WO2013186871A1 - 回転機のコギングトルク測定装置 - Google Patents

回転機のコギングトルク測定装置 Download PDF

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motor
cogging torque
under test
driving motor
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Inventor
文彦 中込
小林　賢司
真一郎 萩原
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting

Definitions

  • the present invention relates to a cogging torque measuring device for a rotating machine.
  • Patent Document 1 a motor under test, a compensation joint, an encoder for measuring rotation speed, a torque sensor, and a driving motor are arranged in this order.
  • a coreless motor is used as a driving motor.
  • a technique is disclosed in which a coreless motor is driven by a belt driving device coupled to the shaft of the coreless motor, and the torque of the motor under test is measured from the q-axis current of the coreless motor.
  • Patent Document 2 discloses a technique for measuring a cogging torque and a torque ripple component before actual operation as a micro-step driving device for a stepping motor, making it a table, and subtracting a compensation component during operation.
  • Patent Document 3 discloses a technique for suppressing a cogging component (6f) and a torque ripple component as a PM motor control device (inverter drive).
  • Patent Document 4 as an elevator control device, a technique for measuring a ripple component generated during low-speed operation and subtracting a ripple component generated during low-speed operation during normal operation in order to remove a torque ripple component generated from an electric control panel Is disclosed.
  • a motor having the same structure as the motor under test is considered in consideration of error factors of the apparatus including the drive motor by coupling the motor under test using a drive motor and measuring the cogging torque with a torque sensor.
  • the cogging torque at low speed (30 [rpm] etc.) and high speed (600 [rpm]) is measured, and when the measured value is within a predetermined allowable range, the motor is set as a master motor.
  • a technique for determining a cogging torque reference value at the time of mass production test is disclosed.
  • Patent Document 6 there is a technique for measuring cogging torque by comparing a reference value when measuring a master work and a measured value of a mass-produced product with a configuration in which a drive motor and a rotor under test are connected via a torque sensor. It is disclosed.
  • JP 2005-37389 A Japanese Patent Laid-Open No. 2005-210786 JP 2007-267465 A JP 2005-247574 A JP 2009-42137 A JP 2010-14534 A
  • the master motor is selected in a form including all of the drive motor and the torque sensor, and the reference value is set. In this case, a component in the apparatus fails and is replaced. If so, the master motor must be selected from scratch. As the number of types of master motors increases, this method cannot cope with failure. Moreover, since the torque sensor is used, there is a problem that the equipment cost cannot be reduced.
  • Patent Document 6 in order to measure an apparatus error due to an apparatus failure, it is necessary to perform measurement of a master work from scratch, so that measurement accuracy is maintained. For this purpose, there is a problem that time and labor are required.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a cogging torque measuring device for a rotating machine that can ensure sufficient measurement accuracy and can reduce equipment costs and improve maintainability.
  • the present invention uses the q-axis current generated in the drive motor when the motor under test is directly connected to the drive motor and rotated.
  • a cogging torque measuring device for a rotating machine that measures the cogging torque of a test motor, wherein the motor driving unit that operates the drive motor is configured to measure the drive motor before connecting the motor under test under a cogging torque measurement condition.
  • No-load q-axis current generated in the drive motor when operated with the motor, and generated in the drive motor when the drive motor connected to the motor under test is operated under the cogging torque measurement conditions A q-axis current measuring means for measuring each of the q-axis currents under load and outputting each to a calculation unit for calculating a cogging torque of the motor under test.
  • a first Fourier calculation means for calculating a Fourier component for the no-load q-axis current and calculating each harmonic component of the no-load q-axis current, and a Fourier calculation for the loaded q-axis current.
  • Second Fourier calculation means for calculating each harmonic component of the loaded q-axis current, and subtracting each harmonic component of the unloaded q-axis current from each harmonic component of the loaded q-axis current Subtracting means; inverse Fourier calculating means for performing a reverse Fourier calculation on each harmonic component of the q-axis current caused only by the motor under test to generate a q-axis current caused only by the motor under test; And a cogging torque detecting means for detecting a cogging torque of the motor under test by performing a torque conversion process on the q-axis current caused only by the motor under test generated by the Fourier calculating means.
  • the motor under test is directly connected to the driving motor without using a torque sensor, and the cogging torque of the motor under test is measured from the q-axis current generated in the driving motor at that time.
  • the drive motor is operated as a single unit with no load under the cogging torque measurement condition to measure the q-axis current, and the no-load q-axis current is used as the direct drive motor.
