(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-11
(45)【発行日】2022-11-21
(54)【発明の名称】測定器
(51)【国際特許分類】
G01R 22/06 20060101AFI20221114BHJP
G01R 21/133 20060101ALI20221114BHJP
H02P 29/00 20160101ALI20221114BHJP
B60L 3/00 20190101ALN20221114BHJP
【FI】
G01R22/06 120E
G01R22/06 110K
G01R21/133 G
H02P29/00
B60L3/00 N
(21)【出願番号】P 2018173853
(22)【出願日】2018-09-18
【審査請求日】2021-06-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】596157780
【氏名又は名称】横河計測株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100188307
【氏名又は名称】太田 昌宏
(74)【代理人】
【識別番号】100195534
【氏名又は名称】内海 一成
(72)【発明者】
【氏名】南 裕樹
【審査官】島田 保
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-264357(JP,A)
【文献】特開2009-288218(JP,A)
【文献】特開2001-231102(JP,A)
【文献】特開2004-170097(JP,A)
【文献】特開2004-219354(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01R 11/00-11/66
G01R 21/00-22/10
G01R 35/00-35/06
H02P 29/00
B60L 3/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定期間内に取得した、電源が負荷に対して出力する電流と電圧とに基づいて、前記電源が出力する正の電力量と負の電力量とをそれぞれ分けて算出する電力量算出部と、
前記所定期間内に取得した前記負荷に関するパラメータを、正の値と負の値とに分けて算出するパラメータ算出部と
、
前記電力量算出部と前記パラメータ算出部とを同期させる制御部と
を備え
、
前記制御部は、
前記電力量算出部から、前記正の電力量と前記負の電力量とを取得し、
前記パラメータ算出部から、前記正の値の積算値と前記負の値の積算値とを取得し、
前記正の電力量と前記正の値の積算値とに基づく負荷効率、又は、前記負の電力量と前記負の値の積算値とに基づく負荷効率のうち、少なくとも一方を算出する、測定器。
【請求項2】
所定期間内に取得した、電源が負荷に対して出力する電流と電圧とに基づいて、前記電源が出力する正の電力量と負の電力量とをそれぞれ分けて算出する電力量算出部と、
前記所定期間内に取得した前記負荷に関するパラメータを、正の値と負の値とに分けて算出するパラメータ算出部と
を備え、
前記負荷は、モータを含み、
前記負荷に関するパラメータは、前記モータのトルクと回転数とを含み、
前記パラメータ算出部は、前記モータのトルクと回転数との積を計算することによって、前記モータの機械出力を算出し、前記モータの機械出力を正の機械出力と負の機械出力とに分けて積算する、測定器。
【請求項3】
前記電力量算出部における算出結果と、前記パラメータ算出部における算出結果とを表示する表示部をさらに備える、請求項1
又は2に記載の測定器。
【請求項4】
前記表示部は、前記電力量算出部における算出結果と、前記パラメータ算出部における算出結果とをそれぞれ同一の時間軸に対応づけたグラフを表示する、請求項
3に記載の測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、測定器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電源が負荷に供給する正の電力量と、負荷から電源に供給される負の電力量とを別々に測定する測定器が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電源と負荷とを含むシステムを改善するために、ユーザが負荷の状態を精度よく把握できることが求められる。
【0005】
本開示は、ユーザが負荷の状態を精度よく把握できる測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
幾つかの実施形態に係る測定器は、所定期間内に取得した、電源が負荷に対して出力する電流と電圧とに基づいて、前記電源が出力する正の電力量と負の電力量とをそれぞれ分けて算出する電力量算出部と、前記所定期間内に取得した前記負荷に関するパラメータを、正の値と負の値とに分けて算出するパラメータ算出部とを備える。このように、負荷に関するパラメータが正の値と負の値とに分けて積算されることによって、ユーザが負荷の状態を精度よく把握できる。その結果、システムの効率の向上が容易になる。
