JP6366980B2 - 産業車両および3相インバータ - Google Patents
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Description
Vu_out=Vu_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1a)
Vv_out=Vv_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1b)
Vw_out=Vw_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1c)
Vu_out=Vu_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2a)
Vv_out=Vv_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2b)
Vw_out=Vw_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2c)
min()は、最小値を選択する関数であり、max()は最大値を選択する関数であり、Vbaseは所定電圧である。
アシスト用のインバータ18Aの2次側(出力)端には、電動発電機12が接続される。インバータ18Aは、コントローラ30の一部であるアシスト用インバータコントローラ30Aからの指令にもとづき、電動発電機12の運転制御を行う。
インバータ18Bの2次側(出力)端には、ブーム回生用発電機300が接続されている。上述のようにブーム回生用発電機300は、ブーム5が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。インバータ18Bは、コントローラ30のブーム回生用のインバータコントローラ30Bによって制御され、ブーム回生用発電機300が発生する電気エネルギを直流電力に変換し、電源装置100に回収する。
旋回用電動機21、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、旋回減速機24、旋回用インバータ18Cおよびコントローラ30の一部である旋回用のインバータコントローラ30Cは、電動旋回装置500を構成する。
旋回用電動機21は、PWM(Pulse Width Modulation)制御指令により旋回用インバータ18Cによって交流駆動される。旋回用電動機21としては、例えば、磁石埋込型のIPMモータが好適である。
蓄電手段101とコントローラ30の一部であるコンバータコントローラ30Dは、電源装置100を構成する。蓄電手段101は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータ(双方向DC/DCコンバータ)と、正極及び負極の直流配線からなるDCバスとを備えている(図示せず)。蓄電器としては、リチウムイオン電池等の充電可能な2次電池、キャパシタ、そのほか電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いてもよい。DCバスには、インバータ18A〜インバータ18Cそれぞれの1次側(直流入力)が接続されている。コントローラ30Dは、DCバスに生ずるDCリンク電圧が所定の電圧レベルとなるように、双方向DC/DCコンバータを制御する。電源装置100は、電動発電機12等が力行運転する際には、双方向DC/DCコンバータを昇圧動作させ、電動発電機12等が回生運転する際には、双方向DC/DCコンバータを降圧動作させ、電動発電機12が発生した電力を蓄電器に回収する。
電動旋回装置500は、旋回用電動機21および旋回用インバータ18Cを備える。旋回用インバータ18Cは、旋回用電動機21を駆動する3相出力のスイッチング回路19と、スイッチング回路19を制御するインバータコントローラ30Cを備える。
相電圧指令生成部35は、U相、V相、W相の相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを生成する。
相電圧指令生成部35には、前段のコントローラ(不図示)から、d軸電流指令値Id_refおよびq軸電流指令値Iq_refが入力される。また電流センサ(不図示)によって検出された相電流Iu,Iv,Iwの検出値入力される。
Vu_out=Vu_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2a)
Vv_out=Vv_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2b)
Vw_out=Vw_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2c)
Vu_out=Vbase
Vv_out=Vv_ref+{Vbase−Vu_ref}
Vw_out=Vw_ref+{Vbase−Vu_ref}
図5は、3相変調および2相変調の基本動作を示す波形図である。時刻t1より前が3相変調を、時刻t1以降が2相変調を示す。
実施の形態に係る電動旋回装置500によれば、αを連続的に変化させることで、3相変調と2相変調を連続的に遷移させることができる。
図7(a)、(b)は、第1実施例におけるパラメータαと電流指令irefの関係を示す図である。この実施例では変調コントローラ36にはパラメータαが、電流指令irefを引数とする関数α=f(iref)として定義されている。関数f()は、電流指令irefが大きくなるほどαが大きくなるように定められる。電流指令irefは、図3の制御ブロック図におけるd軸電流指令値Id_refとq軸電流指令値Iq_refの二乗平均平方根√(Id_ref2+Iq_ref2)であってもよいし、q軸電流指令値Iq_refであってもよいし、それより上流で生成される電流指令値、言い換えればトルク指令値であってもよい。
α=0 (iref<imin)
α=(iref−imin)×1/(imax−imin) (imin<iref<imax)
α=1 (imax<iref)
(第2実施例)
第2実施例では、関数f()は、電流指令irefに加えて、旋回速度指令ωcmdを引数として定義される。図8は、電動旋回装置500の速度制御に関する制御ブロック図である。コントローラ30Cは、上流のコントローラから、旋回用電動機21の旋回速度を指示する速度指令ωcmdを受ける。またレゾルバ22から、旋回用電動機21の現在の旋回速度の検出値ωresを受ける。コントローラ30Cの速度コントローラ40は、速度指令ωcmdと検出値ωresの誤差がゼロに近づくように、PI制御によって、旋回用電動機21のトルク指令値τrefを調節する。トルク電流変換部42は、トルク指令値τrefを、d軸電流指令値Id_refおよびq軸電流指令値Iq_refに変換する。
図10は、第3実施例におけるキャリア周波数fcと電流指令irefの関係を示す図である。この実施例では、キャリア周波数fcが、電流指令irefを引数とする関数fc=g(iref)として定義されている。関数g()は、電流指令irefが大きくなるほどキャリア周波数fcが低くなるように定められる。
第4実施例では、関数g()は、電流指令irefに加えて、旋回速度指令ωcmdを引数として定義される。図11は、第4実施例におけるキャリア周波数fcと、電流指令irefおよび旋回速度指令ωcmdの関係を示す図である。関数g()は、旋回速度指令ωcmdの絶対値が小さいほど、fcが低くなるように定められる。
実施の形態では、式(2a)〜(2c)にもとづいて、制御指令Vu_out、Vv_out、Vw_outを生成する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。式(2a)〜(2c)に代えて、式(1a)〜(1c)のセットを用いてもよい。
