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公開番号2021005987
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120290
出願日20190627
発明の名称電動機の制御装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人
主分類H02P 21/14 20160101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機の制御装置において、電動機に流れる電流を精度よく推定して、電動機を制御する。
【解決手段】電動機Mのモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電動機Mの固有のパラメータ、及び回転速度を代入して、電動機Mに流れる電流を推定する電流推定部151と、電流取得部により取得される電流と電流推定部151により推定される電流との差に基づいて、パラメータを推定するパラメータ推定部153と、電動機Mのモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電流推定部151により推定される電流、パラメータ推定部153により推定されるパラメータ、及び回転速度を代入して、電動機Mの回転子の位置を推定する位置推定部154とを備えて制御装置1を構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、
前記電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、
前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と前記電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電動機の固有のパラメータ、及び前記電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、前記電動機に流れる電流を推定する電流推定部と、
前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との第1の差に基づいて、前記パラメータを推定するパラメータ推定部と、
前記電動機のモデルとしての電圧方程式に、前記電圧指令値、前記電流推定部により推定される電流、前記パラメータ推定部により推定されるパラメータ、及び前記回転速度を代入して、前記電動機の回転子の位置を推定する位置推定部と、
を備える電動機の制御装置。
続きを表示(約 150 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電動機の制御装置であって、
前記制御回路は、前記電流取得部により取得される電流と前記電流推定部により推定される電流との第2の差が閾値以上である場合、前記電流推定部により推定される電流が誤っていると判定する判定部を備える
ことを特徴とする電動機の制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機の制御装置に関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
電動機の制御装置として、電動機に流れる電流が電流指令値に追従するようにd軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を求め、d軸電圧指令値及びq軸電圧指令値を電動機の各相にそれぞれ対応する電圧指令値に変換し、それら電圧指令値と三角波との比較結果に基づいて、電動機の各相にそれぞれ対応するパルス幅変調信号を求め、それらパルス幅変調信号によりインバータ回路に備えられるスイッチング素子のオン、オフを制御することで、電動機の各相に互いに位相が異なる交流電圧を印加させて電動機を駆動するものがある(パルス幅変調制御(PWM(Pulse Width Modulation)制御))。
【0003】
しかしながら、上記電動機の制御装置では、電動機を高回転高出力で駆動させるためにインバータ回路の入力電圧に対する電動機の入力電圧の比である変調率が閾値以上になりPWM制御から過変調制御または矩形波制御に切り替わると、電動機に流れる電流を検出することができなくなり、電動機の制御性が低下するおそれがある。
【0004】
そこで、電動機の他の制御装置(その1)として、電動機の回転子の位置と電動機に流れる正弦波の電流とからなる関係式に、位置センサにより取得される電動機の回転子の位置を入力して、電動機に流れる電流を推定し、その推定した電流に基づいて、電動機を制御するものがある。関連する技術として、特許文献1がある。
【0005】
さらに、電動機の他の制御装置(その2)として、電動機の回転子の位置を検出する機能を備え、その機能により検出される位置を用いて、適応同定部により電動機のモデルのパラメータを逐次同定し、適応同定部のパラメータ同定結果を用いて電動機に流れる電流を推定するとともに、適応同定の診断を行うものがある。関連する技術として、特許文献2がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2013−172595号公報
特開2013−215064号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記電動機の他の制御装置(その1)では、電動機に実際に流れる高調波が乗っている電流に対して、電動機の回転子の位置と電動機に流れる正弦波の電流とからなる関係式を用いて推定される電流に誤差が生じ易いため、電流の推定精度が低下するおそれがある。
【0008】
また、上記電動機の他の制御装置(その2)では、電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていることが前提になっており、電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機の制御装置に適用することができないという懸念がある。
【0009】