  • the q-axis current component caused by the driving motor itself superimposed as a disturbance is subtracted from the loaded q-axis current obtained during the loaded operation that is connected and rotated. Therefore, it is possible to ensure sufficient accuracy in the measured value of the cogging torque without selecting and using a motor having a structure in which the cogging torque component is ideally zero, such as a coreless or slotless drive motor. There is an effect.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of the measured cogging torque.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a cogging torque measuring device 1a includes holding plates 6 and 7 for holding and holding a motor under test 2 and a driving motor 3 with their output shafts 4 and 5 facing each other on the same straight line.
  • a connecting portion 8 that directly connects the distal ends of the output shafts 4 and 5 so as to be separable, a control device 9a that is a motor operating portion, and an arithmetic device 10a that is an arithmetic portion.
  • the arithmetic device 10a is a computer device including a CPU, a ROM, and a RAM, and a so-called personal computer can be used.
  • data is exchanged with the control device 9a by an appropriate communication method such as serial communication.
  • the cogging torque measuring device 1a sets the motor under test 2 to the holding plate 6 and sets the driving motor 3 to the holding plate 7 without connecting the coupling portion 8, that is, connecting the motor under test 2 Without driving, the drive motor 3 is operated alone under the same operating conditions (cogging torque measurement conditions) as when the motor under test 2 is rotated, and the motor under test with the coupling portion 8 mounted. 2 is connected, and the load motor is operated under a cogging torque measurement condition in which the drive motor 3 is rotated, and a test is performed using the q-axis current generated in the drive motor 3 during no-load operation and load operation. The cogging torque of the motor 2 is measured. This point is the same in each embodiment described below.
  • the measurement of the cogging torque of the motor under test 2 is performed by operating the driving motor 3 at a low speed, so that the driving motor 3 detects the rotational position in the first embodiment in order to reduce speed unevenness.
  • a servo motor equipped with an encoder 11 is used.
  • the control device 9a shows the q-axis current measurement unit 13 and the interface 14 extracted as a configuration related to the measurement of the cogging torque according to this embodiment.
  • the control device 9a supplies drive power to the drive motor 3 based on the position signal detected and output by the encoder 11, and each of the dq axes generated by coordinate conversion from the three-phase drive current at that time. It is possible to cause the drive motor 3 to perform a predetermined operation by performing feedback control based on the current value.
  • the predetermined operation is a no-load operation and a load operation under the cogging torque measurement condition in this embodiment. Since the motor under test 2 is a mass-produced product, the control device 9a performs the no-load operation once, and then repeats the load operation for the number of times of the motor under test 2 to be measured.
  • the q-axis current measurement unit 13 includes a q-axis current during no-load operation (referred to as “q-axis current q0”) and a q-axis current during load-operated operation (referred to as “q-axis current q1”). Are measured by converting the coordinates from the three-phase drive current at that time, and output to the interface 14.
  • the interface 14 identifies the q-axis current q0 measured during the no-load operation and the q-axis current q1 measured during the loaded operation, which are input from the q-axis current measurement unit 13, as the format of the communication method to be employed. It inserts possible and outputs to the interface 16 in the arithmetic unit 10a via the communication line 15.
  • the arithmetic device 10a includes an interface 16, a q0 data storage unit 17, a Fourier calculation unit 18, a no-load test ripple compensation table 19, a subtracter 20, a q1 data storage unit 21, a Fourier calculation unit 22, a filter A processing unit 23, an inverse Fourier calculation unit 24, a torque conversion processing unit 25, and a cogging torque storage unit 26 are provided.
  • the interface 16 outputs the q-axis current q0 taken from the communication line 15 during no-load operation to the q0 data storage unit 17, and the q-axis current q1 taken from the communication line 15 during load-loaded operation is q1 data.
  • the data is output to the storage unit 21 and stored in each.
  • the Fourier calculation unit 18 performs a Fourier calculation on the q-axis current q0 stored in the q0 data storage unit 17 as a first Fourier calculation unit, and calculates each harmonic component q0f of the q-axis current q0.
  • Each harmonic component q0f of the q-axis current q0 calculated by the Fourier calculation unit 18 is set in the no-load test ripple compensation table 19.
  • the Fourier calculation unit 22 performs a Fourier calculation on the q-axis current q1 stored in the q1 data storage unit 21 as a second Fourier calculation unit, and calculates each harmonic component q1f of the q-axis current q1.
  • the subtracter 20 subtracts each harmonic component q0f of the q-axis current q0 set in the no-load test ripple compensation table 19 from each harmonic component q1f of the q-axis current q1 calculated by the Fourier calculation unit 22. A disturbance component caused by the drive motor 3 is removed, and each harmonic component q2f of the q-axis current q2 caused only by the motor under test 2 is generated.
  • the filter processing unit 23 removes noise components such as harmonic components included in the harmonic components q2f of the q-axis current q2 caused only by the motor under test 2 generated and output by the subtracter 20 from each q-axis current q2.
