JP6676396B2 - Motor driving device and industrial machine using the same - Google Patents
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Description
本発明は、モータの駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device.
モータの制御には、モータの機械的状態(回転数や位置)に関する情報が必要となる。モータの制御方式は大きく、レゾルバなどのセンサを用いるものと、センサを用いないもの(センサレス方式)に分けられる。センサレス方式は、モータに印加される電圧および電流等の電気的状態にもとづいて、モータの機械的状態を推定し、推定された状態にもとづいて、モータを駆動制御する。 Motor control requires information about the mechanical state (number of rotations and position) of the motor. Motor control systems are broadly divided into those that use sensors such as resolvers and those that do not use sensors (sensorless systems). In the sensorless method, a mechanical state of the motor is estimated based on an electrical state such as a voltage and a current applied to the motor, and drive control of the motor is performed based on the estimated state.
従来の技術(たとえば非特許文献1参照)では、検出電圧をモータへの入力、検出電流をモータの出力として、入出力の関係から位相角(位置)を推定するが、所定のサンプリング周期の間、検出電圧は一定であるという前提に立っている。しかしながら、一定の電圧を出力した場合、サンプリング周期の間に、モータは回転し、電圧位相角が回転角度分遅れるため、モータへ入力される電圧は一定とならず、その実効値と検出電圧との間に誤差が生ずる。したがってこの電圧誤差のために推定位相角に誤差が生じ、推定精度が悪化する。サンプリング周期が十分に短ければこの誤差は小さく無視しうるが、モータの回転数に対してサンプリング周波数が相対的に低くなるほど、誤差の影響が大きくなる。 In a conventional technique (for example, see Non-Patent Document 1), a detection voltage is input to a motor and a detection current is used as an output of the motor to estimate a phase angle (position) from an input / output relationship. , On the assumption that the detection voltage is constant. However, if a constant voltage is output, the motor rotates during the sampling period, and the voltage phase angle is delayed by the rotation angle, so that the voltage input to the motor is not constant, and its effective value and the detected voltage Error occurs between the two. Therefore, an error occurs in the estimated phase angle due to the voltage error, and the estimation accuracy deteriorates. If the sampling period is sufficiently short, this error is small and can be neglected. However, the influence of the error increases as the sampling frequency becomes relatively lower with respect to the rotation speed of the motor.
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、モータの状態の推定精度が改善されたセンサレス方式のモータ駆動装置の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and an exemplary object of one embodiment of the present invention is to provide a sensorless motor driving device with improved estimation accuracy of a motor state.
本発明のある態様は、モータの駆動装置に関する。駆動装置は、モータに印加される電圧を監視し、所定のサンプリング周期Tsで、検出電圧ベクトルを生成する電圧検出部と、モータに流れる電流を監視し、検出電流ベクトルを生成する電流検出部と、Ts/2の時間、モータが回転するものとして、検出電圧ベクトルの位相を回転させ、補正電圧ベクトルを生成する電圧位相補正部と、補正電圧ベクトルおよび検出電流ベクトルにもとづいて、モータの回転数を推定する推定器と、モータの回転数の推定値^ωが、モータの目標回転数に近づくように、制御信号を生成するモータコントローラと、制御信号にもとづいて、モータを駆動するパワーユニットと、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a motor driving device. The drive device monitors a voltage applied to the motor and generates a detection voltage vector at a predetermined sampling period Ts, and a current detection unit monitors a current flowing through the motor and generates a detection current vector. , Ts / 2, assuming that the motor rotates, the phase of the detection voltage vector is rotated, and a voltage phase correction unit that generates a correction voltage vector; and the rotation speed of the motor based on the correction voltage vector and the detection current vector. And a motor controller that generates a control signal so that the estimated value ^ ω of the rotation speed of the motor approaches the target rotation speed of the motor, and a power unit that drives the motor based on the control signal. Is provided.
この態様によると、実効電圧(ベクトル)により近い検出電圧を表す補正電圧ベクトルを用いることにより、モータの状態の推定精度を改善することができる。 According to this aspect, the accuracy of estimating the state of the motor can be improved by using the correction voltage vector representing the detected voltage closer to the effective voltage (vector).
