特開 2024-17460 モーター試験装置、及び、モーター試験装置を用いて被試験モーターの特性を測定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017460

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】モーター試験装置、及び、モーター試験装置を用いて被試験モーターの特性を測定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/34 20200101AFI20240201BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G01R31/34 F

H02P29/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022120104

(22)【出願日】2022-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】508264841

【氏名又は名称】有限会社 宮脇工房

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹内 啓佐敏

(72)【発明者】

【氏名】壬生 喬大

(72)【発明者】

【氏名】高柳 秀明

【テーマコード（参考）】

2G116

5H501

【Ｆターム（参考）】

2G116BA02

2G116BC05

5H501BB09

5H501DD04

5H501GG05

5H501HA01

5H501HA08

5H501HB16

5H501JJ03

5H501JJ17

5H501JJ25

5H501LL01

5H501LL22

5H501LL23

5H501LL26

5H501LL28

5H501LL32

(57)【要約】

【課題】被試験モーターの過渡応答特性や、Ｔ－Ｎ特性、始動トルク等を正確に測定するためのモーター試験装置を提供する。
【解決手段】モーター試験装置は、被試験モーターの回転軸に連結される第１カップリングと、第１カップリングに連結された第１回転軸と、第２回転軸とを有するトルク計と、トルク計の第２回転軸に連結された第２カップリングと、第２カップリングに連結された回転軸を有しコアレスモーター構造を有する電気ブレーキと、電気ブレーキのコイルに電気的に接続され、コイルに発生する交流誘起電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部に電気的に接続され、直流電圧による電力を消費する直流負荷部と、を備える。直流負荷部は、直流電流値を可変に調整する可変電流制御部と、抵抗器とが、直流電圧が印加される２つの入力端子の間に直列に配置された構成を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験モーターの特性試験に使用するモーター試験装置であって、
前記被試験モーターの回転軸に連結される第１カップリングと、
前記第１カップリングに連結された第１回転軸と、第２回転軸とを有し、前記第１回転軸と前記第２回転軸との間のトルクを測定するトルク計と、
前記トルク計の前記第２回転軸に連結された第２カップリングと、
前記第２カップリングに連結された回転軸を有する電気ブレーキであって、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキと、
前記電気ブレーキのコイルに電気的に接続され、前記コイルに発生する交流誘起電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部に電気的に接続され、前記直流電圧による電力を消費する直流負荷部と、
を備え、
前記直流負荷部は、直流電流値を可変に調整する可変電流制御部と、抵抗器とが、前記直流電圧が印加される２つの入力端子の間に直列に配置された構成を有する、
モーター試験装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモーター試験装置を用いて前記被試験モーターの特性を測定する方法であって、
前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結して、前記被試験モーターのＴ－Ｎ特性を測定する工程と、
前記被試験モーターが連結されていない状態における前記モーター試験装置の損失に対応する損失トルクと、回転数と、の関係を示す予め作成された損失Ｔ－Ｎ特性の前記損失トルクを、前記被試験モーターの前記Ｔ－Ｎ特性のトルクに加算する補正を行うことによって、前記被試験モーターについての補正Ｔ－Ｎ特性を求める工程と、
を含む方法。

【請求項3】

請求項１に記載のモーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、
（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結した状態で、前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力して、前記特定相コイルの入力電圧を測定する工程と、
（ｂ）前記一定電流値の前記直流電流を前記特定相コイルに入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化の最大トルクを求める工程と、
（ｃ）前記一定電流値を変更して前記工程（ａ）～（ｂ）を複数回実行することによって、前記特定相コイルに関して、複数の前記入力電圧に応じた複数の前記最大トルクを求める工程と、
（ｄ）前記複数の入力電圧に応じた前記複数の最大トルクを用いて、前記複数の入力電圧に応じた始動トルクの変化を示す始動トルク特性曲線を作成する工程と、
（ｅ）前記始動トルク特性曲線を外挿することによって、前記複数の入力電圧よりも高い特定電圧に対する始動トルクを算出する工程と、
を含む、方法。

【請求項4】

請求項１に記載のモーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、
（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結し、前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに関する前記被試験モーターの駆動回路のＰＷＭデューティを１００％に設定した状態で、前記駆動回路を介して前記特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力して、前記駆動回路の入力電圧を測定する工程と、
（ｂ）前記一定電流値の前記直流電流を前記特定相コイルに入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化の最大トルクを求める工程と、
（ｃ）前記一定電流値を変更して前記工程（ａ）～（ｂ）を複数回実行することによって、前記特定相コイルに関して、複数の前記入力電圧に応じた複数の前記最大トルクを求める工程と、
（ｄ）前記複数の入力電圧に応じた前記複数の最大トルクを用いて、前記複数の入力電圧に応じた始動トルクの変化を示す始動トルク特性曲線を作成する工程と、
（ｅ）前記始動トルク特性曲線を外挿することによって、前記複数の入力電圧よりも高い特定電圧に対する始動トルクを算出する工程と、
を含む、方法。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の方法であって、
前記工程（ｄ）は、
前記Ｍ相コイルのうちの１相のコイルを前記特定相コイルとして順次選択して前記工程（ａ）～（ｃ）を実行し、前記複数の入力電圧のそれぞれについて、前記Ｍ相コイルに対するＭ個の前記最大トルクの平均値、最大値、又は、最小値を前記始動トルクとして選択する工程、
を含む、方法。

【請求項6】

請求項１に記載のモーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、
（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結し、前記被試験モーターの駆動回路を介して前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化を測定する工程と、
（ｂ）前記トルク変化のうちの最大トルク値になった回転角度で前記電気ブレーキの回転を停止させて前記回転角度を維持する工程と、
（ｃ）前記電気ブレーキの前記回転角度を維持した状態で、前記駆動回路を介して前記被試験モーターの前記特定相コイルに特定電圧値の矩形パルス電圧を印加してピークトルクを測定する工程と、
（ｄ）前記ピークトルクを用いて前記被試験モーターの始動トルクを決定する工程と、
を含む方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
前記工程（ｄ）は、
前記Ｍ相コイルのうちの１相のコイルを前記特定相コイルとして順次選択して前記工程（ａ）～（ｃ）を実行し、前記Ｍ相コイルに対するＭ個の前記ピークトルクの平均値、最大値、又は、最小値を前記始動トルクとして選択する工程、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モーター試験装置、及び、それを用いて被試験モーターの特性を測定する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、被試験モーターの特性を測定するモーター試験装置が記載されている。このモーター試験装置では、ギアを介して被試験モーターと負荷モーターとを連結し、負荷モーターに対して速度指令を出力するシミュレータ部を用いて、シミュレータ部から入力した速度指令に従ってコントローラーが負荷モーターを駆動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－０１２３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術では、急激な過渡変化に対する被試験モーターの過渡応答特性を正しく測定することが難しいという問題があった。また、従来は、被試験モーターのＴ－Ｎ特性や始動トルクを正確に測定することが難しいという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