【0007】
一実施形態に係る測定器は、前記電力量算出部と前記パラメータ算出部とを同期させる制御部をさらに備え、前記制御部は、前記電力量算出部から、前記正の電力量と前記負の電力量とを取得し、前記パラメータ算出部から、前記正の値の積算値と前記負の値の積算値とを取得し、前記正の電力量と前記正の値の積算値とに基づく負荷効率、及び、前記負の電力量と前記負の値の積算値とに基づく負荷効率のうち、少なくとも一方を算出してよい。このようにすることで、測定器は、負荷効率を精度よく算出できる。その結果、システムの効率の向上が容易になる。
【0008】
一実施形態に係る測定器において、前記負荷は、モータを含み、前記負荷に関するパラメータは、前記モータのトルクと回転数とを含んでよい。このようにすることで、モータを含むシステムの効率の向上が容易になる。
【0009】
一実施形態に係る測定器において、前記パラメータ算出部は、前記モータのトルクと回転数との積を計算することによって、前記モータの機械出力を算出し、前記モータの機械出力を正の機械出力と負の機械出力とに分けて積算してよい。このようにすることで、モータを含むシステムの効率の向上が容易になる。
【0010】
一実施形態に係る測定器は、前記電力量算出部における算出結果と、前記パラメータ算出部における算出結果とを表示する表示部をさらに備えてもよい。このようにすることで、ユーザは、パラメータを容易に比較できる。
【0011】
一実施形態に係る測定器において、前記表示部は、前記電力量算出部における算出結果と、前記パラメータ算出部における算出結果とをそれぞれ同一の時間軸に対応づけたグラフを表示してもよい。このようにすることで、ユーザは、パラメータを容易に比較できる。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、ユーザが負荷の状態を精度よく把握できる測定器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】一実施形態に係る測定器の構成例を示すブロック図である。
【
図2】電流・電圧取得部の構成例を示すブロック図である。
【
図3】電力量算出部の構成例を示すブロック図である。
【
図4】パラメータ取得部の構成例を示すブロック図である。
【
図5】パラメータ算出部の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
従来、電源2(
図1参照)が負荷4(
図1参照)に供給する正の電力量と、負荷4から電源2に供給される負の電力量とを別々に測定する装置が知られている。電源2と負荷4とを備えるシステムにおいて、システム全体としての効率を向上させるために、ユーザが負荷4の状態を精度よく把握できることが求められる。また、負荷4の効率が精度よく測定されることが求められる。負荷4の効率は、電源2が負荷4に供給する正の電力量に対する、負荷4が出力するエネルギーの比として算出されてよいし、負荷4に入力されるエネルギーに対する、負荷4から電源2に供給される負の電力量の比として算出されてもよい。
【0015】
例えば負荷4がモータ4a(
図4参照)を含む場合、負荷4の効率の測定精度を向上させるために、モータ4aの機械出力の測定精度の向上が求められる。モータ4aの機械出力は、モータ4aの回転速度とトルクとの積によって表される。負荷4に関するパラメータは、例えば、モータ4aの機械出力、回転速度又はトルク等を含む。モータ4aの回転方向とトルクの方向とが同じ向きである場合における機械出力の極性は、正であるとする。つまり、モータ4aに対してその回転速度を大きくさせる方向にトルクがかかる場合における機械出力の極性は正である。一方、モータ4aの回転方向とトルクの方向とが逆向きである場合における機械出力の極性は、負であるとする。つまり、モータ4aに対してその回転速度を小さくさせる方向にトルクがかかる場合における機械出力の極性は負である。
【0016】
モータ4aの機械出力の極性が変化する場合において、正の極性の機械出力と負の極性の機械出力とがまとめて積算される場合、正の極性の機械出力と負の極性の機械出力とが相殺(キャンセル)される。この場合、モータ4aの機械出力があるにもかかわらず、機械出力の積算値がゼロとして算出されることがある。つまり、負荷4が出力するエネルギー又は負荷4に入力されるエネルギーがゼロとして算出されることがある。その結果、実際には負荷4に対してエネルギーが入出力されているにもかかわらず、算出された機械出力の積算値では、エネルギーの入出力がされていないという算出結果となることがある。このように、算出された機械出力の積算値は、実際に負荷4に対して入出力されるエネルギーから乖離することがある。算出された機械出力の積算値が実際に負荷4に対して入出力されるエネルギーから乖離することによって、負荷4の効率の測定精度が低下することがある。以下、これらの課題を解決可能な本開示に係る測定器について説明する。
【0017】
