５０ ・・・コギングトルク測定用モータ
６０ ・・・接離機構

以下に、本発明に係る電動モータ試験システムの一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る電動モータ試験システム１００は、電気自動車又はハイブリッド自動車の電動モータ２００の動作性能などをテストベンチ上で試験するものであり、図１に示すように、電動モータ２００に接続されたダイナモメータ１０と、電動モータ２００の回転軸２０１とダイナモメータ１０の回転軸１１とを接続する接続機構２０と、電動モータ２００とダイナモメータ１０との間に生じるトルクを測定するトルクセンサ３０と、トルクセンサ３０からの出力を受け付ける制御装置４０とを具備してなる。
なお、本実施形態では、電動モータ２００及びダイナモメータ１０は、例えば床や台Ｘ上に載置されて固定されている。

ダイナモメータ１０は、電動モータ２００の試験運転を行うものであり、この試験運転状態に応じて、電動機として働くことにより電動モータ２００を駆動させる駆動装置として機能し、発電機として働くことにより電動モータ２００に負荷を与える負荷装置として機能するものである。
具体的にこのダイナモメータ１０は、例えば、図示しない交流モータたる電動モータを備えた交流式電気動力計であり、本実施形態では、図１に示すように、回転軸１１の一端側１１ａ及び他端側１１ｂから動力を出力できるように構成された両端駆動式のものである。

接続機構２０は、電動モータ２００の回転軸２０１とダイナモメータ１０の回転軸１１とを機械的に接続するものであり、具体的には、電動モータ２００の回転軸２０１及びダイナモメータ１０の回転軸１１の一端側１１ａに接続されるシャフトや、前記シャフト及び回転軸２０１を接続するカップリングや、前記シャフト及び一端側１１ａを接続するカップリングなどである。その他、接続機構２０として、ギア等を用いても良い。

上述した構成により、電動モータ２００の回転軸２０１と、ダイナモメータ１０の回転軸１１と、これらを機械的に接続する接続機構２０とは軸線を一致させて回転し、これらは回転伝達系３００を構成する。ここで、回転伝達系３００は、電動モータ２００の回転軸２０１、ダイナモメータ１０の回転軸１１、電動モータ２００とダイナモメータ１０とを接続する接続機構２０とを有しており、本実施形態では、ダイナモメータ１０の回転軸１１の他端側１１ｂに接続されるシャフトやカップリング等の接続機構をさらに有している。

トルクセンサ３０は、前記回転伝達系３００に接続されて、電動モータ２００のトルクを測定し、その測定値を示す測定信号を制御装置４０に出力するものであり、ここでは、例えばフランジ式のものを用いている。
なお、トルクセンサ３０としては、例えば接触式或いは非接触式など、種々のタイプのものを用いても構わない。

制御装置４０は、上述したトルクセンサ３０から測定信号を受け付け、この測定信号の示すトルクに基づいて、電動モータ２００に加えられている負荷等を算出し、電動モータ２００が所定の試験運転状態となるようにダイナモメータ１０を制御するものである。

そして、本実施形態の電動モータ試験システム１００は、図１に示すように、電動モータ２００のコギングトルクを測定するために、上述した回転伝達系３００に接離可能に接続され、電動モータ２００の回転軸２０１を回転させてコギングトルクを発生させるコギングトルク測定用モータ５０をさらに具備している。

このコギングトルク測定用モータ５０は、台Ｘに固定されるとともに、接離機構６０及び減速機７０を介して上述したトルクセンサ３０よりもダイナモメータ１０側に設けられている。本実施形態では、コギングトルク測定用モータ５０は、上述したダイナモメータ１０の回転軸１１の他端側１１ｂに接続されており、具体的には電動モータ２００の回転軸２０１を所定の回転数で低速に回転させる低回転用モータである。
なお、コギングトルク測定用モータ５０は、電動モータ２００の回転軸２０１を角度制御するものであっても良い。この場合、コギングトルク測定用モータ５０としては、前記回転軸２０１を所定角度回転させる回転状態と、前記回転軸２０１を所定時間停止させる停止状態とを交互に繰り返すように構成されたものが挙げられる。