  • the harmonic component q2f ′ is output.
  • the inverse Fourier computation unit 24 performs an inverse Fourier computation on each harmonic component q2f ′ of the q-axis current q2 resulting from only the motor under test 2 output from the filter processing unit 23, and q resulting from only the motor under test 2 An axial current q2 is generated.
  • the torque conversion processing unit 25 performs a torque conversion process on the q-axis current q2 generated by the inverse Fourier calculation unit 24 using a relational expression between the phase of the q-axis current and the torque, and performs cogging of the motor under test 2. Torque is detected and stored in the cogging torque storage unit 26.
  • FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of the measured cogging torque. Although the motor under test 2 has 6 poles and the drive motor 3 has 4 poles, FIG. 2 shows that only the pulsation of the 6 harmonic component that is the cogging torque component of the motor under test 2 appears. Yes.
  • the motor under test 2 is directly connected to the drive motor 3 without a torque sensor and rotated, and the cogging torque of the motor under test is calculated from the q-axis current generated in the drive motor 3 at that time.
  • the drive motor 3 is first operated as a single unit with no load under the cogging torque measurement conditions to measure the q-axis current q0, and the q-axis current q0 is directly used to drive the motor under test 2.
  • the q-axis current q1 obtained during the load-loaded operation connected to the motor 3 and rotated, the q-axis current component caused by the driving motor itself superimposed as a disturbance is removed.
  • sufficient accuracy for the measured value of the cogging torque can be obtained without selecting and using a motor having a structure in which the cogging torque component is ideally zero, such as a coreless or slotless drive motor. Can be secured.
  • the measurement of the q-axis current q0 by no-load operation only needs to be performed once, and after the second time, the no-load operation is not performed and only the q-axis current q1 is measured by the load operation.
  • the working time for measuring the cogging torque can be shortened for the motor under test which is a mass-produced product.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 2 of the present invention.
  • components that are the same as or equivalent to the components shown in FIG. 1 are assigned the same reference numerals.
  • the description will be focused on the portion related to the second embodiment.
  • the cogging torque measuring device 1b according to the second embodiment is the same as that shown in FIG. 1 (the first embodiment) except that the encoder 11 is deleted and a control device 9b is provided instead of the control device 9a. Yes.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the disturbance component by the encoder 11 is removed, and the control device 9b operates the drive motor 3 by sensorless control.
  • the drive system of the drive motor 3 is speed control based on each current value of the dq axis generated by coordinate conversion from the detected three-phase drive current, the speed stability is inferior to that of the first embodiment.
  • the same operations and effects as those of Form 1 can be obtained.
  • a component error component of the drive motor 3 (2) an assembly error component of the apparatus component, and (3) the drive motor 3 and the motor under test. 2 and (4) a current-carrying ripple component of the driving motor 3, (1), (2), and (4) can be removed by arithmetic processing.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a cogging torque measuring device for a rotating machine according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the same reference numerals are given to components that are the same as or equivalent to the components shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the description will be focused on the portion related to the third embodiment.
  • the cogging torque measuring device 1c is provided with an arithmetic device 10b in place of the arithmetic device 10a in the configuration shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the amplitude / phase compensation unit 28 is arranged at each output stage of the Fourier arithmetic units 18 and 22.
  • the amplitude / phase compensator 28 includes the harmonic components q0f of the q-axis current q0 calculated by the Fourier calculator 18 and the harmonic components q1f of the q-axis current q1 calculated by the Fourier calculator 22.
  • the respective amplitudes and phases are aligned and input to the subtracter 20.
  • the cogging torque measurement accuracy can be increased.
  • the application example to the first embodiment has been described. Needless to say, the third embodiment can be similarly applied.
  • Embodiment 4 FIG. In the fourth embodiment, several modifications are shown. Although described in the first embodiment, this is also applicable to the second and third embodiments.
  • Embodiment 1 in order to accurately measure the cogging torque of the motor under test 2 from the q-axis current value of the driving motor 3, the structure of the driving motor 3 is a coreless structure. In this case, since the cogging torque component by the drive motor 3 is ideally zero, it is possible to reduce the energization ripple component generated when the drive motor 3 is driven.
  • (1), (2), and (3) can be removed by arithmetic processing.
  • the cogging torque component is mainly affected by the number of poles of the motor 2 under test. Therefore, in order to accurately measure the cogging torque of the motor under test 2 from the q-axis current value of the driving motor 3, the slot combinations of the motor under test 2 and the driving motor 3 are combined differently, The cogging torque component does not interfere with the pulsating component of the driving motor 3.
  • the pulsation component of the drive motor 3 is added to the main component of cogging torque of the motor under test 2 (six harmonics in the case of a six-pole motor). It becomes difficult to superimpose.