図1に例示されている本開示の一実施形態に係る測定器1は、電源2が供給する正の電力量と負の電力量とをそれぞれ分けて算出しつつ、負荷4に関するパラメータを、正の値と負の値とに分けて積算する。負荷4がモータ4a(
図4参照)を含む場合、負荷4に関するパラメータは、モータ4aの機械出力を含む。このような構成を有する測定器1は、負荷4に関するパラメータのうち正の値の積算値を正の電力量に対応づけることができるとともに、負荷4に関するパラメータのうち負の値の積算値を負の電力量に対応づけることができる。このようにすることで、測定器1は、電力量と負荷4に関するパラメータとを精度よく対応づけることができる。その結果、ユーザが負荷4の状態を精度よく把握できる。また、測定器1は、負荷4の効率を精度よく算出できる。ユーザは、負荷4の状態を精度よく把握することによって、負荷4を含むシステムを改善しやすくなる。
【0018】
一実施形態に係る測定器1は、制御部10と、電流・電圧取得部20と、電力量算出部30と、パラメータ取得部40と、パラメータ算出部50とを備える。測定器1は、電源2と負荷4とを備えるシステムに接続されている。システムは、インバータ3をさらに備えてよい。電源2が直流電源である場合、インバータ3は、電源2から出力される直流電力を単相又は三相の交流電力に変換する。電源2が交流電源である場合、インバータ3は、電源2から出力される交流電力の電圧を変換したり、電源2から出力される単相の交流電力を三相の交流電力に変換したりする。電流・電圧取得部20は、電源2とインバータ3との間に接続され、電源2がインバータ3に出力する電流と電圧とを取得する。電流・電圧取得部20は、インバータ3と負荷4との間に接続されてもよい。電流・電圧取得部20は、インバータ3が負荷4に出力する電流と電圧とを取得してもよい。電力量算出部30は、電源2の電流と電圧とに基づいて、正の電力量と負の電力量とを別々に算出する。パラメータ取得部40は、負荷4に関するパラメータを取得する。パラメータ算出部50は、負荷4に関するパラメータを積算する。
【0019】
測定器1は、表示部12と、操作部14と、記憶部16とをさらに備えてよい。測定器1は、制御部10と他の構成部との間でデータを入出力するためのバス18をさらに備えてよい。制御部10は、バス18を介して、電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれからデータを取得してよい。制御部10は、バス18を介して、表示部12、操作部14及び記憶部16それぞれにデータを出力してよいし、表示部12、操作部14及び記憶部16それぞれからデータを取得してよい。
【0020】
制御部10は、各構成部から情報を取得したり、各構成部を制御したりする。制御部10は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含んでよい。制御部10は、所定のプログラムを実行することによって、測定器1の種々の機能を実現してよい。
【0021】
表示部12は、制御部10からの制御情報に基づく内容を表示してよい。表示部12は、例えば、制御部10が取得したデータを表示してよいし、制御部10の演算結果を表示してよい。表示部12は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ又は無機ELディスプレイ等の表示デバイスを含んでよいが、これらに限られず、他の表示デバイスを含んでもよい。
【0022】
操作部14は、例えば物理キー、又は、タッチパネル等の入力デバイスを含んでよい。制御部10は、ユーザが操作部14に入力した内容に基づいて、測定器1の各構成部を制御してよい。
【0023】
記憶部16は、測定器1の動作に用いられる各種情報、又は、測定器1の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部16は、制御部10のワークメモリとして機能してよい。記憶部16は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。
【0024】
図2に示されるように、電流・電圧取得部20は、分圧抵抗21a及び21bと、オペアンプ22と、ADコンバータ(ADC)23とを備える。分圧抵抗21a及び21bは、電源2とインバータ3とを接続する導線に並列に接続する。オペアンプ22は、分圧抵抗21bの両端の電圧を所定の倍率で増幅する。オペアンプ22は、バッファとして機能してもよい。ADC23は、オペアンプ22が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、端子81に出力する。ADC23が出力するデジタル信号は、電源2が出力する電圧に対応する信号である。電源2が出力する電圧に対応する信号は、電圧信号ともいう。
【0025】