接離機構６０は、コギングトルク測定用モータ５０とダイナモメータ１０との間に設けられたものであり、制御装置４０からの制御信号を受け付けて、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００に接続する接続状態と、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００から切り離す非接続状態とに切り替わるものである。本実施形態の接離機構６０は、ダイナモメータ１０の回転軸１１の他端側１１ｂにシャフトを介して接続されており、具体的には、例えば電磁クラッチ等のクラッチ機構を利用して構成してある。

減速機７０は、コギングトルク測定用モータ５０の回転速度を所定の減速比（例えば、１／１００や１／１０００）で減速させるものであり、本実施形態では、台Ｘ上に載置されて固定されるとともに、コギングトルク測定用モータ５０と接離機構６０との間に設けられている。
上述した配置により、接離機構６０は、ダイナモメータ１０と減速機７０との間に設けられることになり、コギングトルク測定用モータ５０とともに減速機７０を回転伝達系３００に接続する又は切り離すことができる。

続いて、本実施形態の電動モータ試験システム１００の動作について説明する。

まず、回転伝達系３００とコギングトルク測定用モータ５０とを、これらの回転軸の軸線が一致するように台Ｘに固定配置する。

次に、電動モータ試験システム１００により電動モータ２００の性能を試験する通常試験時について説明する。
通常試験時は、接離機構６０が制御装置４０からの制御信号を受け付けて非接続状態となり、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００から切り離す。なお、このとき、コギングトルク測定用モータの電源はオフにしておくことが好ましい。
この非接続状態において、トルクセンサ３０は、電動モータ２００とダイナモメータ１０との間に生じるトルクを測定し、この測定トルクを示す測定信号を制御装置４０に出力する。
制御装置４０は、前記測定信号が示すトルクを通常試験トルクとして取得し、前記通常試験トルクに基づいて、ダイナモメータ１０を制御して駆動装置或いは負荷装置として機能させる。
これにより電動モータ２００を所定の運転試験状態にして、該電動モータ２００の動作性能を試験することができる。

続いて、電動モータ試験システム１００により電動モータ２００に発生するコギングトルクを測定するコギングトルク測定時について説明する。
コギングトルク測定時は、接離機構６０が制御装置４０からの制御信号を受け付けて接続状態となり、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００に接続する。
この接続状態において、ダイナモメータ１０を無負荷状態にすることにより、該ダイナモメータ１０はフリーになっており、コギングトルク測定用モータ５０が電動モータ２００を低速度で回転させる。
このとき、トルクセンサ３０は、コギングトルク測定用モータ５０が電動モータ２００を回転させることにより発生するトルクを測定し、この測定トルクを示す測定信号を制御装置４０に出力する。
これにより、制御装置４０は、前記測定信号が示すトルクを電動モータ２００のコギングトルクとして取得することができる。

このように構成された本実施形態に係る電動モータ試験システム１００によれば、コギングトルク測定用モータ５０及び回転伝達系３００を、これらの回転軸の軸線が一致するように予め台Ｘに固定配置しているので、接離機構６０を切り替えたときに、従来のような芯出し等のミスアライメントは起こりにくい。これにより、接離機構６０を接続状態に切り替えて、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００に接続することで、コギングトルクを容易かつ正確に測定することが可能になる。
そのうえ、電動モータ２００の性能を試験する通常試験時は、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００から切り離すことで、ダイナモメータ１０の回転がコギングトルク測定用モータ５０に伝わらず、コギングトルク測定用モータ５０が高速で回転して破損することを防ぐことができる。

また、電動モータ試験システム１００が、コギングトルク測定用モータ５０の回転速度を減速させる減速機７０を具備しているので、コギングトルク測定用モータ５０に必要とされる低回転性能を緩和することができる。

さらに、減速機７０が許容回転数が低いものであるところ、減速機７０とダイナモメータ１０との間に接離機構６０が設けられているので、通常試験時は接離機構６０によって減速機７０と回転伝達系３００とを切り離し、ダイナモメータ１０の回転を減速機７０に伝わらないようにすることができ、減速機７０を破損させる恐れがない。