電圧位相補正部は、^ω・Ts/2に相当する角度、検出電圧ベクトルの電圧位相角を回転させてもよい。 The voltage phase correction unit may rotate the angle corresponding to Δω · Ts / 2, or the voltage phase angle of the detection voltage vector.
推定器は、補正電圧ベクトルと検出電流ベクトルにもとづいて、予測電流ベクトルを生成し、予測電流ベクトルと検出電流ベクトルの差分にもとづいて、ロータの位相角^θを推定してもよい。 The estimator may generate a predicted current vector based on the corrected voltage vector and the detected current vector, and estimate the rotor phase angle ^ θ based on a difference between the predicted current vector and the detected current vector.
電圧検出部は、uvw相の検出電圧を生成する電圧センサと、uvw座標系の検出電圧をγδ座標系の電圧ベクトルに変換する第1座標変換器と、を含んでもよい。 The voltage detection unit may include a voltage sensor that generates a detection voltage of the uvw phase, and a first coordinate converter that converts the detection voltage of the uvw coordinate system into a voltage vector of the γδ coordinate system.
駆動装置は、Ts/2の時間、モータが回転するものとして、検出電流ベクトルを回転させ、補正電流ベクトルを生成する電流位相補正部をさらに備えてもよい。推定器は、補正電圧ベクトルおよび補正電流ベクトルにもとづいて、モータの回転数を推定してもよい。 The drive device may further include a current phase correction unit that rotates the detection current vector and generates a correction current vector, assuming that the motor rotates for a time period of Ts / 2. The estimator may estimate the rotation speed of the motor based on the correction voltage vector and the correction current vector.
電流検出部は、uvw相の検出電流を生成する電流センサと、uvw座標系の検出電流をγδ座標系の電流ベクトルに変換する第2座標変換器と、を含んでもよい。 The current detection unit may include a current sensor that generates a detection current of the uvw phase, and a second coordinate converter that converts the detection current of the uvw coordinate system into a current vector of the γδ coordinate system.
本発明の別の態様は、産業機械に関する。産業機械は、永久磁石モータと、永久磁石モータを駆動する上述のいずれかの駆動装置と、を備える。 Another embodiment of the present invention relates to an industrial machine. The industrial machine includes a permanent magnet motor and any one of the above-described driving devices that drives the permanent magnet motor.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described components, and any replacement of the components and expressions of the present invention between methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as embodiments of the present invention.
本発明のある態様によれば、モータの機械的状態の推定精度を改善できる。 According to an embodiment of the present invention, the accuracy of estimating the mechanical state of the motor can be improved.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and the repeated description will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments do not limit the invention, but are exemplifications, and all features and combinations described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, and that the member A and the member B It does not substantially affect the actual connection state, or does not impair the function or effect exerted by the combination thereof, and also includes the case where the connection is made indirectly via another member. Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” means that the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, Indirect connection via another member that does not substantially affect the actual connection state or impair the function or effect provided by the combination thereof.
