KR100190209B1 - 전동기 성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 시험용 모터를 차량의 주행모드 데이터에 근거하여 운전시킴과 함께, 부하용 모터에 근거하여 운전시켜 성능시험을 실행하는 장치에 있어서, 고정도로 시험을 실행하는 것으로서, 주행모드 데이터에 따라서 시험용 모터(2)를 콘트롤러(7)로 제어하며, 부하용 모터를 부하패턴에 따라서 콘트롤러(9)로 제어한다. 주 콘트롤러(10)는 속도패턴 및 차량조건에 근거하여 사전에 부하패턴을 작성하여 콘트롤러(7, 9)에 동기 출력된다. 토오크 센서(4)등으로 검출된 데이터는 주 콘트롤러(10)에 입력되며, 효율과 모터출력, 효율과 회전수 등의 2차원 맵이 작성된다. 피드백제어를 이용하는 일없이 부하패턴을 사전에 작성하여 공급하기 때문에 고정밀도의 시험을 실행할 수 있다.

Description

전동기 성능 시험장치

제1도는 본 발명 실시예의 구성도.

제2도는 본 발명 실시예의 처리 흐름도.

제3도는 본 발명 실시예의 주행패턴 설명도.

제4도는 본 발명 실시예의 토오크패턴 설명도.

제5a도 및 제5b도는 본 발명 실시예의 주 콘트롤러에서의 속도 및 토오크의 출력 설명도.

제6도는 본 발명 실시예의 평가결과(0% 등판로) 설명도.

제7도는 본 발명 실시예의 평가결과(1% 등판로) 설명도.

제8도는 본 발명 실시예의 다른 평가결과 설명도.

제9도는 본 발명 실시예의 또다른 평가결과 설명도.

제10도는 종래장치의 평가결과 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 테스트 벤치 2 : 시험용 모터

3 : 부하용 모터 4 : 토오크 센서

6 : 인버터(시험용 모터) 7 : 콘트롤러(시험용 모터)

8 : 인버터(부하용 모터) 9 : 콘트롤러(부하용 모터)

10 : 주 콘트롤러 11 : 직류 전윈장치

12 : 데이터 버스

[산업상의 이용분야]

본 발명은 전동기 성능 시험장치에 관한 것으로, 특히 전기 자동차용의 전동기의 성능 시험장치에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로, 성능 시험해야될 전동기(이하, 시험용 모터라고 칭함)를 테스트 번치(test bench)에서 평가할 경우 일정조건 운전(일정 회전수, 일정토오크)과 가감속 운전의 2종류의 평가가 있다. 가감속 운전중에는 단순한 패턴 모드 운전과 차량주행에 상당하는 모드운전이 있다. 모드운전을 실행할 경우, 시험용 모터가 정해진 속도패턴(예를들면 미국 캘리포니아주 에서 규정하는 LA #4 모드)으로 되도록 속도 제어를 실행하며, 그경우 부하전동기(負荷電動機, 이하 부하용 모터라고 칭함)에 의해 주행저항(走行抵抗)제어를 실현하고 있다.

주행저항 제어는 시험용 모터의 속도(차속도)에 의해 차량에 걸리는 부하를 연산하여 부하용 모터에 출력하는 것이며, 부하용 모터의 제어계 내부에 상기 주행 저항을 연산하는 연산부를 구비하고 있다.

주행저항을 연산하는 방법에는 몇가지가 있지만, 예를 들면 이하의 방법이 알려 져 있다 .

(1) 속도에 의해 미리 설정되어 있는 부하 맵애서 부하(負荷)를 산출한다. 이 경우에는 테스트 벤치상의 차량이 등가관성(等價慣性)을 갖는 플라이 휠이 장비되어 있으면 좋으며, 속도에 의한 저항분을 부하로서 부여하면 좋다.

(2) 부하용 모터의 피드백속도 및 가속도과 차중량 및 공기 저항계수 등으로부터 부하를 산출한다. 테스트 밴치에서 실시할 경우 부하용 모터의 피드백속도 및 가속도를 고정밀도로 계측하여, 그 결과에 따라서 부하를 걸어준다.

또, 일본 특허 공개 평 3-212194호 공보에는 차량의 주행 스케줄에 따라서 시험용 모터에 속도지령(토오크 지령)을 출력하며, 부하용 모터에는 피드백속도 및 가속도에서 주행상태에 대응하는 저항(토오크)을 출력하는 구성이 제안되어 있으며, 각각의 동작은 마이크로 컴퓨터로 제어된다.