  • a component error component of the drive motor 3 As disturbance components, (1) a component error component of the drive motor 3, (2) an assembly error component of the apparatus component, (3) a disk component of the encoder 11, and (4) a drive motor 3 There are assembly error components with the motor under test 2 and (5) energization ripple components of the driving motor 3, but (1), (2), (3), and (5) can be removed by arithmetic processing. .
  • the cogging torque measuring device for a rotating machine is useful as a cogging torque measuring device for a rotating machine that can secure sufficient measurement accuracy and can reduce equipment costs and improve maintainability. .

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　被試験モータを、トルクセンサを介さずに直接駆動用モータに連結して連れ回しし、その時に駆動用モータに発生するｑ軸電流から被試験モータのコギングトルクを測定する場合に、駆動用モータを、まず単体で、コギングトルク測定条件の下で無負荷運転してｑ軸電流を測定し、その無負荷時ｑ軸電流を、被試験モータを直接駆動用モータに連結して連れ回しした有負荷運転時に得られる有負荷時ｑ軸電流から差し引き、外乱として重畳している駆動用モータ自体に起因するｑ軸電流成分を除去するようにした。したがって、駆動用モータにコアレスやスロットレスなどコギングトルク成分が理想的にゼロとなる構造を有するモータを選定使用しなくとも、コギングトルクの測定値に充分な精度を確保することが可能になる。

Description

回転機のコギングトルク測定装置
　本発明は、回転機のコギングトルク測定装置に関するものである。
　回転機のコギングトルクの測定については、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献１～６では、次のような方法でコギングトルクを測定するとしている。
　特許文献１では、被試験モータ、補償継手、回転数計測用エンコーダ、トルクセンサ、駆動用モータの順に配置され、駆動用モータにコアレスモータを使用し、高速域では直接コアレスモータ駆動、低速域ではコアレスモータのシャフトに結合されたベルト駆動装置によってコアレスモータを駆動し、コアレスモータのq軸電流から被試験モータのトルクを測定する技術が開示されている。
　特許文献２では、ステッピングモータのマイクロステップ駆動装置として、実運転前にコギングトルクおよびトルクリップル成分を測定してテーブル化し、運転時に補償成分を差し引く技術が開示されている。
　特許文献３では、ＰＭモータの制御装置（インバータ駆動）としてコギング成分（６ｆ）およびトルクリップル成分を抑制する技術が開示されている。
　特許文献４では、エレベータ制御装置として、電気制御盤から発生するトルクリップル成分を除去するために、低速運転時に発生するリップル成分を測定し、通常運転時に低速運転時に発生するリップル成分を減算する技術が開示されている。
　特許文献５では、駆動用モータを用いて被試験モータをカップリングしコギングトルクをトルクセンサにて測定することにより、駆動モータを含む装置の誤差要因を考慮し、被試験モータと同じ構造のモータの低速時（３０［ｒｐｍ］ｅｔｃ．）と高速時（６００［ｒｐｍ］）のコギングトルクを測定し、測定値が予め定められた許容範囲内に入っていたときにそのモータをマスターモータとし、量産品試験時のコギングトルク基準値を決定する技術が開示されている。
　特許文献６では、駆動モータと被試験ロータをトルクセンサを介して接続する構成により、マスターワークを測定した場合の基準値と量産品の測定値とを比較することでコギングトルクを測定する技術が開示されている。
特開２００５－３７３８９号公報 特開２００５－２１０７８６号公報 特開２００７－２６７４６５号公報 特開２００５－２４７５７４号公報 特開２００９－４２１３７号公報 特開２０１０－１４５３４号公報
