JP6645633B1 - 制御装置および制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
補正部は、回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または熱流量を含む計測情報を用いて、計測位置に対応する熱抵抗、発熱量、および熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正するものである。
図1は、この出願に係る発明を実施するための実施の形態1における制御システムを示すブロック図である。
また、モータ1には、回転子3の回転位置を検出する回転位置検出器14、およびモータ1に流れる電流を検出電流として検出する電流検出器15が設けられている。
記憶装置91は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置91は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置とを具備してもよい。
図3は、本実施の形態における制御装置の一部を示すブロック図である。制御装置10において、演算部12は、センサ8である温度センサ31が計測した計測情報の1つである計測温度T31と、センサ8である熱流束センサ32が計測した計測情報の1つである計測熱流量U32と、補正部13が出力した補正情報Ccとを用いて、熱回路モデルに基づいてモータ1の温度分布を推定して推定温度T33として出力する温度演算部30とを有している。熱回路モデルは、オームの法則に従い成立する熱回路方程式を用いた熱回路を含む熱回路網で構成されたモデルである。
また、補正部13は、モータ1に設けられた複数のセンサ8が計測した複数の計測温度T31を用いて、複数のセンサ8が計測温度T31を計測した計測位置のそれぞれに対応する熱抵抗、発熱量、熱容量の少なくともいずれか1つを補正してもよい。
図4は、本実施の形態における制御装置が温度推定に用いるモータ全体の熱回路モデルを示す図である。図4において、熱回路モデル30−1は、モータ1全体の空間的な熱流束や温度を熱回路で表したもので、ノード20、熱抵抗21、発熱源22、および熱容量24をそれぞれ1個以上有している。
図6は、本実施の形態における制御装置において熱抵抗を補正するときに用いる熱回路モデルの部分図である。図6は、熱回路モデル30−1の一部を抜粋した部分熱回路モデル30−2aである。図6の部分熱回路モデル30−2aは、例えば、図5におけるノード20a2、20a4と熱抵抗R2とが抜き出されたもので構成されている。部分熱回路モデル30−2aにおいて、温度センサ31および熱流束センサ32は、ノード20a2、20a4の温度T2、T4、および熱流量U2を計測する。熱抵抗21は、熱抵抗の値R2を持っている。温度センサ31および熱流束センサ32は、モータ1の任意の位置に設置可能だが、補正する熱抵抗21の近傍にあることが望ましい。この熱回路方程式は、オームの法則より上述した式(2)が成立する。
これによって、熱抵抗21の近傍にある2つの温度センサ31と1つの熱流束センサ32の計測情報があれば、熱抵抗R2の値を常時補正できる。
図7は、本実施の形態における制御装置において発熱量を補正するときに用いる熱回路モデルの部分図である。図7は、熱回路モデル30−1の一部を抜粋した部分熱回路モデル30−2bである。図7の部分熱回路モデル30−2bは、例えば、図5における3つのノード20a1、20a2、20a4と、それぞれ熱抵抗の値R1、R2を有する2つの熱抵抗21と、1つの発熱源22aとが抜き出された熱回路で構成されている。温度T1、T2、T4は、温度センサ31を用いて計測される計測温度である。温度センサ31は、任意の位置に設置可能だが、補正する発熱源22aの近傍にあることが望ましい。この熱回路において、式(5)が成立する。
これによって、発熱源22aの近傍にある2つの熱流束センサU1、U2の計測情報があれば発熱量Qc1aを常時補正できる。
これによって、発熱源22aの近傍にある2つの熱流束センサU1、U2の計測情報があれば発熱量Qc1aを常時補正できる。
図8は、本実施の形態における制御装置において熱容量を補正するときに用いる熱回路モデルの部分図である。図8は、熱回路モデル30−1の一部を抜粋した部分熱回路モデル30−2cである。図8の部分熱回路モデル30−2cは、例えば、図5における1つのノード20a1と、1つの熱容量24a1とが抜き出された熱回路で構成されている。ノード20a1からは4つの熱の流路があり、それぞれ熱流量U1、U4、U5、U6が通過している。ノード20a1の温度T1は、温度センサ31により計測された計測温度である。また、熱流量U1、U5、U6は、熱流束センサ32によりそれぞれ計測された計測熱流量である。この熱回路において、式(6)が成立する。
これによって、熱容量24a1の近傍にある1つの温度センサ31の計測情報と3つの熱流束センサ32の計測情報とがあれば、熱容量24a1の値C1を常時補正できる
図9の初期値設定ステップS0において、演算部12の温度演算部30は、演算部12の温度演算部30が用いる熱回路モデル30−1を表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量のうち少なくともいずれか1つの予め定められた初期値が設定される。ここで、初期値については、例えば工場からの出荷時に設定してもよいし、補正部13の補正演算部35が、予め定められた初期値を補正情報Ccとして温度演算部30に出力させて設定してもよい。
上述したように制御装置10は、センサ8の計測情報および熱回路モデル30−1を用いて温度推定を行う演算部12と、熱回路モデル30−1中の熱抵抗、発熱量、および熱容量の少なくともいずれか1つを補正する補正部13とを備えている。