電流・電圧取得部20は、抵抗25と、オペアンプ26と、ADC27とを備える。抵抗25は、電源2とインバータ3とを接続する導線に直列に接続する。オペアンプ26は、抵抗25の両端の電圧を所定の倍率で増幅する。オペアンプ26は、抵抗25の両端の電圧を所定の倍率で増幅する。オペアンプ26は、バッファとして機能してもよい。ADC27は、オペアンプ26が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、端子82に出力する。ADC27が出力するデジタル信号は、電源2が出力する電流に対応する信号である。電源2が出力する電流に対応する信号は、電流信号ともいう。
【0026】
図3に示されるように、電力量算出部30は、電力算出部31と、電力極性判別部32と、電流極性判別部33とを備える。電力算出部31は、端子81から電圧信号を取得するとともに、端子82から電流信号を取得する。電力算出部31は、所定のサンプリングレートで、電圧信号及び電流信号を取得してよい。電力算出部31は、電圧信号と電流信号とに基づいて電源2が出力する電力を算出し、電源2が出力する電力に対応する信号を出力する。電源2が出力する電力に対応する信号は、電力信号ともいう。電源2が出力する電力は、電源2が出力する電圧と電流との積によって算出される。
【0027】
電力極性判別部32は、電力算出部31から電力信号を取得する。電力極性判別部32は、所定のサンプリングレートで、電力信号を取得してよい。電力極性判別部32は、電力信号に基づいて、電源2が出力する電力の極性を判別する。本実施形態において、電力極性判別部32は、電源2からインバータ3に出力される電力の極性を正の極性と判別し、インバータ3から電源2に出力される電力の極性を負の極性と判別するとする。他の実施形態において、電力極性判別部32は、電力の極性を正負逆に判別してもよい。
【0028】
電流極性判別部33は、端子82から電流信号を取得する。電流極性判別部33は、所定のサンプリングレートで、電流信号を取得してよい。電流極性判別部33は、電流信号に基づいて、電源2が出力する電流の極性を判別する。本実施形態において、電流極性判別部33は、電源2からインバータ3に向かって流れる電流の極性を正の極性と判別し、インバータ3から電源2に向かって流れる電流の極性を負の極性と判別するとする。他の実施形態において、電流極性判別部33は、電流の極性を正負逆に判別してもよい。
【0029】
電力量算出部30は、正方向電力積算部34と、負方向電力積算部35とをさらに備える。正方向電力積算部34は、所定期間内に、電力極性判別部32から正の極性を有する電力に対応する信号を取得する。正方向電力積算部34は、所定期間内に取得した正の極性を有する電力を積算することによって、所定期間内における正の電力量を算出し、バス18に出力する。正の電力量は、電源2からインバータ3に出力される電力量に対応する。負方向電力積算部35は、所定期間内に、電力極性判別部32から負の極性を有する電力に対応する信号を取得する。負方向電力積算部35は、所定期間内に取得した負の極性を有する電力を積算することによって、所定期間内における負の電力量を算出し、バス18に出力する。負の電力量は、インバータ3から電源2に出力される電力量に対応する。
【0030】
電力量算出部30は、正方向電流積算部36と、負方向電流積算部37とをさらに備える。正方向電流積算部36は、所定期間内に、電流極性判別部33から正の極性を有する電流に対応する信号を取得する。正方向電流積算部36は、所定期間内に取得した正の極性を有する電流を積算することによって、所定期間内における正の電荷量を算出し、バス18に出力する。正の電荷量は、電源2からインバータ3に出力される電荷量に対応する。負方向電流積算部37は、所定期間内に、電流極性判別部33から負の極性を有する電流に対応する信号を取得する。負方向電流積算部37は、所定期間内に取得した負の極性を有する電流を積算することによって、所定期間内における負の電荷量を算出し、バス18に出力する。負の電荷量は、インバータ3から電源2に出力される電荷量に対応する。
【0031】
制御部10は、所定期間内の電圧信号及び電流信号に基づいて算出された正の電力量と負の電力量と正の電流量と負の電流量とを、電力量算出部30からバス18を通じて取得する。本実施形態において、データを積算する単位となる所定期間は、アップデートレートと称される。制御部10は、アップデートレートが開始するタイミング又は終了するタイミングを電力量算出部30に出力してよい。
【0032】
電力量算出部30は、電圧信号、電流信号及び電力信号それぞれの瞬時値を制御部10に出力してもよい。電力量算出部30は、電圧信号、電流信号及び電力信号それぞれについて、アップデートレート内で取得した複数の瞬時値を平均化等によって統計的に処理した値を制御部10に出力してもよい。
【0033】
電力量算出部30は、電流信号及び電圧信号それぞれの瞬時値を、電流・電圧取得部20から取得する。電力量算出部30は、瞬時値を逐次取得してよい。電力量算出部30は、取得した瞬時値をアップデートレート毎のグループに分けてよい。電力量算出部30は、電流信号及び電圧信号それぞれの瞬時値に基づいて電力の瞬時値を算出し、算出した電力の瞬時値を、アップデートレート毎のグループに分けてよい。電力量算出部30は、アップデートレート毎に分けた瞬時値のグループについて、平均値を算出したり、実効値を算出したりしてよい。電力量算出部30は、瞬時値をアップデートレート毎にまとめて取得してもよい。電力量算出部30は、まとめて取得した瞬時値について、電力の瞬時値を算出したり、平均値を算出したり、実効値を算出したりしてよい。