[발명이 해결하려는 과제]

그러나, 상기의 방법(1)의 경우에서는 플라이휠을 장비하기위한 테스트 밴치의 기계강도를 강화할 필요가 있어, 구성이 대형화되며 가격의 상승을 초래한다.

또, 상기 종래공보를 포함하는 방법(2)의 경우에는 디지탈계에서는 이산오차(離散誤嗟)의 영향때문에, 또 아날로그계에서는 노이즈의 영향때문에 고정도의 가속도 검출이 곤란하며, 따라서, 상기 가속도 검출의 오차에 따라서는 실제 차랑에서 얻을 수 없는 부하를 걸어줄 가능성도 있으며, 실제 주행저항(走行低抗)의 실현에는 곤란한 문제가 있다 .

또, 피드백속도 및 가속도를 계측할 경우, 필히 시간 지연이 존재하기 때문에 계측값의 재현성(再現性)에 문제가 발생하며, 반면 상기 시간지연을 적게하기 위해서는 마이크로 컴퓨터의 정밀도를 향상시키지 않을 수 없어, 가격상승으로 연결되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 고정밀도와 효율적으로 시험용 모터의 성능을 시험할 수 있는 성능 시험장치를 제공하는데 있다.

[과제를 해결 하기위한 수단]

상기 목적을 달성하기 위해 청구범위 제1항 기재의 전동기 성능 시험장치는 주행모드 데이터에 따라서 전동기(시험용 모터)를 구동하는 전동기 제어수단과, 부하패턴에 따라서 부하 전동기(부하용 모터)를 구동하는 전동기 제어수단과, 속도패턴 및 차량조건에 근거하여 사전에 상기 부하패턴을 작성하여 상기 부하 전동기 제어수단에 출력함과 함께 상기 전동기 제어수단 및 상기 부하 전동기 제어수의 동작 타이밍을 동기 제어하는 주 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 목적을 달성하기 위해 청구범위 제2항 기재의 전동기 성능 시험장치는 적어도 상기 전동기의 토오크, 회전수, 구동전류, 구동전압을 검출하여 상기 주 제어 수단에 출력하는 검출수단과, 상기 검출수단으로 부터의 신호에 근거하여 상기 전동기의 최소한 출력 혹은 회전수와 효율의 관계를 2차원 맵으로서 작성하는 맵 작성 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

[작용]

청구범위 제1항 기재의 전동기 성능 시험장치에서는 종래와 같이 피드백 제어에의해 부하용 모터의 토오크를 결정하는 것이아닌 주 제어수단이 사전에 시험용 모터에 지시하는 주행데이터에 동기한 부하패턴을 작성하여 부하용 모터에 출력하기 때문에 제어 지연이 없으며 가속도 연산에 따른 토오크 지령값의 오차의 영향도 없으며, 고정밀도의 성능시험이 가능하게된다.

또, 청구범위 제2항 기재의 전동기 성능 시험장치에서는 2차원 맵 작성수단이 시험결과에 효율을 포함하는 2차원의 맵으로 표현하기 때문에 효율의 경향을 용이하게 파악할 수 있다.

또, 이하의 실시예에 나타내듯이 주 제어수단이 2차원 맵 작성수단으로서 가능하는 것도 가능하다.

[실시예]

이하, 도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 관하여 설명한다.

제1도에서는 본 실시예의 시스템구성이 나타내어져 있다. 테스트 벤치(1) 위에 시험용 모터(2) 및 부하용 모터(3)가 실치되며 양 모터는 기계적으로 접속되어져 있다. 연결축에는 토오크 센서(4)가 설치되어 있으며, 시험용 모터(2)의 출력 토오크를 계측한다. 또, 시험용 모터(2)에는 인버터(6)가 접속되며 부하용 모터(3)에는 인버터(8)가 접속되어 있다. 인버터(6)의 스위칭 동작은 전동기 제어수단으로서의 콘트롤러(7)로 제어되며, 인버터(8)의 스위칭 동작은 부하전동기 제어 수단으로서의 콘트롤러(9)에서 제어된다.