Vu_out=Vu_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1a)
Vv_out=Vv_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1b)
Vw_out=Vw_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1c)
Vu_out=Vu_ref−Vv_ref …(1a)
Vv_out=0 …(1b)
Vw_out=Vw_ref−Vv_ref …(1c)
(第2変形例)
実施の形態では、パラメータαを、電流指令irefあるいは速度指令ωcmdの関数として変化させる場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえばパラメータαをインバータの相電流iu、iv、iwの検出値、あるいは旋回速度の検出値ωresの関数として定義してもよい。あるいはパラメータαを、時間tの関数として定義してもよい。
実施の形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル1を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、旋回機構を備えるリフティングマグネット車両やクレーン等が挙げられる。あるいは実施の形態では、旋回用電動機21の制御について説明したが、その他の電動機、たとえばパワーアシスト用の電動発電機12にも適用可能である。
Claims (8)
- 走行機構および前記走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備える産業車両であって、
電動機と、
前記電動機のトルクを指示する電流指令i ref にもとづき前記電動機を駆動する3相インバータと、
を備え、
前記3相インバータは、
前記電動機を駆動する3相出力のスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御するインバータコントローラと、
を備え、
前記インバータコントローラは、
U相、V相、W相の相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを生成する相電圧指令生成部と、
可変のパラメータα(0≦α≦1)にもとづいて、式(1a)〜(1c)のセットまたは式(2a)〜(2c)のセットの少なくとも一方にしたがい、前記相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを制御指令Vu_out、Vv_out、Vw_outに変換する変調コントローラと、
Vu_out=Vu_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1a)
Vv_out=Vv_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1b)
Vw_out=Vw_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1c)
Vu_out=Vu_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2a)
Vv_out=Vv_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2b)
Vw_out=Vw_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2c)
前記制御指令Vu_out、Vv_out、Vw_outそれぞれをキャリア信号と比較することにより、3相のパルス信号Su、Sv、Swを生成するパルス幅変調器と、
を備えることを特徴とする産業車両。 - 前記パラメータαは、前記電流指令irefを引数とする関数α=f(iref)として定義され、前記関数f()は、前記電流指令irefが大きくなるほどαが大きくなるように定められることを特徴とする請求項1に記載の産業車両。
- 前記電動機は、前記走行機構に対して前記上部旋回体を旋回駆動させる動力を発生する旋回用電動機であることを特徴とする請求項1または2に記載の産業車両。
- 前記電動機は、前記走行機構に対して前記上部旋回体を旋回駆動させる動力を発生する旋回用電動機であり、
前記関数f()は、前記電流指令irefに加えて、旋回速度指令ωcmdを引数として定義され、前記関数f()は、旋回速度指令ωcmdが小さいほど、αが大きくなるように定められることを特徴とする請求項2に記載の産業車両。 - 前記キャリア信号の周波数fcは、前記電流指令irefを引数とする関数fc=g(iref)として定義され、前記関数g()は、前記電流指令irefが大きくなるほどfcが低くなるように定められることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の産業車両。
- 前記パラメータαは、(i)旋回停止状態から旋回開始直後において大きくなり、加速後に小さくなり、または、(ii)低速旋回時において大きくなり、高速旋回時において小さくなることを特徴とする請求項3に記載の産業車両。
- 電流指令i ref にもとづき電動機を駆動する3相インバータであって、
前記電動機を駆動する3相出力のスイッチング回路と、
前記スイッチング回路を制御するインバータコントローラと、
を備え、
前記インバータコントローラは、
U相、V相、W相の相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを生成する相電圧指令生成部と、
可変のパラメータα(0≦α≦1)にもとづいて、式(1a)〜(1c)のセットまたは式(2a)〜(2c)のセットの少なくとも一方にしたがい、前記相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを制御指令Vu_out、Vv_out、Vw_outに変換する変調コントローラと、
Vu_out=Vu_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1a)
Vv_out=Vv_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1b)
Vw_out=Vw_ref−α×min(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref) …(1c)
Vu_out=Vu_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2a)
Vv_out=Vv_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2b)
Vw_out=Vw_ref+α×{Vbase−max(Vu_ref,Vv_ref,Vw_ref)} …(2c)
前記制御指令Vu_out、Vv_out、Vw_outそれぞれをキャリア信号と比較することにより、3相のパルス信号Su、Sv、Swを生成するパルス幅変調器と、
を備えることを特徴とする3相インバータ。 - 前記パラメータαは、前記電流指令i ref を引数とする関数α=f(i ref )として定義され、前記関数f()は、前記電流指令i ref が大きくなるほどαが大きくなるように定められることを特徴とする請求項7に記載の3相インバータ。
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