図1は、実施の形態に係るモータ駆動装置100のブロック図である。モータ駆動装置100は、永久磁石モータ(以下、単にモータという)200を駆動する。モータ駆動装置100は、モータ200の回転数ωが、その目標値(目標回転数)ω*に近づくように、センサレス方式によってモータ200をフィードバック制御する。
FIG. 1 is a block diagram of a
モータ駆動装置100は、電圧検出部110、電流検出部120、電圧位相補正部130、推定器140、モータコントローラ160、パワーユニット180を備える。本実施の形態においてモータ200は3相モータであり、推定回転直交二相座標(γδ軸)を用いたベクトル制御によってモータ200を制御する。
The
電圧検出部110は、モータ200に印加される三相電圧vu,vv,vw(vuvwと総称する)を監視し、所定のサンプリング周期Tsで、検出電圧ベクトルvγ,vδ(vγδと総称する)を生成する。電流検出部120は、モータ200に流れる三相電流iu,iv,iw(iuvwと総称する)を監視し、検出電流ベクトルiγ,iδ(iγδと総称する)を生成する。
The
電圧位相補正部130は、サンプリング周期Tsの半周期Ts/2の時間、モータ200が一定の速度で回転するものとして、検出電圧ベクトルvγδの電気位相角を回転させ、補正電圧ベクトルvγδ’を生成する。推定器140は、補正電圧ベクトルvγδ’および検出電流ベクトルiγδにもとづいて、モータ200の機械的状態(以下、回転数ωとする)を推定し、回転数の推定値^ωを生成する。
The voltage
モータコントローラ160は、モータ200の回転数の推定値^ωが、モータ200の目標回転数(回転数指令値)ω*に近づくように、制御信号vuvw*を生成する。制御信号vuvw*は、U相、V相、W相電圧それぞれの指令値である。パワーユニット180は、制御信号vuvw*にもとづいて、モータ200を駆動する。たとえばパワーユニット180は、制御信号vuvw*をパルス幅変調する変調器と、パルス幅変調された信号にもとづいてモータ200を駆動するインバータと、で構成される。
The
図2(a)には、d軸電圧vdの波形が示される。t0,t2,・・・が電圧検出部110によるサンプリング点であり、各サンプリング点におけるd軸電圧vdが、測定電圧vγとなる。この測定電圧vγは、各サンプリング周期のd軸電圧vdの平均値(実効電圧vd_bar)と一致せず、それらの間には誤差verrが生ずる。図2(b)には、dq座標系(同期回転直交2相座標)とγδ座標系が重ねて示されている。γδ軸座標系は、dq軸座標系に対して、速度ωで時計回りに回転する。Δθは、各時刻におけるq軸とδ軸の位相差である。
In FIG. 2 (a), the waveform of the d-axis voltage v d is shown.
図3は、電圧位相角の補正を説明する図である。電圧位相補正部130は、各サンプリング周期Tsの間、モータの回転数ωが一定であると仮定し、位相角ω・Ts/2、サンプリングされた電圧v(t0)を回転(遅延)させる。回転後の電圧v’(t0)は、図2(a)の時刻t1における電圧vdに近づき、すなわち電圧vdの実効電圧vd_barに近くなる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the correction of the voltage phase angle. The voltage
図1に戻る。電圧位相補正部130には、推定器140によって推定された回転数^ωが入力される。電圧位相補正部130は、^ω・Ts/2に相当する角度、検出電圧ベクトルvγδの電圧位相角を回転させ、補正電圧ベクトルvγδ’を生成する。
Return to FIG. The rotation speed Δω estimated by the
本発明は、図1のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。 The present invention extends to various devices and circuits that can be grasped as the block diagram or circuit diagram of FIG. 1 or derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, a more specific configuration example will be described, not to narrow the scope of the present invention, but to help understand and clarify the essence and circuit operation of the present invention.
図4は、推定器140の構成例を示すブロック図である。推定器140は、モータの電気的状態(iγ,iδ,vγ’,vδ’)にもとづいて、モータの機械的状態の推定値(具体的には位置推定値^θおよび速度推定値^ω)を生成する。予測電流演算部142は、補正電圧ベクトルvγδ’(vγ’,vδ’)、電流ベクトルiγδ(iγ,iδ)ならびに速度推定値^ω、誘起電圧推定値^eにもとづいて、電流ベクトルiγδの予測値(予測電流ベクトル)iγδ’を生成する。位相角推定部144は、予測電流ベクトルiγδ’(iγ’,iδ’)にもとづいて、ロータの位置推定値^θおよび速度推定値^ωを生成する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the
第1誤差生成器(減算器)150は、電流iγの測定値iγと予測値iγ’の差分に相当するγ軸電流誤差Δiγを生成する。第2誤差生成器(減算器)151は、電流iδの測定値iδと予測値iδ’の差分に相当するδ軸電流誤差Δiδを生成する。位置誤差推定部152は、γ軸電流誤差Δiγにもとづいて位置の誤差の推定値Δ^θの微分値Δ^θ’(すなわち速度の誤差の推定値)を生成する。誘起電圧推定部153は、δ軸電流誤差Δiδにもとづいて誘起電圧の推定値^eを生成する。係数部(乗算器)154は、誘起電圧の推定値^eに誘起電圧定数(1/^KE)を乗算し、速度の予測値を生成する。加算器155,156は、速度の予測値と誤差の推定値を加算し、速度の推定値^ωを生成する。速度の推定値^ωは積分器157により積分され、位置推定値^θが生成される。
The first error generator (subtractor) 150 generates a gamma-axis current error .DELTA.i gamma corresponding to the difference between the current i measured value i gamma and the predicted value i gamma of gamma '. The second error generator (subtractor) 151 generates a [delta]-axis current error .DELTA.i [delta] corresponding to the difference between the current i measured value i [delta] and the predicted value i [delta] of [delta] '.