図10は、この出願に係る発明を実施するための実施の形態2における制御装置の制御のフロー図である。図11は、本実施の形態における制御装置において時刻に対するモータの出力を示す図である。図12は、本実施の形態における制御装置において時刻に対する推定温度を示す図である。図13は、本実施の形態における制御装置において時刻に対するモータの出力を示す図である。図14は、本実施の形態における制御装置において時刻に対する推定温度を示す図である。図10、図11、図12、図13および図14において、本実施の形態における制御装置10aは、実施の形態1に係る制御装置10と以下に述べる点で異なる。
図11において、横軸は、時刻tを表し、縦軸は、モータ1の出力を表す。図12において、横軸は、時刻tを表し、縦軸は、モータ1の推定温度T33を表す。図11および図12に示すように、制御部11は、時刻t1において推定温度T33が予め設定した閾値Tthを超える場合には、推定温度T33が低下するようモータ1の出力を低下、または停止させる。この制御によって、推定温度T33を閾値Tth以下に低下させることができる。
本実施の形態に係るモータシステム100の制御装置10は、演算部12にて推定される推定温度T33に応じてモータ1の動作を変化させる制御部11を備える。すなわち、制御部11は、インバータ9によってモータ1に印加する電圧を推定温度に応じて制御する。これにより、推定温度T33が高い場合には、推定温度T33に対応する温度が閾値Tth以上に上がらないようにモータ1の出力を低下、または出力停止する制御を行うことでモータ1の過熱保護を行うことができる。また、推定温度T33を閾値Tth近傍以内で維持するようモータ1の出力を制限し、その範囲でモータ1を動作させることで、推定温度T33を閾値Tth以内に抑えつつ、モータ1の出力を最大化することができる。
Claims (18)
- 回転電機の回転子および固定子の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、
発熱量、および熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した前記回転電機内の計測位置に対
応する温度または熱流量を含む計測情報と前記熱回路モデルを用いて、前記計測位置に対
応する前記回転電機の前記熱回路モデル中の前記熱抵抗、前記発熱量、および前記熱容量
のうち少なくともいずれか1つを補正する制御装置。 - 前記センサ部が計測した前記計測情報である前記温度と前記熱流量とを用いるときは前記
回転電機の前記熱回路モデル中の前記熱抵抗または前記熱容量を補正し、
または、前記センサ部が計測した前記計測情報であり前記計測位置の異なる3箇所の温度
と前記3箇所の温度に基づく前記熱抵抗とを用いるときは前記回転電機における前記発熱
量を補正し、
または、前記センサ部が計測した前記計測情報である前記熱流量を用いるときは前記計測
位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、および前記熱容量のうち少なくともいずれか1
つを補正する請求項1に記載の制御装置。 - 前記熱回路モデルを用いて前記回転電機の温度を推定温度として推定する演算部をさらに
備え、
前記センサ部は、前記推定温度に対応する前記計測位置の温度を計測温度として計測し、
前記推定温度と前記計測温度との差の絶対値が予め定められた閾値以上の場合には、前記
補正部は、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、および前記熱容量のうち少
なくともいずれか1つを補正する請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記熱回路モデルを用いて前記回転電機を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、電力変換器によって前記回転電機に印加する電圧を前記推定温度に応じて
制御する請求項3に記載の制御装置。 - 前記熱回路モデルを用いて前記回転電機を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記回転電機がトルクを発生させているときに、電力変換器によって前記
回転電機に印加する電圧を前記推定温度に応じて制御して前記回転電機の出力を制御する
請求項3に記載の制御装置。 - 回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、
発熱量、および熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または
熱流量を含む計測情報を用いて、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、およ
び前記熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正し、
前記センサ部が計測した前記計測情報である前記温度と前記熱流量とを用いるときは前記
回転電機の前記熱回路モデル中の前記熱抵抗または前記熱容量を補正し、
または、前記センサ部が計測した前記計測情報であり前記計測位置の異なる3箇所の温度
と前記3箇所の温度に基づく前記熱抵抗とを用いるときは前記回転電機における前記発熱
量を補正し、
または、前記センサ部が計測した前記計測情報である前記熱流量を用いるときは前記計測
位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、および前記熱容量のうち少なくともいずれか1
つを補正する
制御装置。 - 回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量
のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または
熱流量を含む計測情報を用いて、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、およ