本開示の一形態によれば、被試験モーターの特性試験に使用するモーター試験装置が提供される。このモーター試験装置は、前記被試験モーターの回転軸に連結される第１カップリングと、前記第１カップリングに連結された第１回転軸と、第２回転軸とを有し、前記第１回転軸と前記第２回転軸との間のトルクを測定するトルク計と、前記トルク計の前記第２回転軸に連結された第２カップリングと、前記第２カップリングに連結された回転軸を有する電気ブレーキであって、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキと、前記電気ブレーキのコイルに電気的に接続され、前記コイルに発生する交流誘起電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に電気的に接続され、前記直流電圧による電力を消費する直流負荷部と、を備える。前記直流負荷部は、直流電流値を可変に調整する可変電流制御部と、抵抗器とが、前記直流電圧が印加される２つの入力端子の間に直列に配置された構成を有する。
このモーター試験装置によれば、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキを用い、被試験モーターの回転によって発生する電気ブレーキの交流誘起電圧を直流電圧に変換して直流負荷部でその電力を消費するので、急激な過渡変化に対する被試験モーターの過渡応答特性を試験することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態におけるモーター試験システムの構成を示すブロック図。

【図2】電気ブレーキのＩ－Ｔ特性を示すグラフ。

【図3】ＡＣ／ＤＣ変換部の内部構成の一例を示す図。

【図4】極性分離回路の動作を示す説明図。

【図5】直流負荷部の内部構成の一例を示す図。

【図6】過渡応答試験における負荷パターンの例を示す説明図。

【図7】モーター試験装置の損失特性を示すグラフ。

【図8】モーター試験装置の損失特性を示すグラフ。

【図9】モーター試験装置の損失Ｔ－Ｎ特性を求める工程を示す説明図。

【図10】被試験モーターのＴ－Ｎ特性試験の手順を示すフローチャート。

【図11】モーター試験装置の被試験モーターの効率を示すグラフ。

【図12】被試験モーターのＴ－Ｎ特性の一例を示すグラフ。

【図13】第２実施形態において被試験モーターの始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図。

【図14】第２実施形態における被試験モーターの始動トルク測定の原理を示す説明図。

【図15】第２実施形態における被試験モーターの始動トルク測定のフローチャート。

【図16】第２実施形態で得られる被試験モーター単独の始動トルクを示すグラフ。

【図17】第３実施形態において被試験モーターの始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図。

【図18】第３実施形態における被試験モーターの始動トルク測定のフローチャート。

【図19】第３実施形態で得られる被試験モーター単独の始動トルクを示すグラフ。

【図20】第４実施形態において被試験モーターの始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図。

【図21】第４実施形態における被試験モーターの始動トルク測定のフローチャート。

【図22】第４実施形態において特定相コイルに矩形パルス電圧を印加する状態を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態におけるモーター試験システムの構成を示すブロック図である。このモーター試験システムは、被試験モーター１００と、モーター試験装置２００と、試験制御装置３００とを備えている。

【0009】

被試験モーター１００としては、任意の相数を有する任意の種類のモーターを使用できる。本実施形態では、被試験モーター１００は、ローターの回転位置を測定する磁気センサー１０４を有している。但し、被試験モーター１００をセンサーレス駆動する場合には、磁気センサー１０４は省略可能である。被試験モーター１００は、駆動回路１２０と電気的に接続されている。駆動回路１２０には、定電圧電源１３０から直流の入力電圧Ｅｉが供給される。入力電圧Ｅｉの電圧値は、試験制御装置３００によって調整することが可能である。駆動回路１２０は、例えばＨブリッジ回路として構成されたモータードライバーであり、駆動回路１２０内のトランジスターは、試験制御装置３００から供給される制御信号Ｓｄに応じてオン／オフ動作する。制御信号Ｓｄは、例えば、被試験モーター１００のＰＷＭ制御を行うための信号である。ＰＷＭ制御では、磁気センサー１０４の出力に応じて被試験モーター１００の回転位置が検出され、この回転位置に応じて各相の制御信号Ｓｄが生成される。定電圧電源１３０と駆動回路１２０の間の配線には、入力電流Ｉｉを測定する入力電流計１５０と、入力電圧Ｅｉを測定する入力電圧計１６０が設けられている。駆動回路１２０と非試験モーター１００の間の配線には、各相の相電流Ｉｓを測定する相電流計１５１と、各相の相電圧Ｅｓを測定する相電圧計１６１が設けられている。電流計１５０，１５１と電圧計１６０，１６１は、被試験モーター１００への入力電力を求めるために使用される。尚、定電圧電源１３０は、駆動回路１２０の端子電圧を検出するリモートセンシングによる電圧供給を行って、ライン間の電圧ドロップ及び電圧変動を軽減させるように構成されていることが好ましい。

【0010】

モーター試験装置２００は、第１カップリング２１１と、トルク計２２０と、第２カップリング２１２と、電気ブレーキ２３０と、ＡＣ／ＤＣ変換部２４０と、直流負荷部２５０と、パワーメーター２６０とを備える。第１カップリング２１１とトルク計２２０と第２カップリング２１２と電気ブレーキ２３０とを含む機械的な連結構造を、試験連結構造２７０と呼ぶ。

【0011】

被試験モーター１００の回転軸１１０とトルク計２２０の第１回転軸２２１は、第１カップリング２１１によって連結される。トルク計２２０は、第１回転軸２２１と第２回転軸２２２とを有し、第１回転軸２２１と第２回転軸２２２との間のトルクＴを測定する。トルク計２２０は、更に、回転軸２２１，２２２の回転数Ｎを測定できるように構成されていることが好ましい。回転数Ｎをトルク計２２０で測定する代わりに、被試験モーター１００に設けられた磁気センサー１０４を用いて回転数Ｎを測定するようにしてもよい。トルク計２２０の第２回転軸２２２と電気ブレーキ２３０の回転軸２３２は、第２カップリング２１２によって連結されている。電気ブレーキ２３０は、鉄損失（コギング損、ヒステリシス損等）の少ないコアレスモーター構造を有する。電気ブレーキ２３０は、例えば２相や３相のブラシレスモーターとして構成される。本実施形態において、電気ブレーキ２３０は、ローターの回転位置を測定する磁気センサー２３４を有している。本実施形態において、磁気センサー２３４は、ステーターに固定され、ローターに設けられた永久磁石の磁束密度を測定するセンサーである。磁気センサー２３４は、例えばホールＩＣによって構成される。但し、磁気センサー２３４は省略可能である。

【0012】

ＡＣ／ＤＣ変換部２４０は、電気ブレーキ２３０の複数相のコイルに電気的に接続されており、コイルに発生する交流誘起電圧Ｖｉを全波整流して直流電圧Ｖｄに変換する。直流負荷部２５０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２４０に電気的に接続されており、直流電圧Ｖｄによる電力を消費する。直流負荷部２５０は、直流電流値を可変に調整する可変電流制御部２５２と、抵抗器２５６とを有する。ＡＣ／ＤＣ変換部２４０と直流負荷部２５０の具体例は後述する。

【0013】

パワーメーター２６０は、トルクＴ[N・m]と回転数Ｎ[rpm]から、次式に従って回転エネルギーＰ[W]を算出する。
Ｐ = Ｔ×２πＮ／６０ …（１）
トルクＴと回転数Ｎと回転エネルギーＰは、パワーメーター２６０から試験制御装置３００に供給される。パワーメーター２６０は、入力電圧計１６０で測定された入力電圧値Ｅｉと、入力電流計１５０で測定された入力電流値Ｉｉと、トルク計２２０で測定されたトルクＴ及び回転数Ｎと、相電圧計１６１で測定された相電圧値Ｅｓと、相電流計で測定された相電流値Ｉｓと、を含む複数の入力信号を用いて、被試験モーター１００の出力の実効値と有効値と力率を演算する。