なお推定器140の構成は図4のそれには限定されず、そのほかの公知の、あるいは将来利用可能なセンサレス駆動に関する技術を用いることができる。
Note that the configuration of the
図5は、モータ駆動装置100の具体的な構成例を示すブロック図である。電圧検出部110は、電圧センサ112および第1座標変換器114を含む。電圧センサ112は、uvw相の検出電圧vuvwを生成する。第1座標変換器114は、uvw座標系の検出電圧vuvwをγδ座標系の電圧ベクトルvγδに変換する。電流検出部120は、電流センサ122および第2座標変換器124を含む。電流センサ122は、uvw相の検出電流iuvwを生成する。第2座標変換器124は、uvw座標系の検出電流iuvwをγδ座標系の電流ベクトルiγδに変換する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a specific configuration example of the
モータコントローラ160は、モータ200の回転数ωをその目標値ω*に近づけるフィードバック制御を行うメジャーループと、モータ200の電流ベクトルiγδをその指令ベクトルiγδ*に近づけるフィードバック制御を行うマイナーループを有する。速度誤差検出器162は、回転数の推定値^ωとその目標値ω*の差分である速度誤差Δωを生成する。速度制御器164は、速度誤差Δωにもとづいて電流指令ベクトルiγδ*を生成する。たとえば速度制御器164は、PI(比例・積分)制御器あるいはPID(比例・積分・微分)制御器などで構成することができる。
The
電流誤差検出器166は、検出電流ベクトルiγδと指令ベクトルiγδ*の差分である電流誤差Δiを生成する。電流制御器168は、電流誤差Δiにもとづいて電圧指令ベクトルvγδ*を生成する。たとえば電流制御器168は、PI(比例・積分)制御器あるいはPID(比例・積分・微分)制御器などで構成することができる。第3座標変換器170は、γδ座標系の電圧指令ベクトルvγδ*をuvw座標系の電圧指令ベクトルvuvw*に変換する。座標変換器114,124,170による座標変換には、推定器140によって推定された位置推定値^θが利用される。
The
以上がモータ駆動装置100の構成である。続いてその動作を説明する。図6(a)、(b)は、図1のモータ駆動装置100のモータの負荷をステップ状に変化させたとき動作波形図である。負荷は、時刻t=2sおよび4sにおいて変化する。図6(a)、(b)にはそれぞれ、位置推定誤差Δθ、誘起電圧の誤差Δeが示される。各図には、電圧位相補正部130による補正を行った場合(補正あり)、行わない場合(補正なし)の波形が示される。
The above is the configuration of the
図6(a)を参照する。補正を行わない場合、初期位置が誤差を有する可能性があり、定常状態においても、誤差に、非ゼロのベースラインが発生する。時刻t=2sに負荷変動が生ずると、誤差がベースラインから離れ、時刻t=4sにもとのベースラインに戻る。また図6(b)を参照すると、補正を行わない場合、定常状態における誤差Δeはゼロとなるが、時刻t=2sの負荷変動によって、誘起電圧の誤差が増大する。 Referring to FIG. If no correction is made, the initial position may have an error, and even in a steady state, the error will have a non-zero baseline. If a load change occurs at time t = 2s, the error moves away from the baseline and returns to the original baseline at time t = 4s. Referring to FIG. 6B, when no correction is performed, the error Δe in the steady state becomes zero, but the error in the induced voltage increases due to the load fluctuation at time t = 2 s.
これに対して補正を行った場合、図6(a)に示すように、位置推定誤差を、定常状態においても、また負荷変動時においてもゼロ近傍に保つことができる。また図6(b)に示すように、誘起電圧の誤差も負荷変動にかかわらずゼロ付近に維持することができる。 In contrast, when the correction is performed, as shown in FIG. 6A, the position estimation error can be kept close to zero both in the steady state and when the load changes. Further, as shown in FIG. 6B, the error of the induced voltage can be maintained near zero regardless of the load fluctuation.