加えて、トルクセンサ３０が、シャフトとダイナモメータ１０の回転軸１１の一端側１１ａとの間に設けられているので、トルクセンサ３０をシャフト等に取り付けるための専用の部品を必要とせず、構成を簡素化することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、コギングトルク測定用モータ５０が、接離機構６０及び減速機７０を介してダイナモメータ１０の回転軸１１の他端側１１ｂに接続されていたが、図２に示すように、コギングトルク測定用モータ５０は、接離機構６０及び減速機７０を介してダイナモメータ１０の回転軸１１の一端側１１ａに接続されていても良い。
具体的には、接離機構６０が、図２に示すように、例えばかさ歯車８０等を介して、接続機構２０（具体的には、シャフト）に接続される構成が挙げられる。
この場合、接続機構２０に設けられたトルクセンサ３０は、接続機構２０と接離機構６０との接続箇所より、電動モータ２００側に位置していれば良い。

また、前記実施形態の接離機構６０は、ダイナモメータ１０と減速機７０との間に設けられていたが、接離機構６０は、例えば図３に示すように、減速機７０とコギングトルク測定用モータ５０との間に設けられていても良い。

さらに、前記実施形態のトルクセンサ３０は固定式のものであったが、例えばダイナモメータ１０に取り付けられた揺動式のものであっても良い。

そのうえ、前記実施形態のダイナモメータ１０は、交流式のものを用いていたが、例えば直流式のものなどを用いても構わない。

加えて、前記実施形態の接離機構６０は、電磁クラッチ等のクラッチ機構を有するものであったが、電磁クラッチに限られず、コギングトルク測定用モータ５０を回転伝達系３００から機械的に接続又は切り離すことができるものであれば良い。

また、前記実施形態の接離機構６０及び減速機７０は必ずしも備えている必要はない。

さらに、前記実施形態の電動モータ試験システム１００を用いてダイナモメータ１０のコギングトルクを測定しても構わない。この場合、電動モータ２００を無負荷状態にすれば良い。なお、トルクセンサ３０は、ダイナモメータ１０とコギングトルク測定用モータ５０との間に設けても構わない。
なお、上述した実施態様は、図２に示す電動モータ試験システム１００に関しても同様に適用することができる。

なお、前記実施形態の電動モータ試験システム１００は、燃料電池車（ＦＣＶ）に搭載された電動モータの性能を試験するものであってもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明によれば、電動モータを移動させることなく、従来であればコギングトルクの測定のたびに必要であった芯出し等のアライメントを不要にして、電動モータのコギングトルを容易かつ正確に測定することができる。

Claims (6)

1. 自動車の電動モータの性能を試験する電動モータ試験システムであって、
   前記電動モータに接続されたダイナモメータと、
   前記電動モータのトルクを測定するトルクセンサと、
   前記電動モータのコギングトルクを測定するためのコギングトルク測定用モータとを具備し、
   前記電動モータのコギングトルク測定時に、前記電動モータと前記ダイナモメータと前記コギングトルク測定用モータとが接続されていることを特徴とする電動モータ試験システム。
2. 前記電動モータが、前記ダイナモメータの回転軸の一端側に接続されており、
   前記コギングトルク測定用モータが、前記回転軸の他端側に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動モータ試験システム。
3. 前記電動モータが、前記ダイナモメータの回転軸の一端側に接続されており、
   前記コギングトルク測定用モータが、前記回転軸の一端側又はこれに前記電動モータを接続する接続機構に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動モータ試験システム。
4. 前記トルクセンサが、前記コギングトルク測定用モータよりも前記電動モータ側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動モータ試験システム。
5. 前記コギングトルク測定用モータと前記ダイナモメータとの間に設けられた接離機構をさらに具備し、
   前記接離機構が、
   前記電動モータのコギングトルク測定時に、前記コギングトルク測定用モータを前記ダイナモメータに接続し、
   前記電動モータの性能を試験する通常試験時に、前記コギングトルク測定用モータを前記ダイナモメータから切り離すことを特徴とする請求項１記載の電動モータ試験システム。
6. 前記コギングトルク測定用モータに接続され、前記コギングトルク測定用モータの回転速度を減速させる減速機を具備していることを特徴とする請求項１記載の電動モータ試験システム。

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