【0014】

試験制御装置３００は、モーター試験装置２００の各部を制御し、また、被試験モーター１００の駆動回路１２０や定電圧電源１３０を制御する。試験制御装置３００は、例えば、パーソナルコンピューターで実現することができる。被試験モーター１００に関する各種の試験は、メモリー３１０に格納されたモーター試験用のアプリケーションプログラムをプロセッサーが実行することによって実現される。

【0015】

本実施形態において、電気ブレーキ２３０は、コアレスモーター構造を有する。コアレスモーター構造は、コア付きモーター構造に比べて以下の利点がある。
（ａ）鉄心を用いていないためコイルインダクタンスが小さい。
（ｂ）コギング損及びヒステリシス損が無い。
（ｃ）鉄心特性によるコイル電流の磁気飽和が無い。

【0016】

電気ブレーキ２３０のコイルインダクタンスは極めて小さいので、急激な過渡変化に対する被試験モーター１００の過渡応答特性を正しく測定することができる。電気ブレーキ２３０の各相のコイルの自己インダクタンスは、例えば、４μＨ以下であることが好ましい。また、電気ブレーキ２３０はコギング損及びヒステリシス損が無いので、被試験モーター１００に対して安定した負荷を与えることができる。

【0017】

図２は、電気ブレーキ２３０のＩ－Ｔ特性を示すグラフである。黒点は、実測した点である。この図からも理解できるように、電気ブレーキ２３０はコイルの磁気飽和が無いので、コイル電流が大きくなったときに、コイル電流に比例したトルクを得ることができる。換言すれば、電気ブレーキ２３０のコイル電流に比例した負荷を被試験モーター１００に与えることができる。また、本実施形態の電気ブレーキ２３０は、損失が極めて小さいので、Ｉ－Ｔ特性がほぼ原点を通る直線となっている。

【0018】

電気ブレーキ２３０はコアレスモーター構造を有するので鉄損は無視できる程度であり、また、ベアリングなどに起因する機械損も極めて少ない。例えば、電気ブレーキ２３０の機械損は、１００００ｒｐｍの回転数で１０ワット以下であることが好ましい。このような損失の小さな電気ブレーキ２３０を使用すれば、急激な過渡変化に対する被試験モーターの過渡応答特性を正確に試験できる。損失の小さな電気ブレーキ２３０は、例えば、ＷＯ２０１８－１３９２４５Ａ１に記載されている２相構造や３相構造のコアレス電気機械装置で実現することが可能である。

【0019】

図３は、ＡＣ／ＤＣ変換部２４０の内部構成の一例を示す図である。ＡＣ／ＤＣ変換部２４０は、電気ブレーキ２３０のＡ相コイル２３１Ａ用の全波整流回路２４１Ａと、Ｂ相コイル２３１Ｂ用の全波整流回路２４１Ｂと、平滑コンデンサー２４２と、Ａ相用の極性分離回路２４３Ａと、Ｂ相用の極性分離回路２４３Ｂと、を有している。本実施形態では、全波整流回路２４１Ａ，２４１Ｂは電圧降下の少ないＭＯＳＦＥＴのブリッジ回路として構成されている。極性分離回路２４３Ａ，２４３Ｂは、電気ブレーキ２３０のＡ相磁気センサー２３４ＡとＢ相磁気センサー２３４Ｂのセンサー出力ＭＰａ，ＭＰｂに応じて、Ａ相とＢ相の区間を示す極性信号Ｐａ，Ｐｂを生成する。

【0020】

図４は、極性分離回路２４３Ａ，２４３Ｂの動作を示す説明図である。Ａ相磁気センサー２３４Ａのセンサー出力ＭＰａは、電気ブレーキ２３０のローターの永久磁石の回転位置に応じた正弦波状の波形を示す。Ｂ相磁気センサー２３４Ｂのセンサー出力ＭＰｂも同様である。極性分離回路２４３Ａは、センサー出力ＭＰａのゼロクロス位置でＬレベルからＨレベルに立ち上がる第１極性信号Ｐａ＋と、センサー出力ＭＰａのゼロクロス位置でＨレベルからＬレベルに立ち下がる第２極性信号Ｐａ－とを生成する。極性分離回路２４３Ｂも同様に、センサー出力ＭＰｂのゼロクロス位置でＬレベルからＨレベルに立ち上がる第１極性信号Ｐｂ＋と、センサー出力ＭＰｂのゼロクロス位置でＨレベルからＬレベルに立ち下がる第２極性信号Ｐｂ－とを生成する。これらの極性信号Ｐａ＋，Ｐａ－，Ｐｂ＋，Ｐｂ－は、全波整流回路２４１Ａ，２４１ＢのＭＯＳＦＥＴのゲート信号として使用される。この結果、Ａ相コイル２３１Ａに生じた誘起交流電圧とＢ相コイル２３１Ｂに生じた誘起交流電圧が、全波整流回路２４１Ａ，２４１Ｂによって直流電圧Ｖｄｃに変換される。直流電圧Ｖｄｃは、平滑コンデンサー２４２で平滑化されて、出力端子２４６ｐ，２４６ｎから出力される。このように、ＭＯＳＦＥＴで構成された全波整流回路２４１Ａ，２４１Ｂを有するＡＣ／ＤＣ変換部２４０を使用すれば、ＡＣ／ＤＣ変換部２４０による電力損失を小さく抑えることができる。但し、ダイオードで構成された全波整流回路を用いてＡＣ／ＤＣ変換部２４０を構成してもよい。

【0021】

図５は、直流負荷部２５０の内部構成の一例を示す図である。直流負荷部２５０は、可変電流制御部２５２と抵抗器２５６とが、２つの入力端子２５１ｐ，２５１ｎの間に直列に配置された構成を有する。可変電流制御部２５２は、抵抗器２５６に流れる直流電流値を可変に調整することが可能な定電流回路として構成されている。本実施形態において、可変電流制御部２５２は、トランジスター２５３と、オペアンプ２５４と、電流指令部２５５とを有する。電流指令部２５５は、試験制御装置３００からの命令に応じて、電流指令値Ｖｔをオペアンプ２５４に入力する。オペアンプ２５４の出力は、トランジスター２５３のゲート電極に供給される。オペアンプ２５４には、トランジスター２５３の出力電圧Ｖｍがフィードバックされており、オペアンプ２５４は、トランジスター２５３の出力電圧Ｖｍと電流指令値Ｖｔとの差分に応じて、トランジスター２５３のゲート信号のレベルを調整する。この結果、電流指令値Ｖｔに応じた電流値Ｉｒの直流電流がトランジスター２５３から抵抗器２５６に流れる。

【0022】

このように、可変電流制御部２５２と抵抗器２５６とが直列接続された構成を有する直流負荷部２５０を用いて、電気ブレーキ２３０で発生した誘起起電力を一定の電流値で抵抗器２５６によって消費できる。この結果、安定した負荷トルクを被試験モーター１００に与えることが可能である。