　しかし、特許文献１に開示される技術では、ベルト駆動装置では速度ムラが発生するため、ｑ軸電流成分には外乱が発生しやすく、測定精度が下がる。このような場合、駆動側の外乱を補正する処理および速度を安定化させる機構を設ける必要がある。また、低速域の速度を安定させる機構として、駆動用モータに減速機を使用する方法が考えられるが、その場合でも駆動用モータ自身は高速回転させるため、制御装置が出力するｑ軸電流成分からのコギングトルク検出は難しくなる。加えて、構成要素が多いため、それに伴う外乱についても考慮する必要が出てくる。
　一般に、コギングトルクの測定は高速回転よりも低速回転で実施することが望ましい。高速回転時はｑ軸電流成分が大きくなるので、コギング脈動成分が相対的に小さくなり検出精度が低下するためである。なお、データサンプリング数も影響する。一方、低速回転で測定するためには、駆動用モータの速度ムラを低減する必要がある。
　また、特許文献２に開示される技術では、ステッピングモータ自身のディテントトルクを事前に測定する必要があるが、マイクロ駆動装置自身ではディテントトルクは測定できないので、別の装置にて測定する必要がある。
　また、特許文献３に開示される技術では、自身のモータを運転したときに発生するトルク電流値の６ｆ成分がコギングトルクを補償する場合、モータを運転した場合の６ｆ成分にもインバータ自身によるリップル成分が重畳してくるため、補正精度が向上しないという問題がある。
　また、特許文献４に開示される技術では、モータ低速運転時に発生するリップル成分を通常運転時のトルク電流値から減算しているが、実運転時に電機制御盤が発生するリップル成分を考慮されていないため、精度が低下するという問題がある。
　また、特許文献５に開示される技術では、駆動モータやトルクセンサ全てを含めた形でマスターモータを選定し、基準値を設定しているが、この場合、装置内の部品が故障し取り替えを行った場合に、マスターモータの選定を一からやり直さなければならない。マスターモータの種類が増えるにつれて、この方法では故障時に対応しきれなくなる。また、トルクセンサを用いているため、設備コスト低減も図れないという問題がある。
　また、特許文献６に開示される技術では、特許文献５と同様に、装置故障時による装置誤差を測定するには、マスターワークの測定を一から実施する必要があるため、測定精度を維持するためには時間と労力が必要となるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、十分な測定精度を確保できるとともに、設備コストの削減とメンテナンス性の向上とが図れる回転機のコギングトルク測定装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被試験モータを駆動用モータに直接連結して連れ回しした際に前記駆動用モータに発生するｑ軸電流を用いて前記被試験モータのコギングトルクを測定する回転機のコギングトルク測定装置であって、前記駆動モータを運転するモータ運転部は、前記被試験モータを連結する前の前記駆動用モータをコギングトルク測定条件の下で運転した際に前記駆動用モータに発生する無負荷時ｑ軸電流と、前記被試験モータを連結した前記駆動用モータを前記コギングトルク測定条件の下で運転した際に前記駆動用モータに発生する有負荷時ｑ軸電流とをそれぞれ測定し、それぞれを前記被試験モータのコギングトルクを算出する演算部へ出力するｑ軸電流測定手段を備え、前記演算部は、前記無負荷時ｑ軸電流に対しフーリェ演算を実施し無負荷時ｑ軸電流の各調波成分を算出する第１のフーリェ演算手段と、前記有負荷時ｑ軸電流に対しフーリェ演算を実施し有負荷時ｑ軸電流の各調波成分を算出する第２のフーリェ演算手段と、前記無負荷時ｑ軸電流の各調波成分を前記有負荷時ｑ軸電流の各調波成分から減算する減算手段と、前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流の各調波成分に対し逆フーリェ演算を実施し前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流を生成する逆フーリェ演算手段と、前記逆フーリェ演算手段が生成する前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流に対してトルク変換処理を実施し前記被試験モータのコギングトルクを検出するコギングトルク検出手段とを備えていること特徴とする。
　本発明によれば、被試験モータを、トルクセンサを介在さずに直接駆動用モータに連結して連れ回しし、その時に駆動用モータに発生するｑ軸電流から被試験モータのコギングトルクを測定する場合に、駆動用モータを、まず単体で、コギングトルク測定条件の下で無負荷運転してｑ軸電流を測定し、その無負荷時ｑ軸電流を、被試験モータを直接駆動用モータに連結して連れ回しした有負荷運転時に得られる有負荷時ｑ軸電流から差し引き、外乱として重畳している駆動用モータ自体に起因するｑ軸電流成分を除去するようにした。したがって、駆動用モータにコアレスやスロットレスなどコギングトルク成分が理想的にゼロとなる構造を有するモータを選定使用しなくとも、コギングトルクの測定値に充分な精度を確保することが可能になるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、測定したコギングトルクの一例を示す波形図である。 図３は、本発明の実施の形態２による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態３による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。