【0034】
端子81及び82は、便宜上設けられているものであり、省略されてよい。ADC23と電力算出部31とは端子81を介さずに接続されてよい。ADC27と電力算出部31及び電流極性判別部33とは端子82を介さずに接続されてよい。
【0035】
本実施形態において、負荷4は、モータ4aとモータ負荷4bとを含むとする。モータ4aは、電源2から供給される電力によって、モータ負荷4bを駆動できる。モータ4aは、モータ負荷4bからのエネルギー回生によって、電源2に電力を供給できる。
【0036】
図4に示されるように、パラメータ取得部40は、分圧抵抗41a及び41bと、オペアンプ42と、ADC43とを備える。分圧抵抗41a及び41bは、モータ4aのトルクを検出するトルクセンサ47に接続されている。トルクセンサ47は、モータ4aのトルクに基づく電圧信号を、分圧抵抗41a及び41bに出力する。オペアンプ42は、分圧抵抗41bの両端の電圧を所定の倍率で増幅する。オペアンプ42は、バッファとして機能してもよい。ADC43は、オペアンプ42が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、端子83に出力する。ADC43が出力するデジタル信号は、モータ4aのトルクに対応する信号である。モータ4aのトルクに対応する信号は、トルク信号ともいう。
【0037】
パラメータ取得部40は、分圧抵抗44a及び44bと、オペアンプ45と、周波数検出部46とを備える。分圧抵抗44a及び44bは、モータ4aの回転数を検出する回転数センサ48に接続されている。回転数センサ48は、モータ4aの回転数に基づく周波数の電圧パルス信号を、分圧抵抗44a及び44bに出力する。回転数センサ48は、ロータリーエンコーダであってよい。オペアンプ45は、分圧抵抗44bの両端の電圧を所定の倍率で増幅する。オペアンプ45は、バッファとして機能してもよい。周波数検出部46は、オペアンプ45が出力する電圧パルス信号のパルス数をカウントし、パルス数に基づくデジタル信号を端子84に出力する。周波数検出部46が出力するデジタル信号は、モータ4aの回転数に対応する信号である。モータ4aの回転数に対応する信号は、回転数信号ともいう。
【0038】
回転数信号は、モータ4aの回転方向を表す極性を有する。本実施形態において、モータ4aの軸が軸周りに時計回りの方向に回転している場合、モータ4aの回転方向の極性は正の極性であるとする。モータ4aの軸が軸周りに反時計回りの方向に回転している場合、モータ4aの回転方向の極性は負の極性であるとする。回転数センサ48がインクリメンタル方式のロータリーエンコーダである場合、回転数センサ48が出力するパルス信号は、A相のパルスとB相のパルスとを含んでよい。周波数検出部46は、A相のパルスとB相のパルスとの間の位相差に基づいて、モータ4aの回転方向を判別し、回転数信号に極性を付与してよい。
【0039】
図5に示されるように、パラメータ算出部50は、機械出力算出部51と、トルク極性判別部52と、機械出力極性判別部53とを備える。機械出力算出部51は、端子83からトルク信号を取得するとともに、端子84から回転数信号を取得する。機械出力算出部51は、所定のサンプリングレートで、トルク信号及び回転数信号を取得してよい。機械出力算出部51は、トルク信号と回転数信号とに基づいてモータ4aの機械出力を算出し、モータ4aの機械出力に対応する信号を出力する。モータ4aの機械出力に対応する信号は、機械出力信号ともいう。モータ4aの機械出力は、モータ4aのトルクと回転数との積を計算することによって算出される。
【0040】
トルク極性判別部52は、端子83からトルク信号を取得する。トルク極性判別部52は、所定のサンプリングレートで、トルク信号を取得してよい。トルク極性判別部52は、トルク信号に基づいて、モータ4aのトルクの極性を判別する。本実施形態において、トルク極性判別部52は、モータ4aの軸に対して時計回りの方向にかかるトルクの極性を正の極性と判別し、モータ4aの軸に対して反時計回りの方向にかかるトルクの極性を負の極性と判別するとする。他の実施形態において、トルク極性判別部52は、トルクの極性を正負逆に判別してもよい。
【0041】
機械出力極性判別部53は、機械出力算出部51から機械出力信号を取得する。機械出力極性判別部53は、所定のサンプリングレートで、機械出力信号を取得してよい。機械出力極性判別部53は、機械出力信号に基づいて、モータ4aの機械出力の極性を判別する。本実施形態において、機械出力極性判別部53は、モータ4aのトルクの極性と回転数の極性とが一致する場合における機械出力の極性を正の極性と判別するとする。つまり、機械出力極性判別部53は、モータ4aのトルクの方向と回転方向とが同じ方向である場合における機械出力の極性を正の極性と判別するとする。機械出力極性判別部53は、モータ4aのトルクの極性と回転数の極性とが一致しない場合における機械出力の極性を負の極性と判別するとする。つまり、機械出力極性判別部53は、モータ4aのトルクの方向と回転方向とが反対方向である場合における機械出力の極性を負の極性と判別するとする。他の実施形態において、機械出力極性判別部53は、機械出力の極性を正負逆に判別してもよい。