【0023】

図６は、過渡応答試験における負荷パターンＰ１～Ｐ４の例を示す説明図である。本実施形態のモーター試験システムでは、このような各種の負荷パターンに従って被試験モーター１００の過渡応答試験を行うことが可能である。特に、本実施形態では負荷装置としてコアレスモーター構造を有する電気ブレーキ２３０を使用しているので、急激な過渡変化を伴う過渡応答特性を試験することができる。例えば、負荷パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ４は、いずれもほぼ垂直な負荷変化を含んでいる。このような急激な過渡変化を伴う負荷パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ４は、負荷装置としてコア付きモーターを使用した場合に実現することは不可能である。

【0024】

過渡応答試験を行う際には、予め定められた負荷パターンを試験制御装置３００のメモリー３１０に格納しておき、その負荷パターンを用いてフィードバック制御を実行する。具体的には、負荷パターンの負荷トルクを目標値とし、トルク計２２０で測定されたトルクを制御量とし、直流負荷部２５０の電流指令値を操作量とする。即ち、負荷パターンの負荷トルク目標値と、トルク計２２０で測定されたトルクとの差分がゼロになるように、直流負荷部２５０の電流指令値が調節される。

【0025】

モーター試験装置２００は、過渡応答試験の他に、Ｔ－Ｎ特性や始動トルク特性の測定などの種々の測定や試験に利用することが可能である。本開示の発明者は、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性測定において、モーター試験装置２００の損失による影響が無視できないことを見出した。以下に説明するように、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性測定において測定されたトルクを、モーター試験装置２００の損失に対応する損失トルクで補正することによって、より正確なＴ－Ｎ特性を求めることが可能である。

【0026】

図７は、モーター試験装置２００の損失－回転数特性を示すグラフである。第１の損失Ｐｄは、被試験モーター１００を第１カップリング２１１に連結しない状態におけるモーター試験装置２００の損失である。第２の損失Ｐｂは、電気ブレーキ２３０単独の損失である。この図から理解できるように、電気ブレーキ２３０の損失Ｐｂは、極めて小さい。電気ブレーキ２３０は、鉄損がほぼ無視できるので、その損失Ｐｂは機械損であるものと考えることができる。電気ブレーキ２３０の損失Ｐｂは、１００００ｒｐｍの回転数で１０ワット以下であることが好ましい。このような損失の小さな電気ブレーキ２３０を使用すれば、急激な過渡変化に対する被試験モーターの過渡応答特性を正確に試験できる。

【0027】

図８は、モーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性を示すグラフである。第１の損失トルクＴｄは、被試験モーター１００を第１カップリング２１１に連結しない状態におけるモーター試験装置２００の損失に相当するトルクであり、図７に示した損失Ｐｄから上記（１）式に従って算出したものである。第２の損失トルクＴｂは、電気ブレーキ２３０単独の損失であり、図７に示した損失Ｐｂから上記（１）式に従って算出したものである。図８の下部の図は、電気ブレーキ２３０単独の損失トルクＴｂの縦軸を拡大して示している。回転数が約５０００ｒｐｍ以上になると損失トルクＴｂが急激に増加している原因は、電気ブレーキ２３０の軸受けの機械損によるものと推定される。

【0028】

被試験モーター１００を連結しない状態におけるモーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性は、試験制御装置３００のメモリー３１０に格納されて、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性を補正するために使用される。

【0029】

図９は、モーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性を求める工程を示す説明図である。ステップＳ１では、被試験モーター１００をモーター試験装置２００に連結せずに、被試験モーター１００単体を無負荷状態で回転させて、トルクＴｓ０と出力Ｐｓ０と回転数Ｎを測定する。この測定は、被試験モーター１００の駆動回路１２０への入力電圧Ｅｉを複数の値に設定した状態でそれぞれ実行される。また、電気ブレーキ２３０にブレーキ作用が発生しないように、直流負荷部２５０に流れる電流を０とする。或いは、電気ブレーキ２３０とＡＣ／ＤＣ変換部２４０の間の結線を外すようにしてもよい。

【0030】

被試験モーター１００のトルクＴｓ０[N・m]は、被試験モーター１００の出力Ｐｓ０[W]と回転数Ｎ[rpm]を用いて次式に従って算出される。
Ｔｓ０＝Ｐｓ０×６０／２πＮ …（２）

【0031】

ステップＳ２では、被試験モーター１００をモーター試験装置２００に連結した状態で、ステップＳ１と同様に被試験モーター１００を無負荷状態で回転させて、トルク計２２０によってトルクＴｓ１と出力Ｐｓ１と回転数Ｎを測定する。この測定も、ステップＳ１と同様に、被試験モーター１００の駆動回路１２０への入力電圧Ｅｉを複数の値に設定した状態でそれぞれ実行される。

【0032】

ステップＳ３では、ステップＳ１とステップＳ２の結果を用いて、モーター試験装置２００の損失Ｐｄと、損失Ｐｄに対応する損失トルクＴｄを次式で求める。
Ｐｄ＝Ｐｓ１－Ｐｓ０ …（３ａ）
Ｔｄ＝Ｔｓ１－Ｔｓ０ …（３ｂ）

【0033】

ステップＳ１，Ｓ２は、入力電圧Ｅｉを複数の値に設定した状態でそれぞれ実行するので、複数の回転数Ｎに応じて損失トルクＴｄがそれぞれ算出される。

【0034】

上述したステップＳ１～Ｓ３によって、被試験モーター１００を連結しない状態におけるモーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性を作成できる。この損失Ｔ－Ｎ特性は、メモリー３１０に格納しておくことが可能である。以下に説明するように、試験制御装置３００は、この損失Ｔ－Ｎ特性を用いて被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性を補正する。

【0035】

図１０は、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性試験の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、被試験モーター１００をモーター試験装置２００に連結した状態で、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性を測定する。この測定は、特定の入力電圧Ｅｉに対して行われる。ステップＳ２０では、モーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性を、試験制御装置３００のメモリー３１０から読み出す。ステップＳ３０では、モーター試験装置２００の損失Ｔ－Ｎ特性を用いて被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性を補正する。即ち、図８に示した損失Ｔ－Ｎ特性の損失トルクＴｄを、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性のトルクに加算する補正を行うことによって、被試験モーター１００についての補正Ｔ－Ｎ特性が求められる。図１０の処理を行えば、モーター試験装置２００の損失に相当する損失トルク成分を含まない被試験モーター１００単独の補正Ｔ－Ｎ特性を求めることができる。

【0036】

図１１は、モーター試験装置２００の損失補正前後の被試験モーター１００の効率を示すグラフである。このグラフの横軸はトルクであり、縦軸は効率（＝出力／入力）である。被試験モーター１００の出力は、トルク計２２０で測定されたトルクＴと回転数Ｎに応じて上記（１）式に従って算出される。被試験モーター１００の入力は、相電流計１５１で測定された相電流値Ｉｓと、相電圧計１６１で測定された相電圧値Ｅｓと、力率とを乗算することによって算出される。補正前のグラフは図１０のステップＳ１０で得られたＴ－Ｎ特性に対応する効率を示し、補正後のグラフはステップＳ３０で補正された後の補正Ｔ－Ｎ特性に対応する効率を示している。補正後の効率は、被試験モーター１００の真の効率を示しているものと考えることができる。