　以下に、本発明にかかる回転機のコギングトルク測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。図１において、コギングトルク測定装置１ａは、被試験モータ２および駆動用モータ３を、それぞれの出力軸４，５の先端面同士を同一直線上で対面させて固定保持する保持プレート６，７と、出力軸４，５の先端同士を分離可能に直接連結する結合部８と、モータ運転部である制御装置９ａと、演算部である演算装置１０ａとを備えている。演算装置１０ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータ装置であり、所謂パソコンを使用することができる。制御装置９ａとの間では、例えば、シリアル通信等適宜な通信方式によりデータの授受を行うようになっている。
　コギングトルク測定装置１ａは、被試験モータ２を保持プレート６に設定し、駆動用モータ３を保持プレート７に設定しただけで、結合部８を装着せずに、つまり、被試験モータ２を連結せずに、駆動用モータ３を単独で、被試験モータ２を連れ回しするときと同じ運転条件（コギングトルク測定条件）により、運転する無負荷運転と、結合部８を装着して被試験モータ２を連結し、駆動用モータ３に連れ回しさせるコギングトルク測定条件による有負荷運転とを行い、無負荷運転時および有負荷運転時において駆動用モータ３に発生するｑ軸電流を用いて被試験モータ２のコギングトルクを測定する構成になっている。この点は、以下に説明する各実施の形態において同じである。
　なお、被試験モータ２のコギングトルクの測定は、駆動用モータ３を低速で運転して行うので、速度ムラを低減するため、駆動用モータ３は、この実施の形態１では、回転位置を検出するエンコーダ１１を備えたサーボモータを使用している。
　制御装置９ａは、この実施の形態によるコギングトルクの測定に関わる構成として、ｑ軸電流測定部１３とインターフェース１４とを抜き出して示してある。制御装置９ａは、一般的な位置制御動作として、エンコーダ１１が検出出力する位置信号に基づき駆動用モータ３に駆動電力を供給し、そのときの三相駆動電流から座標変換生成したｄｑ軸の各電流値に基づくフィードバック制御を行うことで駆動用モータ３に所定の運転を行わせることが可能である。ここで、所定の運転とは、この実施の形態では、コギングトルク測定条件による無負荷運転および有負荷運転である。そして、被試験モータ２は量産品であるから、制御装置９ａは、１回無負荷運転を行い、その後、測定する被試験モータ２の個数回有負荷運転を繰り返すことになる。
　ｑ軸電流測定部１３は、無負荷運転時におけるｑ軸電流（これを「ｑ軸電流ｑ０」と記す）と、有負荷運転時におけるｑ軸電流（これを「ｑ軸電流ｑ１」と記す）とをそのときの三相駆動電流から座標変換して測定し、インターフェース１４に出力する。インターフェース１４は、ｑ軸電流測定部１３から入力される、無負荷運転時に測定されたｑ軸電流ｑ０と、有負荷運転時に測定されたｑ軸電流ｑ１とを、採用する通信方式のフォーマットに識別可能に挿入し、通信線１５を介して演算装置１０ａ内のインターフェース１６に出力する。
　演算装置１０ａは、インターフェース１６と、ｑ０データ保存部１７と、フーリェ演算部１８と、無負荷試験リップル補償テーブル１９と、減算器２０と、ｑ１データ保存部２１と、フーリェ演算部２２と、フィルタ処理部２３と、逆フーリェ演算部２４と、トルク変換処理部２５と、コギングトルク保存部２６とを備えている。
　以下、演算装置１０ａの動作について説明する。
　演算装置１０ａでは、インターフェース１６が、無負荷運転時に通信線１５から取り込んだｑ軸電流ｑ０はｑ０データ保存部１７へ出力し、有負荷運転時に通信線１５から取り込んだｑ軸電流ｑ１はｑ１データ保存部２１へ出力し、それぞれに保存させる。
　フーリェ演算部１８は、第１のフーリェ演算手段として、ｑ０データ保存部１７に保存されるｑ軸電流ｑ０に対してフーリェ演算を実施しｑ軸電流ｑ０の各調波成分ｑ０ｆを算出する。フーリェ演算部１８にて算出されたｑ軸電流ｑ０の各調波成分ｑ０ｆは、無負荷試験リップル補償テーブル１９に設定される。
　フーリェ演算部２２は、第２のフーリェ演算手段として、ｑ１データ保存部２１に保存されるｑ軸電流ｑ１に対してフーリェ演算を実施しｑ軸電流ｑ１の各調波成分ｑ１ｆを算出する。
　減算器２０は、無負荷試験リップル補償テーブル１９に設定されるｑ軸電流ｑ０の各調波成分ｑ０ｆを、フーリェ演算部２２にて算出されたｑ軸電流ｑ１の各調波成分ｑ１ｆから減じて駆動モータ３に起因する外乱成分を除去し、被試験モータ２のみに起因するｑ軸電流ｑ２の各調波成分ｑ２ｆを生成する。
　フィルタ処理部２３は、減算器２０が生成出力する被試験モータ２のみに起因するｑ軸電流ｑ２の各調波成分ｑ２ｆに含まれる高調波成分等のノイズ成分を除去したｑ軸電流ｑ２の各調波成分ｑ２ｆ’を出力する。