또한, 인버터(6, 8)에는 직류 전원장치(11)가 접속되어 있으며 인버터(6. 8)는 이 직류를 교류로 변환하여 각 모터(2, 3)를 구동한다. 콘트롤러(7, 9)의 상위(上位)에는 주 제어수단으로서의 주 콘트롤러(10)가 전용의 데이터 버스(12)로 접속되며, 주 콘트롤러(10)가 2개의 모터를 총괄하여 제어하도록 이루어져 있다. 주콘트롤러(10)는 모터 인터페이스부, 계측제어부 및 표시해석부로 구성되며, 모터 인터페이스부를 통해 전용의 데이터 버스(12)에 전기적으로 일정주기(一定周期)의 고속 동기신호를 콘트롤러(7, 9)에 송신하여 콘트롤러(7, 9)에 대하여 동기 동작지시를 행한다. 콘트롤러(7, 9)는 상기 동기신호로부티 자체의 제어신호를 생성하고 있기 때문에 모터(2, 3)의 동기성(同期性)이 보증된다. 또, 고속 동기신호는 양 모터의 기계적 시간 정수(時間定數)보다 짧은 주기에서의 동작지시를 위해 단순한 동작 패턴에서 복잡한 패턴까지 여러가지의 운전이 가능하다.

또한, 시험용 모터(2)의 회전수나 전류, 전압을 검출하는 각종계측기 (13)가 설치되며, 상기 검출신호가 토오크 센서(4)로부터의 검출신호와 함께 주 콘트롤러(10)에서 출력된다. 주 콘트롤러(10)의 표시해석부에서는 이들 계측신호에 근거하여 시험용 모터(2)의 효율을 산출하며, 회전수와 효율, 혹은 모터출력과 효율의 2차윈 맵을 작성하여 출력한다.

본 실시예의 구성은 상기와 같으며, 이하 그 동작을 제2도의 흐름도를 이용하여 상세하게 설명한다.

제2도에 있어서, 먼저 주행모드 데이터에의해 지시 속도패턴 데이터를 입력한다(S101). 본 실시예에서는 제3도에 나타낸 미국 캘리포니아주에서 규정하는 LA #4 모드를 이용한다. 이어서 주 콘트롤러(10)는 상기 지시 속도패턴 데이터로부터 시시각각의 가속도 데이터를 산출한다.(S102).

가속도 데이터는 제3도의 차속도 패턴을 시간 미분하는 것에의해 얻어진다. 지시 속도패턴이 입력되어 가속도 패턴이 산출된후, 차중량, 기어비등의 근거에 의해 부하용 모터(3)로의 지시 토오크패턴을 작성한다.(S103). 토오크 패턴은,

식 1

출력토오크 = 주행저항 + 가감속 저항

이지만, 주행저항을 산출하는 방법으로는 하기와 같은 방법을 이용할 수 있다.

(A) 맵법

사전의 차속도 기준으로 각 차속도에 대하여 그때의 주행저항을 입력하여 두며, 선형보간연산(線形補間演算)에 의해 임의의 차속도에서 주행저항을 얻는다.

(B) 연산법 I

하기의 식을 이용하여 주행저항을 산출한다.

식 2

주행저항 = A + BV + CV2

단, A, B, C : 정수, V : 차속도

(C) 연산법 I I

하기의 식을 이용하며 주행저항을 산출한다.

식 3

주행저항 = 1/2·CD·S·ρ (V/3.6) 2 + g·μ· W

단, V : 차속도, CD : 공기 저항계수, S : 차량전면 투영면적, ρ : 공기밀도 μ : 구름 저항계수, W : 차중량

본 실시예에 있어서는, 주 콘트롤러(10)가 사전에 부하용 모터(3)에 부여하는 토오크를 작성하는 것에 특징이 있으며, 상기 (A) 내지 (C)의 어느 방법을 이용할 수 있다.

또, 가감속 저항을 산출하는 방법으로서는 예를들면 하기의 식을 이용할 수 있다.