【0037】

図１１のグラフから理解できるように、トルクＴが小さく無負荷に近い回転状態では、モーター試験装置２００の損失による影響がかなり大きい。この結果、図１０のステップＳ１０で得られる通常のＴ－Ｎ特性では、被試験モーター１００のトルクや効率が真の値よりも低くなってしまう傾向にある。一方、モーター試験装置２００の損失に相当する損失トルクＴｄを用いて被試験モーター１００のトルクや出力を補正すれば、被試験モーター１００の真のトルクや効率を正しく算出できる。

【0038】

図１２は、被試験モーター１００のＴ－Ｎ特性の一例を示すグラフである。このＴ－Ｎ特性は、一定の入力電圧Ｅｉに対する特性であり、図１０による補正を行った後の特性である。破線で示す試験領域は、通常のＴ－Ｎ特性試験において測定を実施できる範囲を示している。回転数Ｎがゼロの状態における始動トルクＴｓは、試験領域におけるＴ－Ｎ特性を外挿することによって求められる。

【0039】

以上のように、第１実施形態では、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキ２３０を用い、被試験モーター１００の回転によって発生する電気ブレーキ２３０の交流誘起電圧を直流電圧に変換して直流負荷部２５０でその電力を消費するので、急激な過渡変化に対する被試験モーター１００の過渡応答特性を試験することができる。

【0040】

モーター試験装置２００は、以下のような各種の試験を行うための装置としても使用可能である。
（１）通常のＰＷＭ周波数が２０ＫＨｚ程度であるモーターを被試験モーター１００として、電気角内制御をより細かく行い、ＰＷＭ周波数を１００ＫＨｚ～２００ＫＨｚ以上に上げた高分解能な電気角制御を行った場合の特性を測定する装置。
（２）ドローンに用いられるモーターを被試験モーター１００として、上昇気流、乱気流等の自然環境における過渡変化に適応するため、プロペラの正転・逆転制御の過渡応答性や自立平衡制御性等の特性を評価する装置。
（３）航空産業の離陸、着陸、方向転回に用いるラダー、フラップ操作に用いられるモーターを被試験モーター１００として、その過渡応答性を向上させ自然環境における乱気流等の過渡変化に適応するため、過渡応答性や自立平衡制御性等の特性を評価する装置。
（４）流体の圧縮装置に用いられるモーターを被試験モーター１００として、短期間に高トルクで圧縮する動作を伴う熱交換器や、人口呼吸器、高濃度酸素発生機、放水防火ポンプ等の特性を評価する装置。

【0041】

Ｂ．第２実施形態：
従来の測定方法で得られる始動トルクＴｓは、駆動回路１２０の駆動特性（トランジスターのオン抵抗、基板配線の電圧減衰、駆動波形、位相角等）の影響を大きく受けてしまう。第２実施形態では、駆動回路１２０の駆動特性の影響を受けることなく、始動トルクＴｓを測定する方法を説明する。

【0042】

図１３は、第２実施形態において被試験モーター１００の始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図である。第２実施形態と第１実施形態のシステム構成の違いは、定電圧電源１３０の代わりに定電流電源１４０が用いられている点、被試験モーター１００の駆動回路１２０が省略されている点、及び、電気ブレーキ２３０をモーターとして駆動する駆動回路２３５を設けた点、の３点であり、他の構成は第１実施形態と同じである。尚、定電圧電源１３０と定電流電源１４０は説明上分けて説明するが、両機能が一体となっている定電圧定電流電源を用いても良い。この点は後述する他の実施形態でも同様である。

【0043】

図１４は、第２実施形態における被試験モーター１００の始動トルク測定の原理を示す説明図である。図１４の上部には、被試験モーター１００の通常の駆動状態におけるＡ相コイルのＰＷＭ波形と、Ａ相コイルで発生するトルク変化を示している。ここでは、被試験モーター１００が２相モーターであるものと仮定しているが、３相以上のモーターでも測定原理はほぼ同じである。ＰＷＭ波形は、Ａ相コイルに印加される実効的な電圧波形であり、ほぼ正弦波状の形状を有している。このＰＷＭ波形に応じて、Ａ相コイルから、正弦波状のトルクが発生する。このトルク変化は、被試験モーター１００の回転角度に応じたトルクの変化であると考えることができる。また、このトルク変化の最大値は、被試験モーター１００の始動トルクＴｓに等しい。

【0044】

このような通常の駆動状態でのトルクの発生原理を考慮すると、Ａ相コイルから発生するトルクの回転角度に応じた変化を測定し、その最大値を求めることによって、被試験モーター１００の始動トルクＴｓを測定することが可能であることが理解できる。そこで、第２実施形態では、図１４の下部に示すように、Ａ相コイルに一定の入力電流値の直流電力を入力した状態で、電気ブレーキ２３０を駆動回路２３５で駆動することによって被試験モーター１００の回転軸を回転させてトルク計２２０でトルクの変化を測定し、その最大値を始動トルクＴｓとして測定する。トルクの測定は、少なくとも電気角で２πに相当する回転角度の範囲Δθに渡って行うことが好ましい。Ａ相の単一相だけでも始動トルクＴｓを得ることはできるが、相バラツキを考慮して、Ｂ相コイルについても同様に始動トルクＴｓを得ることが可能である。

【0045】

図１５は、第２実施形態における被試験モーター１００の始動トルク測定のフローチャートである。第２実施形態～第４実施形態では、Ｍを２以上の整数としたとき、被試験モーター１００はＭ相のコイルを有するコアレスモーターであるものと仮定する。代表的な例では、Ｍは２又は３である。但し、被試験モーター１００をコア付きモーターとしてもよい。

【0046】

ステップＳ１１０では、被試験モーター１００のＭ相コイルのうちの１つの特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力して、特定相コイルへの入力電圧を測定する。被試験モーター１００が２相モーターである場合には、特定相コイルとしてＡ相コイルとＢ相コイルのうちの一方が選択されて直流電流が入力され、他方には直流電流は入力されない。また、被試験モーター１００が３相モーターである場合には、特定相コイルとしてＵ相コイルとＶ相コイルとＷ相コイルのうちの１相のコイルが選択されて直流電流が入力され、他の２相のコイルには直流電力は入力されない。但し、Ｕ相コイルを特定相コイルとした場合には、Ｕ相コイルに入力された直流電流は、Ｕ相コイルを介してＶ相コイルとＷ相コイルの両方に流れる。特定相コイルに入力される直流電流の電流値Ｉｉは入力電流計１５０で測定され、入力電圧値Ｅｉは入力電圧計１６０で測定される。

【0047】

ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０と同じ一定電流値の直流電流を被試験モーター１００の特定相コイルに供給した状態で、電気ブレーキ２３０により被試験モーター１００に回転を加えて、回転に伴うトルク変化の最大トルクをトルク計２２０で測定する。この際、被試験モーター１００の回転の範囲を、被試験モーター１００の電気角で２π以上とすることが好ましい。図１４に示したように、モーターのトルクは、電気角に依存しており、電気角で２πの回転角度範囲においてピークを示す正弦波状の波形を示す。従って、電気角で２π以上の回転角度範囲に亘って被試験モーター１００を回転させることによって、被試験モーター１００で発生する最大トルクを求めることが可能である。