　逆フーリェ演算部２４は、フィルタ処理部２３が出力する被試験モータ２のみに起因するｑ軸電流ｑ２の各調波成分ｑ２ｆ’に対し逆フーリェ演算を実施し被試験モータ２のみに起因するｑ軸電流ｑ２を生成する。
　トルク変換処理部２５は、ｑ軸電流の位相とトルクとの関係式を用いて、逆フーリェ演算部２４が生成するｑ軸電流ｑ２に対してトルク変換処理を実施し、被試験モータ２のコギングトルクを検出し、それをコギングトルク保存部２６に保存させる。
　図２は、測定したコギングトルクの一例を示す波形図である。被試験モータ２は６極であり、駆動モータ３は４極であるが、図２では、被試験モータ２のコギングトルク成分である６調波成分の脈動のみが現れていることが示されている。
　以上のように、被試験モータ２を、トルクセンサを介在さずに直接駆動用モータ３に連結して連れ回ししその時に駆動用モータ３に発生するｑ軸電流から被試験モータのコギングトルクを測定する場合に、駆動用モータ３を、まず単体で、コギングトルク測定条件の下で無負荷運転してｑ軸電流ｑ０を測定し、そのｑ軸電流ｑ０を、被試験モータ２を直接駆動用モータ３に連結して連れ回しした有負荷運転時に得られるｑ軸電流ｑ１から差し引くことで、外乱として重畳している駆動用モータ自体に起因するｑ軸電流成分を除去するようにした。
　したがって、この実施の形態１によれば、駆動用モータにコアレスやスロットレスなどコギングトルク成分が理想的にゼロとなる構造を有するモータを選定使用しなくとも、コギングトルクの測定値に充分な精度を確保することが可能になる。
　また、一般に使用されているトルクセンサが不要となるので、設備コストの削減とメンテナンス性の向上とが図れる。
　そして、装置側のみの誤差要因を測定しているので、装置のどこかが故障した場合には修理後の駆動モータ無負荷運転時のｑ軸電流ｑ０を測定するのみでよいことになり、被試験モータの測定種類数に左右されないという効果がある。
　加えて、無負荷運転によるｑ軸電流ｑ０の測定は初回の１回だけ行えばよく、２回目以降は、無負荷運転は行わず有負荷運転によるｑ軸電流ｑ１の測定のみを行えばよいことになり、量産品である被試験モータについてコギングトルク測定のための作業時間の短縮化が図れる。
実施の形態２．
　図３は、本発明の実施の形態２による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。なお、図３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
　図３において、この実施の形態２によるコギングトルク測定装置１ｂは、図１（実施の形態１）に示した構成において、エンコーダ１１が削除され、制御装置９ａに代えて制御装置９ｂが設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
　すなわち、この実施の形態２では、エンコーダ１１による外乱成分を除去し、制御装置９ｂは、センサレス制御により駆動モータ３を運転する。この場合、駆動モータ３の駆動方式は、検出した３相駆動電流から座標変換生成したｄｑ軸の各電流値に基づく速度制御となるので、速度安定性が実施の形態１よりも劣るが、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。
　なお、この実施の形態２においては、外乱成分として、（１）駆動用モータ３の部品誤差成分と、（２）装置構成要素の組立誤差成分と、（３）駆動用モータ３と被試験モータ２との組み付け誤差成分と、（４）駆動用モータ３の通電リップル成分とがあるが、（１）（２）（４）については、演算処理にて除去可能である。
実施の形態３．
　図４は、本発明の実施の形態３による回転機のコギングトルク測定装置の構成を示すブロック図である。なお、図４では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。
　図４において、この実施の形態３によるコギングトルク測定装置１ｃは、図１（実施の形態１）に示した構成において、演算装置１０ａに代えて演算装置１０ｂが設けられている。演算装置１０ｂでは、振幅・位相補償部２８が、フーリェ演算部１８，２２の各出力段に配置されている。
　振幅・位相補償部２８は、フーリェ演算部１８にて算出されたｑ軸電流ｑ０の各調波成分ｑ０ｆと、フーリェ演算部２２にて算出されたｑ軸電流ｑ１の各調波成分ｑ１ｆとの各振幅および位相を揃えて減算器２０に入力させる。
　この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用・効果が得られるのに加えて、コギングトルク測定精度を高めることができる。なお、実施の形態３では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２にも同様に適用できることは言うまでもない。
実施の形態４．
　この実施の形態４では、幾つかの変形例を示す。なお、実施の形態１においてと説明するが、実施の形態２，３にも適用できる事項である。