【0042】
パラメータ算出部50は、正方向トルク積算部54と、負方向トルク積算部55とをさらに備える。正方向トルク積算部54は、所定期間内に、トルク極性判別部52から正の極性を有するトルクに対応する信号を取得する。正方向トルク積算部54は、所定期間内に取得した正の極性を有するトルクを積算することによって、所定期間内における正のトルクの積算値を算出し、バス18に出力する。負方向トルク積算部55は、所定期間内に、トルク極性判別部52から負の極性を有するトルクに対応する信号を取得する。負方向トルク積算部55は、所定期間内に取得した負の極性を有するトルクを積算することによって、所定期間内における負のトルクの積算値を算出し、バス18に出力する。
【0043】
パラメータ算出部50は、正方向出力積算部56と、負方向出力積算部57とをさらに備える。正方向出力積算部56は、所定期間内に、機械出力極性判別部53から正の極性を有する機械出力に対応する信号を取得する。正方向出力積算部56は、所定期間内に取得した正の極性を有する機械出力を積算することによって、所定期間内における正の仕事を算出し、バス18に出力する。正の仕事は、モータ4aからモータ負荷4bに伝達するエネルギーに対応する。負方向出力積算部57は、所定期間内に、機械出力極性判別部53から負の極性を有する機械出力に対応する信号を取得する。負方向出力積算部57は、所定期間内に取得した負の極性を有する機械出力を積算することによって、所定期間内における負の仕事を算出し、バス18に出力する。負の仕事は、モータ負荷4bからモータ4aに伝達するエネルギーに対応する。
【0044】
制御部10は、所定期間内のトルク信号及び回転数信号に基づいて算出された正のトルクの積算値と負のトルクの積算値と正の仕事と負の仕事とを、パラメータ算出部50からバス18を通じて取得する。
【0045】
パラメータ算出部50においてデータを積算する所定期間は、電力量算出部30におけるアップデートレートと同一であるとする。制御部10は、アップデートレートが開始するタイミング又は終了するタイミングを電力量算出部30とパラメータ算出部50とに出力してよい。このようにすることで、電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれが積算結果を出力するタイミングが同期する。仮に、電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれにおけるアップデートレートが異なっている場合でも、電力量算出部30及びパラメータ算出部50はそれぞれ、積算結果を出力するタイミングを同期させるとする。電力量算出部30とパラメータ算出部50とが同期することによって、パラメータが時間軸で比較されやすくなる。
【0046】
パラメータ算出部50は、トルク信号、回転数信号及び機械出力信号それぞれの瞬時値を制御部10に出力してもよい。パラメータ算出部50は、トルク信号、回転数信号及び機械出力信号それぞれについて、アップデートレート内で取得した複数の瞬時値を平均化等によって統計的に処理した値を制御部10に出力してもよい。
【0047】
パラメータ算出部50は、トルク信号及び回転数信号それぞれの瞬時値を、パラメータ取得部40から取得する。パラメータ算出部50は、瞬時値を逐次取得してよい。パラメータ算出部50は、取得した瞬時値をアップデートレート毎のグループに分けてよい。パラメータ算出部50は、トルク信号及び回転数信号それぞれの瞬時値に基づいて機械出力の瞬時値を算出し、算出した機械出力の瞬時値を、アップデートレート毎のグループに分けてよい。パラメータ算出部50は、アップデートレート毎に分けた瞬時値のグループについて、平均値を算出したり、実効値を算出したりしてよい。パラメータ算出部50は、瞬時値をアップデートレート毎にまとめて取得してもよい。パラメータ算出部50は、まとめて取得した瞬時値について、機械出力の瞬時値を算出したり、平均値を算出したり、実効値を算出したりしてよい。
【0048】
端子83及び84は便宜上設けられているものであり、省略されてよい。ADC43と機械出力算出部51及びトルク極性判別部52とは端子83を介さずに接続されてよい。周波数検出部46と機械出力算出部51とは端子84を介さずに接続されてよい。
【0049】