【0048】

電気ブレーキ２３０により被試験モーター１００に回転を加える制御は、駆動回路２３５によって行われる。なお、ステップＳ１２０では、被試験モーター１００の回転軸１１０をゆっくり回転しながらトルクを測定してもよく、或いは、複数の回転角度で被試験モーター１００の回転軸１１０を停止させた状態でトルクを測定してもよい。

【0049】

ステップＳ１３０では、他の電流値でステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を実行するか否かを判定する。第２実施形態では、複数の電流値でステップＳ１１０，Ｓ１２０が実行される。他の電流値でステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を実行する場合には、ステップＳ１４０に進み、直流電流の電流値を変更してステップＳ１１０に戻る。こうして、複数の電流値を用いてステップＳ１１０，Ｓ１２０を実行することによって、１つの特定相コイルに関して、複数の入力電圧に応じた複数の最大トルクを求めることができる。

【0050】

ステップＳ１５０では、他相のコイルを用いて上述したステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理を実行するか否かが判断される。被試験モーター１００のＭ相コイルのすべてに関してステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理が完了していない場合には、ステップＳ１５０からステップＳ１１０に戻り、特定相コイルを変更してステップＳ１１０～Ｓ１４０が再度実行される。こうしてＭ相のすべてのコイルについてステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理が終了すると、ステップＳ１６０に進む。

【0051】

ステップＳ１６０では、複数の入力電圧のそれぞれについて、被試験モーター１００のＭ相コイルに対して得られたＭ個の最大トルクから、複数の入力電圧に応じた始動トルクの変化を示す始動トルク特性曲線を作成する。この際、個々の入力電圧について、Ｍ相コイルに対して得られたＭ個の最大トルクから、被試験モーター１００の始動トルクが決定される。例えば、Ｍ個の最大トルクの平均値、最大値、又は、最小値を始動トルクとして決定することができる。最大トルクの平均値を始動トルクとして選択すれば、被試験モーター１００に期待される始動トルクの期待値を始動トルクとすることができる。また、最大トルクの最大値を始動トルクとして選択すれば、被試験モーター１００の回転軸１１０がトルク発生に関して最も有利な回転位置にある状態において発生可能なトルクを始動トルクとするこができる。最大トルクの最小値を始動トルクとして選択すれば、被試験モーター１００の回転軸１１０がトルク発生に関して最も不利な回転位置にある状態において発生可能なトルクを始動トルクとするこができる。

【0052】

なお、Ｍ相コイルのすべてに関してステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理を実行する必要はなく、少なくとも１相のコイルについてステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理を実行するようにしてもよい。例えば、１相のコイルのみについてステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理を実行する場合には、そのコイルについて得られた最大トルクがそのまま始動トルクとして決定される。

【0053】

図１６は、第２実施形態で得られる被試験モーター１００の始動トルク特性を示すグラフである。図１６の横軸は入力電圧であり、縦軸は始動トルクである。複数の黒丸は測定点を示し、点線は複数の測定点から作成された始動トルク特性曲線Ｇ２を示す。

【0054】

始動トルク特性曲線Ｇ２は、複数の測定点を近似する近似関数によって表すことができる。図１６の例において、始動トルク特性曲線Ｇ２は直線である。被試験モーター１００がコアレスモーターである場合には、始動トルク特性曲線Ｇ２は直線で表すことができる。なお、通常は、図１５の処理で測定される入力電圧Ｅｉは、被試験モーター１００の定格電圧に比べて極めて小さい値である。図１６の例において、被試験モーター１００の定格電圧を１０[V]としたとき、測定点の入力電圧Ｅｉの値はその１／１０以下である。この理由は、入力電圧Ｅｉが定格電圧に近い値になるように直流電圧値を大きな値に設定すると、被試験モーター１００のコイルが過熱して、被試験モーター１００が損傷してしまう可能性があるからであり、また、この試験は被試験モーター１００自身の発熱の影響を受けないように測定するのがポイントとなるからである。この意味では、図１５の処理において、入力電圧Ｅｉは、被試験モーター１００の定格電圧の１／１０以下になるように設定することが更に好ましい。

【0055】

ステップＳ１７０では、始動トルク特性曲線Ｇ２を外挿することによって、ステップＳ１１０～Ｓ１４０の測定で使用された複数の入力電圧よりも高い特定電圧に対する始動トルクを算出する。図１６の例では、特定電圧を１０Ｖとしており、その特定電圧に対する始動トルクＴｓが始動トルク特性曲線Ｇ２の外挿により算出されている。本実施形態では、始動トルク特性曲線Ｇ２は直線なので、その外挿によって、特定電圧に対する始動トルクＴｓを精度良く求めることが可能である。但し、始動トルク特性曲線Ｇ２が直線でない場合にも、精度はやや低下するものの、始動トルク特性曲線Ｇ２の外挿によって測定点よりも高い入力電圧に対する始動トルクを算出することが可能である。

【0056】

図１６の始動トルク特性曲線Ｇ２は、駆動回路１２０を被試験モーター１００に接続しない状態で測定された特性であり、被試験モーター１００単独の始動トルク特性を示している。このように、第２実施形態では、駆動回路１２０の特性の影響を受けることなく、被試験モーター１００単独の始動トルク特性を正確に測定することができる。

【0057】

Ｃ．第３実施形態：
図１７は、第３実施形態において被試験モーター１００の始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図である。第３実施形態と第２実施形態のシステム構成の違いは、定電流電源１４０と被試験モーター１００の間に駆動回路１２０が追加されている点だけであり、他の構成は第２実施形態と同じである。

【0058】

図１８は、第３実施形態における被試験モーター１００の始動トルク測定のフローチャートである。この処理手順は、図１５に示した第２実施形態の処理手順のステップＳ１１０を、ステップＳ２１０，Ｓ２２０で置き換えたものであり、他のステップは第２実施形態と同じである。

【0059】

ステップＳ２１０では、被試験モーター１００のＭ相コイルのうちの１つを特定相コイルとして選択し、特定相コイルに関する駆動回路１２０のＰＷＭデューティを１００％に設定する。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０の状態を維持したまま、特定相コイルに一定電流値Ｉｓ（＝Ｉｉ）の直流電流を入力して、駆動回路１２０への入力電圧Ｅｉを測定する。この入力電圧Ｅｉは、駆動回路１２０と特定相コイルに発生する電圧の合計値に相当する。ステップＳ１２０以降の処理は、図１５で説明した第２実施形態と同じなので説明を省略する。

【0060】

図１９は、第３実施形態で得られる被試験モーター１００の始動トルク特性を示すグラフである。複数の黒丸は測定点を示し、点線は複数の測定点から作成された始動トルク特性曲線Ｇ３を示す。この始動トルク特性曲線Ｇ３も、図１６に示した第２実施形態の始動トルク特性曲線Ｇ２と同様に直線であるが、直線以外の近似曲線としてもよい。第３実施形態においても、図１８の処理において、入力電圧Ｅｉは、被試験モーター１００の定格電圧の１／１０以下になるように設定することが好ましい。