식 4

가감속 저항 = W/g·dv/dt

상기와 같이하여 부하용 모터(3)에 지시 토오크를 작성한후, 주 콘트롤러(10)는 시험용 모터(2)의 속도 지시패턴을 작성한다(S104). 상기 속도 지시패턴은, S101에서 입력된 지시 속도패턴 데이터에 근거하여 작성되며, 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 제3도에 나타내는 속도패턴이 작성된다. 이어서, 상기 시험용 모터(2)로의 속도 지시패턴과 동기된 부하용 모터(3)로의 토오크패턴을 작성한다(S105). 토오크 산출방법은 상기한 (A) 내지 (C)중 어느 방법이 이용되며, 작성된 토오크패턴의 일예가 제4도에 나타나있다. 제4도에 있어서, 상측이 시험용 모터(2)로의 지시 속도패턴을 회전수로 표현한 것이며(따라서, 패턴자체는 제3도와 동일하다), 하측이 상기 지시 속도패턴에 동기한 부하용 모터(3)의 토오크패턴이다. 그리고 작성된 동기패턴은 시험용 모터(2) 및 부하용 모터(3)에 데이터 버스(12)를 통해 출력된다(S106). 제5a도 및 제5b도에는 주 콘트롤러(10)에서 시험용 모터(2) 및 부하용 모터(3)에 출력되는 지시 속도패턴 및 토오크패턴의 일예가 도시되어 있다. 제5a도가 시험용 모터(2)(실제로는 콘트롤러(7))에 출력되는 지시 속도패턴, 제5b도가 부하용 모터(3)(실제로는 콘트롤러(9))에 출력되는 토오크 패턴이다. 양 패턴은 동기되어 있으며, 따라서 종래와 같이 피드백의 지연의 문제는 발생하지 않는다.

상기와 같이하여 시험용 모터(2) 및 부하용 모터(3)를 제어하며, 토오크 센서(4)나 각종 계측기(13)에서 데이터를 검출하면 검출 데이터는 주 콘트롤러(10)의 표시 해석부에 입력되며, 그 해석이 실행된다.(S107). 해석 방법으로서는, 시험용 모터(2)의 효율을 산출하며 상기 효율과 모터출력, 혹은 효율과 모터회전수, 또는 효율과 모터전류(또는 전압)와의 관계를 2차원 맵위에 맵핑하는 것에의해 실행된다. 또한 효율은,

식 5

효율 = Σ(T·N)/Σ(I·V)

단, T : 토오크, N : 회전수, I : 전류, V : 전압

으로 산출된다. 제6도에는 산출된 모터 출력과 효율과의 관계의 일예가 2차원 맵으로서는 나타나 있다. 도면에 있어서, 가로축은 모터 출력(KW)이며, 세로축은 효율(%)이다. 또, 도면에는 도시되어 있지 않지만 맵상의 각 데이터 점에는 그 데이터가 얻어진 순번이 붙여져 있으며, 2차원 상일때 시간계열 데이터로서 표현 되어 있다. 시험용 모터(2) 및 부하용 모터(3)으로의 지시 속도 및 지시 토오크가 사전에 연산되어 출력되기 때문에 제어지연이 없으며, 가속도 검출에 부수되는 정밀도 저하의 문제도 없으며, 단시간에 고정도의 데이터를 얻을 수 있으며, 모터의 출력중심(出力重心)을 용이하게 파악할 수 있다. 일반적으로 모터설계는 중심(重心)의 주변에 관하여 최적으로 설계하면 좋기때문에 제6도에 나타내는 평가 결과를 얻는 것에 의해 이의범위설정을 용이하게 실행할 수 있다.

반면, 제10도에서는 비교를 위해 종래의 성능 시험장치에서 얻어지는 시험결과의 일예가 나타나 있다. 도면에서 가로축은 모터회전수(rpm), 세로축은 모터토오크(Nm)이다. 도면에서 검은둥근점이 계측 포인트이며, 각 계측포인트에 있어서 모터 효율이 산출된다. 상기 종래 장치에서는 효율의 경향을 아는 것이 곤란하며, 에너지 손실의 원인 관계등을 탐색하는데 용이하지 않다. 제6도와 비교하면, 종래의 시험장치와 본 실시예의 시험장치의 차이는 분명하게 나타난다.

또한 제6도에 나타낸 성능 평가 결과는, LA #4 모드의 0% 등판의 경우이지만 본 실시에에서는 지시 속도패턴 및 토오크패턴을 미리 연산하여 부여하기 때문에 임의의 주행패턴으로 용이하게 대응할 수 있다. 예를들면 제7도에서와 같은 LA #4 모드의 1% 등판 경우의 성능평가 결과가 나타나 있으며, 0% 등판일때는 부하용 모터에 주어지는 토오크패턴을 약간 수정하는 것만으로 얻을 수 있다.