制御部10は、アップデートレート毎に取得したデータに基づいて、モータ4aの効率を算出する。制御部10は、正の電力量と正の機械出力の積算値とに基づくモータ4aの効率(負荷効率)を算出してよい。正の電力量と正の機械出力の積算値とに基づくモータ4aの効率は、モータ4aの駆動効率ともいえる。制御部10は、負の電力量と負の機械出力の積算値とに基づくモータ4aの効率(負荷効率)を算出してよい。負の電力量と負の機械出力の積算値とに基づくモータ4aの効率は、モータ4aの回生効率ともいえる。正のパラメータ同士又は負のパラメータ同士でモータ4aの効率が算出されることによって、正のパラメータと負のパラメータとがまとめて積算される場合と比較して、制御部10は、モータ4aの効率を精度よく算出できる。その結果、ユーザがシステムの効率を把握しやすくなるとともに、システムを改善しやすくなる。電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれから同期してデータを取得することによって、制御部10は、モータ4aの効率を精度よく算出できる。
【0050】
以上説明してきたように、本実施形態に係る測定器1によれば、負荷4に関するパラメータが正の値と負の値とに分けて積算されることによって、ユーザが負荷4の状態を精度よく把握できる。また、測定器1は、負荷効率を精度よく算出できる。その結果、ユーザがシステムの効率を把握しやすくなる。ユーザは、システムの効率を把握することによって、インバータ3及びモータ4aを含むシステムの効率を向上しやすくなる。
【0051】
制御部10は、アップデートレート毎に取得したデータをさらに積算してよい。制御部10は、正のパラメータと負のパラメータとを分けて積算する。このようにすることで、制御部10は、正のパラメータと負のパラメータとが互いにキャンセルされることなく、アップデートレートよりも長い期間における積算値を算出できる。その結果、ユーザが正のパラメータの変化と負のパラメータの変化とを別々に把握できる。
【0052】
制御部10は、電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれから取得した値に基づくグラフ又は数値を、表示部12に表示させてよい。
図6に例示されるように、表示部12は、第1表示領域12aと、第2表示領域12bとを有してよい。表示部12は、第1表示領域12aに数値データを表示し、第2表示領域12bにグラフを表示してよい。グラフの横軸は、時間であってよい。グラフの縦軸は、電力量算出部30及びパラメータ算出部50それぞれから取得した値であってよい。表示部12がグラフを表示することによって、ユーザは、各パラメータのトレンドを確認しやすい。制御部10は、各パラメータに係る数値又はグラフを同期して表示部12に表示してよい。各パラメータの表示が同期することによって、ユーザは各パラメータを時間軸で比較しやすい。
【0053】
表示部12は、第2表示領域12bに、正の電力量のグラフと正の仕事のグラフとを、グラフの時間軸が一致するように並べて表示してよい。言い換えれば、表示部12は、第2表示領域12bに、正の電力量と正の仕事とをそれぞれ同一の時間軸に対応づけたグラフを表示してよい。このようにすることで、ユーザは、電源2が出力する正の電力量とモータ4aがモータ負荷4bに対してする正の仕事とを比較しやすい。表示部12は、第2表示領域12bに、負の電力量のグラフと負の仕事のグラフとを並べて表示してもよい。このようにすることで、ユーザは、電源2に入力される負の電力量とモータ負荷4bがモータ4aに対してする負の仕事とを比較しやすい。
【0054】
表示部12は、第2表示領域12bに、正の電力のグラフと正の機械出力のグラフとを並べて表示してよい。このようにすることで、ユーザは、電源2が出力する正の電力とモータ4aからモータ負荷4bに対して出力される正の機械出力とを比較しやすい。表示部12は、第2表示領域12bに、負の電力のグラフと負の機械出力のグラフとを並べて表示してよい。このようにすることで、ユーザは、電源2に入力される負の電力とモータ負荷4bからモータ4aに対して入力される負の機械出力とを比較しやすい。
【0055】
図6に例示されるように、操作部14は、方向を表すキー、又は、特定の機能の実行に対応づけられたキー等を有してよい。制御部10は、操作部14からのユーザ入力に基づいて、表示部12に表示するパラメータの種類、又は、グラフのスケール等を決定してよい。制御部10は、操作部14からのユーザ入力に基づいて、アップデートレートを変更してよい。制御部10は、操作部14からのユーザ入力に基づいて、データの積算を開始したり終了したりしてよい。
【0056】
制御部10は、取得したデータを記憶部16に格納してよい。制御部10は、取得した瞬時値を記憶部16に格納してよい。制御部10は、取得した積算値を記憶部16に格納してよい。
【0057】
電源2とモータ4a及びモータ負荷4bとを含むシステムは、モータ4aが電源2から供給される電力によってモータ負荷4bを駆動する状態と、モータ4aがエネルギー回生して電源2に電力を供給する状態とが繰り返されるテストモードで動作してよい。測定器1は、システムから、モータ4aがモータ負荷4bを駆動する状態において正のパラメータを取得し、モータ4aがエネルギー回生する状態において負のパラメータを取得する。測定器1は、正のパラメータと負のパラメータとをそれぞれ分けて積算する。このようにすることで、測定器1は、正のパラメータとして取得した正の電力量と正の機械出力の積算値との関係、及び、負のパラメータとして取得した負の電力量と負の機械出力の積算値との関係それぞれを分けて算出できる。その結果、測定器1がモータ4aの効率を精度よく算出できるとともに、ユーザが電力量と機械出力の積算値とを比較しやすい。