【0061】

図１９の始動トルク特性曲線Ｇ３は、駆動回路１２０を被試験モーター１００に接続した状態で測定された特性であり、被試験モーター１００と駆動回路１２０とで構成される駆動系についての始動トルク特性を示している。このように、第３実施形態では、駆動回路１２０の特性の影響を含む状態で、被試験モーター１００の始動トルク特性を正確に測定することができる。また、第２実施形態の方法に従って被試験モーター１００単独の始動トルク特性曲線Ｇ２を求め、第３実施形態の方法に従って被試験モーター１００と駆動回路１２０とを含む駆動系についての始動トルク特性曲線Ｇ３を求めるようにすれば、その差分から、駆動回路１２０の性能の優劣を判定することが可能である。

【0062】

Ｄ．第４実施形態：
図２０は、第４実施形態において被試験モーター１００の始動トルクを測定するモーター試験システムの構成を示すブロック図である。第４実施形態と第３実施形態のシステム構成の違いは、定電流電源１４０の他に定電圧電源１３０も使用される点、両者を切り替えて駆動回路１２０に接続するスイッチ回路１７０が追加されている点、及び、電気ブレーキ２３０の回転軸を制動する電磁ブレーキ２３６とその駆動回路２３７とが設けられている点、の３点だけであり、他の構成は第３実施形態と同じである。

【0063】

図２１は、第４実施形態における被試験モーター１００の始動トルク測定のフローチャートである。ステップＳ３１０では、特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力した状態で、電気ブレーキ２３０により被試験モーター１００を回転させる。このステップＳ３１０では、定電流電源１４０がスイッチ回路１７０を介して駆動回路１２０に接続され、定電流電源１４０からの直流電流が駆動回路１２０を介して特定相コイルに入力される。なお、駆動回路１２０を介することなく、定電流電源１４０からの直流電流を被試験モーター１００に入力するようにしてもよい。ステップＳ３１０の動作は、図１５で説明した第２実施形態のステップＳ１２０の動作と実質的に同じである。ステップＳ３１０では、回転に伴うトルクの変化がトルク計２２０によって測定され、回転に伴うトルクの最大値が求められる。

【0064】

ステップＳ３２０では、トルクが最大値になった回転位置で回転軸を固定させ、また、直流電流の入力を停止する。回転軸の固定は、電気ブレーキ２３０の回転軸に連結された電磁式ブレーキ２３６を、駆動回路２３７により作動させることによって実行される。尚、通常時は、電磁ブレーキ２３６を非制動状態として、電気ブレーキ２３０の回転軸を固定させない状態を保つ。電磁ブレーキ２３６以外の制動装置を用いて、被試験モーター１００の回転軸をトルクが最大値になった回転位置で固定するようにしてもよい。

【0065】

ステップＳ３３０では、トルク計２２０をピークホールドモードに設定し、また、被試験モーター１００への電源を、定電流電源１４０から定電圧電源１３０に切り替える。ピークホールモードとは、測定されたトルクのうちのピーク値を保持するモードである。

【0066】

ステップＳ３４０では、被試験モーター１００の特定相コイルに矩形パルス電圧を印加してピークトルクを測定する。

【0067】

図２２は、ステップＳ３４０において特定相コイルに矩形パルス電圧Ｖｐを印加する状態を示す説明図である。駆動回路１２０は、Ａ相コイル１０１を駆動する４つのトランジスター１２１～１２４で構成されるＨブリッジ回路を含んでいる。４つのトランジスター１２１～１２４のゲート電極には、制御信号Ｓｄ１～Ｓｄ４がそれぞれ入力される。Ａ相コイル１０１を特定相コイルとして使用する場合に、２つのトランジスター１２１，１２４の制御信号Ｓｄ１，Ｓｄ４をオンレベルに設定し、他の２つのトランジスター１２２，１２３の制御信号Ｓｄ２，Ｓｄ３をオフレベルに設定すれば、Ａ相コイル１０１に矩形パルス電圧Ｖｐを与えることが可能である。矩形パルス電圧Ｖｐの電圧レベルＥｓは、定電圧電源１３０から供給される入力電圧Ｅｉとほぼ同じである。このように、ステップＳ３５０の処理では、被試験モーター１００の特定相コイルに特定の入力電圧Ｅｉが供給された状態において、被試験モーター１００が発生するピークトルクを測定することができる。このピークトルクは、始動トルクに相当するものである。

【0068】

矩形パルス電圧Ｖｐのオン期間Ｔｏは、試験制御装置３００によって任意に設定することができる。但し、オン期間Ｔｏの長さが過度に短いと、始動トルクをうまく測定できない可能性があるので、オン期間Ｔｏは１００μｓ以上に設定することが好ましい。一方、オン期間Ｔｏの長さが過度に長いと、特定相コイルが過度に発熱する可能性があるので、オン期間Ｔｏは２０ｍｓ以下に設定することが好ましく、１０ｍｓ以下に設定することが更に好ましい。

【0069】

ステップＳ３４０においてピークトルクを測定する際には、例えば、矩形パルス電圧Ｖｐのオン期間Ｔｏの初期値を十分に小さな値に設定し、オン期間Ｔｏを徐々に増加しながら、オン期間Ｔｏの長さ毎にトルクのピーク値をトルク計２２０で測定する。そして、オン期間Ｔｏを増加してもピーク値が実質的に増加なくなった時点のトルクを「ピークトルク」と決定することができる。例えば、ピーク値の一定回数にわたる移動平均の極大値を「ピークトルク」と決定してもよい。

【0070】

ステップＳ３５０では、他相のコイルを用いて上述したステップＳ３１０～Ｓ３４０の処理を実行するか否かが判断される。被試験モーター１００のＭ相コイルのすべてに関してステップＳ３１０～Ｓ３４０の処理が完了していない場合には、ステップＳ３５０からステップＳ３１０に戻り、特定相コイルを変更してステップＳ３１０～Ｓ３４０が再度実行される。こうしてＭ相のすべてのコイルについてステップＳ３１０～Ｓ３４０の処理が終了すると、ステップＳ３６０に進む。

【0071】

ステップＳ３６０では、被試験モーター１００のＭ相コイルに対して得られたＭ個のピ－クトルクから、被試験モーター１００の始動トルクを決定する。例えば、Ｍ個のピ－クトルクの平均値、最大値、又は、最小値を始動トルクとして決定することができる。

【0072】

なお、Ｍ相コイルのすべてに関してステップＳ３１０～Ｓ３４０の処理を実行する必要はなく、少なくとも１相のコイルについてステップＳ３１０～Ｓ１４０の処理を実行ようにしてもよい。例えば、１相のコイルのみについてステップＳ３１０～Ｓ３４０の処理を実行する場合には、そのコイルについて得られたピークトルクが始動トルクとしてそのまま決定される。

【0073】

第４実施形態では、特定相コイルに一定の入力電圧Ｅｉを印加した状態における始動トルクを測定することが可能である。この入力電圧Ｅｉは、第２実施形態や第３実施形態において直流電流に応じて発生する入力電圧に比べて高い電圧値とすることが可能であり、被試験モーター１００の定格電圧と等しい値に設定可能である。また、始動トルク測定の際には、矩形パルス電圧Ｖｐを用いるので、特定相コイルに過度の発熱を生じさせることなく、被試験モーター１００の始動トルクを測定することが可能である。

【0074】

本開示は、上述の実施形態や実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、開示の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0075】