以上がモータ駆動装置100の動作である。このように、モータ駆動装置100によれば、位置の誤差および誘起電圧の誤差を小さくすることができる。これにより、従来よりも、モータを安定に、また正確に駆動することが可能となる。
The above is the operation of the
図1を参照すると、電圧位相補正部130、推定器140、モータコントローラ160などの機能ブロックは、マイコンやCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサと、それにより実行されるソフトウェアプログラムとの組み合わせによって実装することができる。したがって電圧位相補正部130を、ソフトウェア上で実装した場合には、ハードウェアの追加が不要であるため、コストの増加や装置のサイズの増加は実質的に生じない。
Referring to FIG. 1, functional blocks such as a voltage
従来技術においては、モータの回転数に対してサンプリング周波数が相対的に低い状況において、特に推定誤差が大きくなる。実施の形態に係るモータ駆動装置100によれば、同じサンプリング周波数、同じ回転数を想定した場合、推定誤差を小さくできる。あるいは、従来と同じ制御性能を得ようとした場合、従来よりもサンプリング周波数を下げることができる。あるいは、従来と同じ制御性能を得ようとした場合、同じサンプリング周波数にて、回転数をさらに高めることができる。
In the related art, in a situation where the sampling frequency is relatively low with respect to the rotation speed of the motor, the estimation error becomes particularly large. According to the
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.
図7は、変形例に係るモータ駆動装置100aのブロック図である。モータ駆動装置100aは、図1のモータ駆動装置100に加えて、電流位相補正部190をさらに備える。電流位相補正部190は、Ts/2の時間、モータ200が回転するものとして、検出電流ベクトルiγδを回転させ、補正電流ベクトルiγδ’を生成する。推定器140は、補正電圧ベクトルvγδ’および補正電流ベクトルiγδ’にもとづいて、モータ200の回転数ωを推定する。この変形例によれば、さらに精度を高めることができる。
FIG. 7 is a block diagram of a
(用途)
最後にモータ駆動装置100の用途を説明する。モータ駆動装置100は、産業機械に利用することができる。図8は、実施の形態に係る産業機械の一例であるショベル1の外観を示す斜視図である。ショベル1は、主として走行機構2と、走行機構2の上部に旋回機構3を介して回動自在に搭載された上部旋回体(以下、単に旋回体ともいう)4とを備えている。
(Application)
Finally, the use of the
旋回体4には、ブーム5と、ブーム5の先端にリンク接続されたアーム6と、アーム6の先端にリンク接続されたバケット10とが取り付けられている。バケット10は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム5、アーム6、及びバケット10は、それぞれブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によって油圧駆動される。また、旋回体4には、バケット10の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室4aや、油圧を発生するためのエンジン11といった動力源が設けられている。エンジン11は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
A
図9は、実施の形態に係るショベル1の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図9では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。
FIG. 9 is a block diagram of an electric system, a hydraulic system, and the like of the
ショベル1は電動発電機(電動発動機ともいう)12および減速機13を備えており、エンジン11及び電動発電機12の回転軸は、共に減速機13の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン11の負荷が大きいときには、電動発電機12が自身の駆動力によりエンジン11の駆動力を補助(アシスト)し、電動発電機12の駆動力が減速機13の出力軸を経てメインポンプ14に伝達される。一方、エンジン11の負荷が小さいときには、エンジン11の駆動力が減速機13を経て電動発電機12に伝達されることにより、電動発電機12が発電を行う。電動発電機12は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnetic)モータによって構成される。電動発電機12の駆動と発電との切りかえは、ショベル1における電気系統の駆動制御を行うコントローラ30により、エンジン11の負荷等に応じて行われる。
The
減速機13の出力軸にはメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続されており、メインポンプ14には高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続されている。コントロールバルブ17は、ショベル1における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ17には、図8に示した走行機構2を駆動するための油圧モータ2A及び2Bの他、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ17は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
A
パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26(操作手段)が接続されている。操作装置26は、旋回用電動機21、走行機構2、ブーム5、アーム6、及びバケット10を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置26には、油圧ライン27を介してコントロールバルブ17が接続され、また、油圧ライン28を介して圧力センサ29が接続される。操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を操作者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。
An operating device 26 (operating means) is connected to the
圧力センサ29は、操作装置26に対して旋回機構3を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン28内の油圧の変化として検出する。圧力センサ29は、油圧ライン28内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ30に入力され、旋回用電動機21の駆動制御に用いられる。
When an operation for turning the
コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUが実行することにより実現される。コントローラ30は、各種センサ及び操作装置26等からの操作入力を受けて、インバータ18A、18C及び蓄電手段40等の駆動制御を行う。
The
旋回用電動機21は、図8の旋回機構3に設けられ、上部旋回体4を回動させる。旋回用電動機21は交流電動機であり、旋回体4を旋回させる旋回機構3の動力源である。旋回用電動機21の回転軸21Aには、レゾルバ22、メカニカルブレーキ23、及び旋回減速機24が接続される。旋回用インバータ18Cは、蓄電手段40からの電力を受け、旋回用電動機21を駆動する。また旋回用電動機21の回生運転時には、旋回用電動機21からの電力を蓄電手段40に回収する。
The turning
旋回用電動機21が力行運転を行う際には、旋回用電動機21の回転駆動力の回転力が旋回減速機24にて増幅され、旋回体4が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体4の慣性回転により、旋回減速機24にて回転数が増加されて旋回用電動機21に伝達され、回生電力を発生させる。
When the turning
レゾルバ22は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機21と機械的に連結することで回転軸21Aの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ22が回転軸21Aの回転角度を検出することにより、旋回機構3の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ23は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ30からの指令によって、旋回用電動機21の回転軸21Aを機械的に停止させる。旋回減速機24は、旋回用電動機21の回転軸21Aの回転速度を減速して旋回機構3に機械的に伝達する減速機である。
The
続いて電気系統について詳細に説明する。電気系統は主として、コントローラ30、蓄電手段40、インバータ18A,18Cを備える。
Subsequently, the electric system will be described in detail. The electric system mainly includes a
(アシスト)
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からの指令にもとづき、電動発電機12の運転制御を行う。
(assist)
The
(旋回)
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は、電動旋回装置を構成する。
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。
(Turning)
The turning
The turning
旋回用インバータコントローラは、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ22により検出される旋回用電動機21の旋回速度が、回転速度指令と一致するように、旋回用インバータ18Cを制御する。
The turning inverter controller receives the rotation speed command according to the operation input, and controls the turning
(電源)
蓄電手段40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は、電源装置を構成する。蓄電手段40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,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。
(Power supply)
The
すなわち、インバータ18Aが電動発電機12を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからDCバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機12を回生運転させる際には、電動発電機12により発電された電力をDCバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、DCバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値にもとづき、コンバータコントローラによって行われる。これにより、DCバスを、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。以上がショベル1の構成である。
That is, when the
実施の形態に係るモータ駆動装置100は、電動発電機12の駆動に使用することができ、この場合にはコントローラ30の一部およびインバータ18Aが、モータ駆動装置100に対応する。
The
あるいは実施の形態に係るモータ駆動装置100は、旋回用電動機21の駆動に使用することができ、この場合にはコントローラ30の一部およびインバータ18Cが、モータ駆動装置100に対応する。モータ駆動装置100はセンサレス方式でモータを駆動可能であることから、図9のレゾルバ22は省略してもよいし、レゾルバ22により検出された位置/速度を補完するために、レゾルバ22の検出値とセンサレスの検出値を併用してもよい。
Alternatively, the
ここでは実施の形態では、産業機械、建設機械の一例として、ショベル1を示したが、モータを利用した建設機械の他の例としては、リフティングマグネット車両やクレーン、電動フォークリフトなどが挙げられる。
Here, in the embodiment, the
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific words and phrases based on the embodiments, the embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the appended claims. Many modifications and changes in arrangement may be made without departing from the spirit of the present invention.
100…モータ駆動装置、200…モータ、110…電圧検出部、112…電圧センサ、114…第1座標変換器、120…電流検出部、122…電流センサ、124…第2座標変換器、130…電圧位相補正部、140…推定器、142…予測電流演算部、144…位相角推定部、160…モータコントローラ、180…パワーユニット、190…電流位相補正部。 100 motor drive device, 200 motor, 110 voltage detector, 112 voltage sensor, 114 first coordinate converter, 120 current detector, 122 current sensor, 124 second coordinate converter, 130 Voltage phase correction unit, 140 estimator, 142 predicted current calculation unit, 144 phase angle estimation unit, 160 motor controller, 180 power unit, 190 current phase correction unit.