び前記熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正し、
前記センサ部は、前記回転電機における前記計測位置の異なる2箇所の温度と前記計測位
置の前記熱流量を計測し、
前記補正部は、前記異なる2箇所の温度と前記熱流量とを用いて前記熱抵抗を補正する制
御装置。 - 前記センサ部は、前記回転電機における異なる2箇所の前記計測位置である第1計測位置
および第2計測位置の温度をそれぞれ第1計測温度および第2計測温度として計測し、か
つ前記第1計測位置から前記第2計測位置に流れる前記熱流量を第1計測熱流量として計
測し、
前記補正部は、前記第1計測温度および前記第2計測温度の差分と前記第1計測熱流量と
を用いて、前記第1計測位置および前記第2計測位置の間の前記熱抵抗を補正する請求項
7に記載の制御装置。 - 回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量
のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または
熱流量を含む計測情報を用いて、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、およ
び前記熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正し、
前記センサ部は、前記回転電機における前記計測位置の異なる2箇所の熱流量を計測し、
前記補正部は、前記異なる2箇所の熱流量を用いて前記発熱量を補正する制御装置。 - 前記センサ部は、前記回転電機における異なる2箇所の前記計測位置である第1計測位置
および第2計測位置のうち、前記第1計測位置の前記熱流量を第1計測熱流量として計測
し、かつ前記第2計測位置の前記熱流量を第2計測熱流量として計測し、
前記補正部は、前記第1計測熱流量と前記第2計測熱流量との差分を用いて、前記第1計
測位置および前記第2計測位置の間に対して流入または流出する前記発熱量を補正する請
求項9に記載の制御装置。 - 回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量
のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または
熱流量を含む計測情報を用いて、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、およ
び前記熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正し、
前記センサ部は、前記回転電機における前記計測位置の異なる3箇所の温度を計測し、前
記補正部は、前記異なる3箇所の温度と前記計測位置に基づく前記熱抵抗とを用いて、前
記発熱量を補正する制御装置。 - 前記センサ部は、前記回転電機における異なる3箇所の前記計測位置である第1計測位置
、第2計測位置および第3計測位置の温度をそれぞれ第1計測温度、第2計測温度および
第3計測温度として計測し、
前記補正部は、前記第1計測温度、前記第2計測温度および前記第3計測温度と、前記第
1計測位置および前記第2計測位置の間の第1熱抵抗と、前記第2計測位置および前記第
3計測位置の間の第2熱抵抗とを用いて、前記第2計測位置に対して流入または流出する
前記発熱量を補正する請求項11に記載の制御装置。 - 回転電機の熱回路を含む熱回路モデルを表す物理量である熱抵抗、発熱量、および熱容量
のうち少なくともいずれか1つを補正する補正部を備え、
前記補正部は、前記回転電機においてセンサ部が計測した計測位置に対応する温度または
熱流量を含む計測情報を用いて、前記計測位置に対応する前記熱抵抗、前記発熱量、およ
び前記熱容量のうち少なくともいずれか1つを補正し、
前記センサ部は、前記回転電機における前記回転電機内の前記計測位置の単位時間当たり
の温度上昇を計測温度上昇として計測し、
かつ、前記計測位置の計測熱流量を計測し、
前記計測熱流量に基づく前記熱流量と前記計測温度上昇とを用いて前記熱容量を補正する
制御装置。 - 前記センサ部は、前記回転電機における1箇所の前記計測位置である第1計測位置の単位
時間当たりの温度上昇を計測温度上昇として計測し、かつ前記第1計測位置に対して流入
又は流出する4つの前記熱流量のうち3つの前記熱流量を第1計測熱流量、第2計測熱流
量、および第3計測熱流量として計測し、
4つの前記熱流量のうち第1計測熱流量、第2計測熱流量、および第3計測熱流量と異な
る前記熱流量を第1熱流量とするとき、前記補正部は、前記第1計測熱流量と前記第2計
測熱流量と前記第3計測熱流量と前記計測温度上昇とを用いて、前記第1熱流量に対応す
る前記熱容量を補正する請求項13に記載の制御装置。 - 前記補正部は、前記回転電機に設けられた複数の前記センサ部が計測した計測温度を用い
て、前記複数のセンサ部が前記計測温度を計測した前記計測位置のそれぞれに対応する前
記熱抵抗、前記発熱量、前記熱容量の少なくともいずれか1つを補正する請求項1から請
求項5のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記熱回路モデルは、ノード、熱抵抗、発熱源、および熱容量をそれぞれ1個以上有して
いる請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記熱回路モデルは、前記回転電機の全体の熱流束や温度を熱回路で表したものである請
求項1から請求項15のいずれか1項に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の前記制御装置と、
前記センサ部とを備える制御システム。
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