モータの発電効率測定方法について

質問

直流モータの発電効率を調べるにはどのような測定方法があるのでしょうか？
出来るだけ詳しく教えていただけますでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.3

fujiyama32 · ベストアンサー

模型用の小型モータは通常、内部に永久磁石を使用していますので、
回転軸を強制的に回転させますと、発電機として働き、機械的エネ
ルギー(回転エネルギー)を電気エネルギに変換できます。
ここでは発電機として取扱います。

1)発電機の効率の計算について
発電機の効率η[%]は次の計算式で求めることができます。

発電機の効率η[%]＝出力Pout[W]／入力Pin[W]×100[%]

入力:Pin[W]----発電機の入力(エンジンの出力＝軸動力)
出力:Pout[W]---発電機の出力(＝抵抗器の消費電力)
効率:η[%]-----発電機の効率
とします。

2)発電機の効率の取得方法
次のように実験しますと発電機の効率を取得できると思います。

(1)測定用機材の配置図
次のような機材の配置になります。

(Eng)--(N_T)--(G)--(E_I)--(VR)

記号は次の機器を示します。
(Eng)---エンジン
(N_T)---回転速度計(N)とトルク計(T)
(G)-----発電機
(E_I)---直流電圧計(E)と直流電流計(I)、直流電力計(W)でも良い。
(VR)----可変抵抗器

(2)エンジン回転速度の測定
エンジン回転速度は軸に反射テープを貼り、この反射する光を回転速度計
により回転速度を計測してます。
または、軸に歯車状の円盤を取付け、回転する歯の数をセンサでカウント
し、回転速度を表示する方式の回転速度計もあります。

(3)トルクの測定
エンジンの出力トルクを測定するには、[トルク計]と言う測定装置を使用
して測定します。
[トルク計]はエンジンの出力軸と発電機の軸の間に設置して測定します。

[トルク計]の例として、次のURLを参照してください。
http://www.onosokki.co.jp/HP-WK/products/estimate/torque/torque_a_2_4.htm

この測定器は、回転速度とトルクが同時に測定できるタイプになっています。

URLの図の供試モータがエンジン(Eng)になり、ヒステリシスブレーキが
発電機(G)になると考えて良いと思います。

(4)エンジン(Eng)の出力(Pg)を次の計算式で求めます。

Pg[W]＝ω×T＝2π×N[r/s]×T[N・m](＝軸動力＝仕事率)
Pg[W]＝Pin[W]となります。

出力:Pg[W]----------エンジンの出力＝発電機の入力
回転速度:N[r/s]-----エンジンの回転速度
トルク:T[N・m]------エンジンの出力トルク
とします。

(注)SI単位で計算。SI単位で考えた方が計算式(P＝ωT)が判りやすい
と思います。

(5)発電機の出力の計算
可変抵抗器(VR)を調整して、抵抗器に加わる電圧(E)と流れる電流(I)を
測定し、次の計算式より抵抗器の消費電力P[W]を求めます。

P[W]＝E[V]×I[A]
Pout[W]＝P[W](＝発電機の出力)

(6)実験方法について
・通常、負荷(VR)を大きく(抵抗値を小さく)しますと、エンジン(Eng)
の回転速度(N)が低下します。
・この時、エンジン(Eng)の出力(＝発電機の入力:Pin)を少し大きくして、
回転速度を設定したある回転速度(N)に戻します。
・エンジンの出力(Pin) と発電機の出力(＝消費電力)を取得します。
・エンジンの回転速度は複数の回転速度とし、複数のデータを取得します。
--例:基準の回転速度の20[%]、40[%]、60[%]、80[%]、100[%]、120[%]

・各回転速度にして、負荷(VR)を可変し、その都度、データ(回転速度、
トルク、消費電力)を取得し、発電機の効率の計算します。
・これにより最大の効率を得る回転速度は何回転と言うデータが取得
できます。

(注)投稿時の示されたURLでは発電機の効率を一定75[%]として仮定して
いられるようです。
上で説明した測定用機材が用意可能であれば是非実験してみてください。

また、ギヤを追加しますと、ギヤの効率の分、発電量が低下しますので
ギヤを追加し同じ条件で測定、効率を計算しますと、効率の低下して分
がギヤの効率と言うことになります。

お礼

おれが遅れ申し訳ありません。
詳しく教えていただきありがとうございました。

回答No.2

foobar

直流モータを発電機として使ったときの効率、ということでしょうか。

手順としては、

1. 無負荷の損失を調べる
　例えば、モータの軸に何も付けずに、電源をつけて回転させます。
このときにモータに入る電力（電圧＊電流）が、ほぼ無負荷損失（モータ自体の機械的な損失など）になります。（細かいことをいうと、モータのコイルでの損失も含まれるのですが）
　電源電圧を変えて、回転数をかえてやると、回転数-無負荷損失のグラフができます。

2.負荷時の損失を調べる
　次に、モータのコイルに電流が流れるときの損失を調べます。
例えば、モータに一定の電圧の電源を繋いで回します。次に、モータの軸に少しずつ負荷を書けてやります。すると、モータの電流が増えて、回転数が下がります。大雑把には、
回転数の変化分/無負荷回転数＊電源電圧＊モータ電流
が負荷損失になります。
何通りか軸の負荷を変えてやれば、電流-負荷損失のグラフができます。
（本当は、モータを外部から一定速度で回して、発電機として動作させて、モータ（発電機）の負荷抵抗を変えて、端子電圧の変化と電流から損失を出せばいいのでしょうが。）

3. モータを発電機として使った時の効率
モータをある回転数で回して、発電機として動作させて、負荷抵抗を繋いで電力を取り出したときには、
出力電力：発電機の電圧＊電流
無負荷(機械)損失：上記1のグラフから、回転数に対応する損失を出す。
負荷損失：上記2のグラフから、電流に対応する損失を出す。
入力電力：出力電力＋無負荷損失＋負荷損失
としてやって、出力電力/入力電力で効率を求めることができます。

というような手順になるかと思います。

無負荷損失、負荷時の損失の出し方はこれ以外にもいくつかあります。必要に応じて、どの方法を使うかを選択することになるでしょう、（損失を使う以外にも、モータの軸動力を別の方法で求めて効率を出す、という手法もあります）

回答No.1

fujiyama32

一般的な名称で[直流モータ]と言いますと、発電はしません。
電気を加えますと、軸が回転して仕事をするものが[モータ]です。
[(直流)発電機]であれば、軸を他の動力源で回転せますと発電
します。
[直流モータ]で[発電効率]の意味はどのようなことを想定されて
いるのでしょうか?
この当たりを詳しく説明してください。
ただし、直流モータの構造から、外部から強制的にモータ軸を回転
させますと、発電することも可能です。

お礼

回答ありがとうございます。
また、不明確な質問ですいません。

http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/stirling/powertest.html
上記ページの中程にある「モータの特性」というところで
発電効率を測定しているようなのですが
どのような方法で行っているのかわからなかったので
質問させていただきました。

どのようなことを想定して、ということに当てはまっていないのかもしれませんが、どうかよろしくお願いします。