（１）本開示の一形態によれば、被試験モーターの特性試験に使用するモーター試験装置が提供される。このモーター試験装置は、前記被試験モーターの回転軸に連結される第１カップリングと、前記第１カップリングに連結された第１回転軸と、第２回転軸とを有し、前記第１回転軸と前記第２回転軸との間のトルクを測定するトルク計と、前記トルク計の前記第２回転軸に連結された第２カップリングと、前記第２カップリングに連結された回転軸を有する電気ブレーキであって、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキと、前記電気ブレーキのコイルに電気的に接続され、前記コイルに発生する交流誘起電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に電気的に接続され、前記直流電圧による電力を消費する直流負荷部と、を備える。前記直流負荷部は、直流電流値を可変に調整する可変電流制御部と、抵抗器とが、前記直流電圧が印加される２つの入力端子の間に直列に配置された構成を有する。
このモーター試験装置によれば、コアレスモーター構造を有する電気ブレーキを用い、被試験モーターの回転によって発生する電気ブレーキの交流誘起電圧を直流電圧に変換して直流負荷部でその電力を消費するので、急激な過渡変化に対する被試験モーターの過渡応答特性を試験することができる。

【0076】

（２）上記モーター試験装置を用いて前記被試験モーターの特性を測定する方法であって、前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結して、前記被試験モーターのＴ－Ｎ特性を測定する工程と、前記被試験モーターが連結されていない状態における前記モーター試験装置の損失に対応する損失トルクと、回転数と、の関係を示す予め作成された損失Ｔ－Ｎ特性の前記損失トルクを、前記被試験モーターの前記Ｔ－Ｎ特性のトルクに加算する補正を行うことによって、前記被試験モーターについての補正Ｔ－Ｎ特性を求める工程と、を含む方法。
この方法によれば、モーター試験装置の損失に相当する損失トルク成分を含まない被試験モーター単独の補正Ｔ－Ｎ特性を求めることができる。

【0077】

（３）上記モーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結した状態で、前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力して、前記特定相コイルの入力電圧を測定する工程と、（ｂ）前記一定電流値の前記直流電流を前記特定相コイルに入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化の最大トルクを求める工程と、（ｃ）前記一定電流値を変更して前記工程（ａ）～（ｂ）を複数回実行することによって、前記特定相コイルに関して、複数の前記入力電圧に応じた複数の前記最大トルクを求める工程と、（ｄ）前記複数の入力電圧に応じた前記複数の最大トルクを用いて、前記複数の入力電圧に応じた始動トルクの変化を示す始動トルク特性曲線を作成する工程と、（ｅ）前記始動トルク特性曲線を外挿することによって、前記複数の入力電圧よりも高い特定電圧に対する始動トルクを算出する工程と、を含む。
この方法によれば、駆動回路の影響を受けることなく、被試験モーター単独の始動トルクを正確に測定できる。

【0078】

（４）上記モーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結し、前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに関する前記被試験モーターの駆動回路のＰＷＭデューティを１００％に設定した状態で、前記駆動回路を介して前記特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力して、前記駆動回路の入力電圧を測定する工程と、（ｂ）前記一定電流値の前記直流電流を前記特定相コイルに入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化の最大トルクを求める工程と、（ｃ）前記一定電流値を変更して前記工程（ａ）～（ｂ）を複数回実行することによって、前記特定相コイルに関して、複数の前記入力電圧に応じた複数の前記最大トルクを求める工程と、（ｄ）前記複数の入力電圧に応じた前記複数の最大トルクを用いて、前記複数の入力電圧に応じた始動トルクの変化を示す始動トルク特性曲線を作成する工程と、（ｅ）前記始動トルク特性曲線を外挿することによって、前記複数の入力電圧よりも高い特定電圧に対する始動トルクを算出する工程と、を含む。
この方法によれば、被試験モーターと駆動回路とを含む駆動系に関する始動トルクを正確に測定できる。

【0079】

（５）上記方法であって、前記工程（ｄ）は、前記Ｍ相コイルのうちの１相のコイルを前記特定相コイルとして順次選択して前記工程（ａ）～（ｃ）を実行し、前記複数の入力電圧のそれぞれについて、前記Ｍ相コイルに対するＭ個の前記最大トルクの平均値、最大値、又は、最小値を前記始動トルクとして選択する工程、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、始動トルクをより正確に求めることができる。

【0080】

（６）上記モーター試験装置を用いて前記被試験モーターの始動トルクを測定する方法であって、（ａ）Ｍを２以上の整数としたとき、Ｍ相コイルを有する前記被試験モーターを前記モーター試験装置に連結し、前記被試験モーターの駆動回路を介して前記Ｍ相コイルのうちの１つの特定相コイルに一定電流値の直流電流を入力した状態で、前記電気ブレーキにより前記被試験モーターに回転を加えて、前記回転に伴うトルク変化を測定する工程と、（ｂ）前記トルク変化のうちの最大トルク値になった回転角度で前記電気ブレーキの回転を停止させて前記回転角度を維持する工程と、（ｃ）前記電気ブレーキの前記回転角度を維持した状態で、前記駆動回路を介して前記被試験モーターの前記特定相コイルに特定電圧値の矩形パルス電圧を印加してピークトルクを測定する工程と、（ｄ）前記ピークトルクを用いて前記被試験モーターの始動トルクを決定する工程と、を含む。
この方法によれば、特定電圧値に対する被試験モーターの始動トルクを正確に測定できる。

【0081】

（７）上記方法であって、前記工程（ｄ）は、前記Ｍ相コイルのうちの１相のコイルを前記特定相コイルとして順次選択して前記工程（ａ）～（ｃ）を実行し、前記Ｍ相コイルに対するＭ個の前記ピークトルクの平均値、最大値、又は、最小値を前記始動トルクとして選択する工程、を含むものとしてもよい。
この方法によれば、始動トルクをより正確に求めることができる。

【符号の説明】

【0082】

１００…被試験モーター、１０１…Ａ相コイル、１０４…磁気センサー、１１０…回転軸、１２０…駆動回路、１２１～１２４…トランジスター、１３０…定電圧電源、１４０…定電流電源、１５０…入力電流計、１５１…相電流計、１６０…入力電圧計、１６１…相電圧計、１７０…スイッチ回路、２００…モーター試験装置、２１１…第１カップリング、２１２…第２カップリング、２２０…トルク計、２２１…第１回転軸、２２２…第２回転軸、２３０…電気ブレーキ、２３１Ａ…Ａ相コイル、２３１Ｂ…Ｂ相コイル、２３２…回転軸、２３４…磁気センサー、２３４Ａ…Ａ相磁気センサー、２３４Ｂ…Ｂ相磁気センサー、２３５…駆動回路、２３６…電磁ブレーキ、２３７…駆動回路、２４０…ＡＣ／ＤＣ変換部、２４１Ａ…全波整流回路、２４１Ｂ…全波整流回路、２４２…平滑コンデンサー、２４３Ａ…極性分離回路、２４３Ｂ…極性分離回路、２４６ｐ，２４６ｎ…出力端子、２５０…直流負荷部、２５１ｐ，２５１ｎ…入力端子、２５２…可変電流制御部、２５３…トランジスター、２５４…オペアンプ、２５５…電流指令部、２５６…抵抗器、２６０…パワーメーター、２７０…試験連結構造、３００…試験制御装置、３１０…メモリー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】