（１）実施の形態１において、駆動用モータ３のｑ軸電流値から被試験モータ２のコギングトルクを精度よく測定するために、駆動用モータ３の構造をコアレス構造とする。この場合、駆動用モータ３によるコギングトルク成分は理想的にゼロとなるため、駆動用モータ３を駆動する際に発生する通電リップル成分を小さくすることが可能になる。
　なお、外乱成分として、（１）駆動用モータ３の部品誤差成分と、（２）装置構成要素の組立誤差成分と、（３）エンコーダ１１の円板成分と、（４）駆動用モータ３と被試験モータ２との組み付け誤差成分とがあるが、（１）（２）（３）については、演算処理にて除去可能である。
（２）実施の形態１において、コギングトルク成分は、主として被試験モータ２の極数の影響を受ける。そのため、駆動用モータ３のｑ軸電流値から被試験モータ２のコギングトルクを精度よく測定するために、被試験モータ２と駆動用モータ３とのスロットコンビネーションを異なる組み合わせとし、被試験モータ２のコギングトルク成分が駆動用モータ３の脈動成分に干渉しない構造とする。被試験モータ２と駆動用モータ３とをスロットコンビネーションが異なる組み合わせとすることで、例えば被試験モータ２のコギングトルク主成分（６極モータの場合６調波）に駆動用モータ３の脈動成分が重畳し難くなる。
　なお、外乱成分として、（１）駆動用モータ３の部品誤差成分と、（２）装置構成要素の組立誤差成分と、（３）エンコーダ１１の円板成分と、（４）駆動用モータ３と被試験モータ２との組み付け誤差成分と、（５）駆動用モータ３の通電リップル成分とがあるが、（１）（２）（３）（５）については、演算処理にて除去可能である。
（３）実施の形態１において、被試験モータ２による静摩擦トルク、動摩擦トルクが大きい場合での無負荷運転によるｑ軸電流ｑ０の測定は、被試験モータと同等の負荷を付与した状態で駆動用モータを単独運転したときのｑ軸電流ｑ０’を測定することが望ましい。つまり、図１において、ｑ０＝ｑ０’とする。無負荷運転は、コギングトルク測定条件の下で実施するからである。
　以上のように、本発明にかかる回転機のコギングトルク測定装置は、十分な測定精度を確保できるとともに、設備コストの削減とメンテナンス性の向上とが図れる回転機のコギングトルク測定装置として有用である。
　１ａ，１ｂ，１ｃ　コギングトルク測定装置
　２　被試験モータ
　３　駆動用モータ
　４，５　出力軸
　６，７　保持プレート
　８　結合部
　９ａ，９ｂ　制御装置（モータ運転部）
　１０ａ，１０ｂ　演算装置（演算部）
　１１　エンコーダ
　１３　ｑ軸電流測定部
　１４，１６　インターフェース
　１７　ｑ０データ保存部
　１８，２２　フーリェ演算部
　１９　無負荷試験リップル補償テーブル
　２１　ｑ１データ保存部
　２０　減算器
　２３　フィルタ処理部
　２４　逆フーリェ演算部
　２５　トルク変換処理部
　２６　コギングトルク保存部
　２８　振幅・位相補償部

Claims (2)

  1. 　被試験モータを駆動用モータに直接連結して連れ回しした際に前記駆動用モータに発生するｑ軸電流を用いて前記被試験モータのコギングトルクを測定する回転機のコギングトルク測定装置であって、
    　前記駆動モータを運転するモータ運転部は、
    　前記被試験モータを連結する前の前記駆動用モータをコギングトルク測定条件の下で運転した際に前記駆動用モータに発生する無負荷時ｑ軸電流と、前記被試験モータを連結した前記駆動用モータを前記コギングトルク測定条件の下で運転した際に前記駆動用モータに発生する有負荷時ｑ軸電流とをそれぞれ測定し、それぞれを前記被試験モータのコギングトルクを算出する演算部へ出力するｑ軸電流測定手段を備え、
    　前記演算部は、
    　前記無負荷時ｑ軸電流に対しフーリェ演算を実施し無負荷時ｑ軸電流の各調波成分を算出する第１のフーリェ演算手段と、
    　前記有負荷時ｑ軸電流に対しフーリェ演算を実施し有負荷時ｑ軸電流の各調波成分を算出する第２のフーリェ演算手段と、
    　前記無負荷時ｑ軸電流の各調波成分を前記有負荷時ｑ軸電流の各調波成分から減算する減算手段と、
    　前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流の各調波成分に対し逆フーリェ演算を実施し前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流を生成する逆フーリェ演算手段と、
    　前記逆フーリェ演算手段が生成する前記被試験モータのみに起因するｑ軸電流に対してトルク変換処理を実施し前記被試験モータのコギングトルクを検出するコギングトルク検出手段と
    　を備えていること特徴とする回転機のコギングトルク測定装置。
  2. 　前記演算部は、
    　前記第１および第２のフーリェ演算手段のそれぞれが算出出力する前記各調波成分の振幅および位相を揃えて前記減算器に入力させる振幅・位相補償手段
    　を更に備えていること特徴とする請求項１に記載の回転機のコギングトルク測定装置。
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