【0058】
測定器1は、インバータ3からモータ4aに出力される電流と電圧とをさらに取得し、インバータ3からモータ4aに出力される電力量を算出してよい。この場合、測定器1は、電源2からインバータ3に入力される電力に対するインバータ3からモータ4aに出力される電力の比を、インバータ3の効率として算出できる。測定器1は、インバータ3からモータ4aに出力される電力量を、正の電力量と負の電力量とに分けて算出してよい。測定器1がインバータ3から電流と電圧とを取得しない場合、測定器1は、電源2に対するモータ4aの効率を、インバータ3の効率を含むものとして算出できる。
【0059】
モータ4aは、車両の動力として用いられてよいし、コンプレッサの動力として用いられてよい。つまり、モータ負荷4bは、車両の駆動機構であってよいし、コンプレッサであってよい。モータ4aは、種々の機器の動力として用いられてよい。モータ負荷4bは、種々の機器であってよい。
【0060】
他の実施形態として、負荷4は蓄熱デバイスを含んでよい。蓄熱デバイスは、温度差に基づくエネルギーを蓄積してよい。蓄熱デバイスは、蓄熱材を含む。蓄熱材は、例えば、水又はパラフィン等の潜熱蓄熱材(相変化蓄熱材)を含んでよい。蓄熱デバイスは、電力等のエネルギーの入力に基づいて、蓄熱材の温度を低下させたり、上昇させたり、相変化させたりすることによってエネルギーを蓄積してよい。電力を温度差に変換するために、ペルチェ素子等が用いられてよい。蓄熱デバイスは、蓄熱材の温度と常温との温度差を電力等のエネルギーに変換することによって、蓄積されているエネルギーを出力してよい。温度差を電力に変換するために、ゼーベック素子等が用いられてよい。負荷4が蓄熱デバイスを含む場合、負荷4に関するパラメータは、蓄熱材の温度、蓄熱材の状態(固相又は液相等の状態)、又は蓄熱材の蓄熱量等を含む。測定器1は、蓄熱材の温度を熱電対等によって電圧として取得してよい。測定器1は、蓄熱するために入力される電力及び蓄熱デバイスから出力される電力それぞれと、取得した電圧とを対応づけてよい。
【0061】
蓄熱デバイスに電力等のエネルギーが入力されることによって蓄えられる蓄熱エネルギーの極性は、正の極性であるとする。蓄熱デバイスから電力等のエネルギーとして出力される蓄熱エネルギーの極性は、負の極性であるとする。負荷4が蓄熱デバイスを含み、入力される電力に基づいて蓄熱エネルギーを蓄積する場合、測定器1は、正の蓄熱エネルギーと負の蓄熱エネルギーとを分けて算出することによって、負荷4の効率を精度よく算出できる。
【0062】
他の実施形態として、負荷4は、揚水発電設備を含んでよい。揚水発電設備は、貯水池又は貯水槽における水位差に基づく位置エネルギーを蓄積してよい。この場合負荷4に関するパラメータは、貯水池又は貯水槽の水位等を含む。揚水発電設備は、水位差を増大させるためのポンプを備えてよい。揚水発電設備は、貯水池又は貯水槽から放流する水のエネルギーによって発電する発電機を備えてよい。測定器1は、貯水池又は貯水槽の水位の情報を水位センサ等によって電圧として取得してよい。測定器1は、水位差を増大させるためにポンプに入力される電力及び放流される水のエネルギーを利用して発電機で発電された電力それぞれと、取得した電圧とを対応づけてよい。
【0063】
水位が上がることによって蓄えられる位置エネルギーは、正の極性であるとする。水位が下がることによって放出される位置エネルギーは、負の極性であるとする。負荷4が揚水発電設備を含む場合であっても、測定器1は、正の位置エネルギーと負の位置エネルギーとを分けて算出することによって、負荷4の効率を精度よく算出できる。
【0064】
以上、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【0065】
1 測定器
2 電源
3 インバータ
4 負荷
4a モータ
4b モータ負荷
10 制御部
12 表示部
12a、12b 第1表示領域、第2表示領域
14 操作部
16 記憶部
18 バス
20 電流・電圧取得部
21a、21b 分圧抵抗
25 抵抗
22、26 オペアンプ
23、27 ADコンバータ
30 電力量算出部
31 電力算出部
32 電力極性判別部
33 電流極性判別部
34 正方向電力積算部
35 負方向電力積算部
36 正方向電流積算部
37 負方向電流積算部
40 パラメータ取得部
41a、41b、44a、44b 分圧抵抗
42、45 オペアンプ
43 ADコンバータ
46 周波数検出部
47 トルクセンサ
48 回転数センサ
50 パラメータ算出部
51 機械出力算出部
52 トルク極性判別部
53 機械出力極性判別部
54 正方向トルク積算部
55 負方向トルク積算部
56 正方向出力積算部
57 負方向出力積算部
81、82、83、84 端子