Claims (6)
前記モータに印加される電圧を監視し、所定のサンプリング周期Tsで、検出電圧ベクトルを生成する電圧検出部と、
前記モータに流れる電流を監視し、電流ベクトルの検出値に相当する検出電流ベクトルを生成する電流検出部と、
補正電圧ベクトルおよび前記検出電流ベクトルにもとづいて、前記モータの回転数を推定する推定器と、
Ts/2の時間、前記推定器が推定した回転数^ωで前記モータが回転するものとして、^ω・Ts/2に相当する角度、前記検出電圧ベクトルの位相を回転させ、前記補正電圧ベクトルを生成する電圧位相補正部と、
前記モータの回転数の推定値^ωが、前記モータの目標回転数に近づくように、制御信号を生成するモータコントローラと、
前記制御信号にもとづいて、前記モータを駆動するパワーユニットと、
を備えることを特徴とする駆動装置。 A motor driving device,
A voltage detector that monitors a voltage applied to the motor and generates a detection voltage vector at a predetermined sampling cycle Ts;
A current detection unit that monitors a current flowing through the motor and generates a detection current vector corresponding to a detection value of the current vector;
An estimator for estimating the rotational speed of the motor based on the correction voltage vector and the detected current vector;
Ts / 2 time, assuming that the motor is rotated at a rotational speed ^ omega of the estimator has estimated angle corresponding to ^ ω · Ts / 2, rotates the phase of the detection voltage vector, the correction voltage vector A voltage phase correction unit that generates
A motor controller that generates a control signal so that the estimated value ^ ω of the rotation speed of the motor approaches the target rotation speed of the motor,
A power unit that drives the motor based on the control signal;
A drive device comprising:
前記補正電圧ベクトル、前記検出電流ベクトル、前記回転数^ωおよび誘起電圧の推定値e^にもとづいて計算される前記電流ベクトルである予測電流ベクトルを生成し、
前記予測電流ベクトルと前記検出電流ベクトルの差分にもとづいて、ロータの位相角^θを推定することを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 The estimator is
Generating a predicted current vector that is the current vector calculated based on the corrected voltage vector , the detected current vector , the rotation speed {ω, and the estimated value e of the induced voltage ;
The drive device according to claim 1 , wherein a phase angle ^ θ of the rotor is estimated based on a difference between the predicted current vector and the detected current vector.
uvw相の検出電圧を生成する電圧センサと、
uvw座標系の前記検出電圧をγδ座標系の前記電圧ベクトルに変換する第1座標変換器と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の駆動装置。 The voltage detector,
a voltage sensor for generating a uvw-phase detection voltage;
a first coordinate converter that converts the detected voltage in a uvw coordinate system into the voltage vector in a γδ coordinate system;
Drive device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a.
前記推定器は、前記補正電圧ベクトルおよび前記補正電流ベクトルにもとづいて、前記モータの回転数を推定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の駆動装置。 Assuming that the motor rotates at the rotation speed ^ ω estimated by the estimator for a time of Ts / 2, the detection current vector is rotated by an angle corresponding to ^ ω · Ts / 2 to generate a correction current vector. Further comprising a current phase correction unit,
The estimator, the correction voltage vector and based on the corrected current vector, driving device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for estimating the rotation speed of the motor.
uvw相の検出電流を生成する電流センサと、
uvw座標系の前記検出電流をγδ座標系の前記電流ベクトルに変換する第2座標変換器と、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の駆動装置。 The current detector,
a current sensor for generating a uvw-phase detection current;
a second coordinate converter that converts the detected current in a uvw coordinate system into the current vector in a γδ coordinate system;
The driving device according to any one of claims 1 to 4 , comprising:
前記永久磁石モータを駆動する請求項1から5のいずれかに記載の駆動装置と、
を備えることを特徴とする産業機械。 A permanent magnet motor,
The drive device according to any one of claims 1 to 5 , which drives the permanent magnet motor;
An industrial machine comprising:
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