또, 제8도에는 다른 평가 결과가 나타나 있으며, 가로축은 회전수, 세로축은 출력토오크인 경우의 일정시간 마다의 효율분포이다. 회전수, 토오크, 효율을 그래프화 하기 위해서는 3차원이 필요하지만 상기 맵에서는 효율의 플로팅을 일정하게 잘라 색분포로 나누는 것으로 2차윈으로 표현 하고 있다. 즉, 도면에서 부호(a)로 나타내는 범위내는 적색으로 플로팅(plot)되며, 부호(b)로 나타내는 범위내는 등색으로 플로팅되며, 부호(c)로 나타내는 범위내는 황색으로 플로팅되며, 부호(d)로 나타내는 범위내는 황녹색으로 플로팅된다. 그리고 적색, 동색, 황색, 황녹색의 순서로 효율이 저하되는 것을 나타내고 있다. 상기와 같이 모터의 효율분포는 기상도의 등압선과 같이 되며, 효율을 그래프상에 표현하여 분석할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 표현방법에 있어서 특이한 색분포가 나타난 경우에는 어떤 이상이 있다고 판단되기 때문에, 신속하게 설계변경등을 실핼 할 수 있다. 또한, 제8도에 있어서도 제6도와 마찬가지로 각 계측 포인트에 번호를 붙이는 것도 가능하다.

또한, 제9도에서는 가로축을 시간, 세로축을 회전수, 토오크, 효율로한 경우의 표시예가 나타나 있다. 상기와 같이 회전수와 시간, 토오크와 시간 및 효율과 시간의 3가지의 관례를 나타내는 그래프를 통일적으로 표시하는 것에의해, 어떤 운전패턴일때 효율이 저하되는지를 순간적으로 판단하는 것이 가능하다.

이상 평가 결과를 표시하는 방법으로서 바람직한 3가지의 예를 나타냈지만, 본 발명에 있어서는 최소한 효율이라는 물리량을 포함한 2차원 맵을 작성하는 것에 특지이 있기 때문에 제6도 내지 제9도 이외의 표시방법도 본 발명의 기술사상에 포함되는 것을 물론이다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같이 청구범위 제1항 기재의 전동기 성능 시험장치에 의하면, 피드백 제어의 지연이나 가속도 검출에 따른 토오크 지령값의 오차의 영향이 없으며, 단 시간에 고정도로 전동기(시험용 모터)의 성능시험을 실행할 수 있다. 또, 부하 패턴을 사전에 연산하여 부여하기 때문에 부하 패턴을 수정하는 것만으로 여러가지 주행조건 아래에서의 성능 시험을 용이하게 실행할 수 있다.

또, 청구범위 제2항 기재의 전동기 성능 시험장치에 의하면, 시험결과는 모드출력과 효율, 혹은 모터 회전수와 효율등의 2차원 맵으로서 표현되기 때문에, 효율의 경향을 용이하게 파악할 수 있으며, 이후의 모터 설계의 중요한 지침을 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 전동기(2)를 차량의 주행모드 데이터에 따라서 운전함과 동시에, 상기 전동기(2)에 대해 기계적으로 연결된 부하 전동기(3)를 부하 데이터에 따라서 운전하며, 전동기의 성능시험을 실행하는 전동기 성능 시험장치에 있어서, 상기 주행모드 데이터에 따라서 상기 전동기(2)를 구동하는 전동기(2)를 구동하는 전동기 제어수단(7)과, 부하패턴에 따라서 상기 부하 전동기(3)를 구동하는 부하 전동기 제어수단(9)과, 속도패턴 및 차량조건을 기초로 사전에 상기 부하패턴을 작성하여 상기 부하 전동기 제어수단(9)에 출력함과 함께, 상기 전동기 제어수단(7) 및 상기 부하 전동기 제어수단(9)의 동작 타이밍을 동기 제어하는 주 제어수단(10)을 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 성능 시험장치.
2. 제1항에 있어서, 전동기 성능 시험장치가 적어도 상기 전동기(2)의 토오크, 회전수, 구동전류, 구동전압을 검출하여 상기 주 제어수단(10)에 출력하는 검출수단(13)과, 상기 검출수단(13)으로 부터의 신호를 기본으로 상기 전동기(2)의 적어도 출력, 또는 회전수와 효율의 관계를 2차원 맵으로서 작성하는 맵 작성수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전동기 성능 시험장치.