本発明の一側面に係る目的は、電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機の制御装置において、電動機に流れる電流を精度よく推定して、電動機を制御することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る一つの形態である電動機の制御装置は、電動機の回転子を駆動させるインバータ回路と、電動機に流れる電流を取得する電流取得部と、電動機の回転子の位置に基づいて求められる電流指令値と電動機に流れる電流との差に応じた電圧指令値に基づいて、インバータ回路の動作を制御する制御回路とを備える。
【0011】
制御回路は、電動機のモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電動機の固有のパラメータ、及び電動機の回転子の位置に基づいて求められる回転速度を代入して、電動機に流れる電流を推定する電流推定部と、電流取得部により取得される電流と電流推定部により推定される電流との第1の差に基づいて、パラメータを推定するパラメータ推定部と、電動機のモデルとしての電圧方程式に、電圧指令値、電流推定部により推定される電流、パラメータ推定部により推定されるパラメータ、及び回転速度を代入して、電動機の回転子の位置を推定する位置推定部とを備える。
【0012】
このように、パラメータ推定部により推定される電動機の固有のパラメータを、電動機のモデルとしての電圧方程式に入力して、電動機に流れる電流を推定する構成であるため、電動機の固有のパラメータの変動により電動機に流れる電流が変動しても、電流推定部により推定される電流を電動機に流れる電流に近づけることができる。また、パラメータ推定部により推定されるパラメータを電動機のモデルとしての電圧方程式に入力して、電動機の回転子の位置を推定することができる。これにより、電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機の制御装置において、電動機に流れる電流を精度よく推定して、電動機を制御することができる。
【0013】
また、制御回路は、電流取得部により取得される電流と電流推定部により推定される電流との差が第2の閾値以上である場合、電流推定部により推定される電流が誤っていると判定する判定部を備えるように構成してもよい。
【0014】
これにより、誤っている電流を用いて電動機を制御しないようにすることができるため、電動機の制御性が低下することを抑えることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、電動機の回転子の位置を検出する機能を備えていない電動機の制御装置において、電動機に流れる電流を精度よく推定して、電動機を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。
推定部の一例を示す図である。
実施形態の電動機の制御装置の他の例を示す図である。
推定部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態の電動機の制御装置の一例を示す図である。
【0018】
図1に示す電動機Mの制御装置1は、例えば、電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載される電動機を駆動するための制御装置であって、インバータ回路2と、制御回路3とを備える。
【0019】
インバータ回路2は、直流電源Pから供給される電力により電動機Mを駆動するものであって、コンデンサCと、スイッチング素子SW1〜SW6(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor))と、電流センサSe1、Se2とを備える。すなわち、コンデンサCの一方端が直流電源Pの正極端子及びスイッチング素子SW1、SW3、SW5の各コレクタ端子に接続され、コンデンサCの他方端が直流電源Pの負極端子及びスイッチング素子SW2、SW4、SW6の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子SW1のエミッタ端子とスイッチング素子SW2のコレクタ端子との接続点は電流センサSe1を介して電動機MのU相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW3のエミッタ端子とスイッチング素子SW4のコレクタ端子との接続点は電流センサSe2を介して電動機MのV相の入力端子に接続されている。スイッチング素子SW5のエミッタ端子とスイッチング素子SW6のコレクタ端子との接続点は電動機MのW相の入力端子に接続されている。
【0020】
コンデンサCは、直流電源Pから出力されインバータ回路2へ入力される電圧を平滑する。
【0021】
スイッチング素子SW1は、制御回路3から出力される駆動信号S1に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW2は、制御回路3から出力される駆動信号S2に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW3は、制御回路3から出力される駆動信号S3に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW4は、制御回路3から出力される駆動信号S4に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW5は、制御回路3から出力される駆動信号S5に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子SW6は、制御回路3から出力される駆動信号S6に基づいて、オンまたはオフする。スイッチング素子Sw1〜SW6がそれぞれオンまたはオフすることで、直流電源Pから出力される直流電圧が、互いに位相が120度ずつ異なる3つの交流電圧に変換され、それら交流電圧が電動機MのU相、V相、及びW相の入力端子に印加され電動機Mの回転子が駆動する。
【0022】
電流センサSe1は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機MのU相に流れるU相電流Iuを検出して制御回路3に出力する。また、電流センサSe2は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、電動機MのV相に流れるV相電流Ivを検出して制御回路3に出力する。
【0023】
制御回路3は、ドライブ回路4と、演算部5とを備える。
ドライブ回路4は、IC(Integrated Circuit)などにより構成され、演算部5から出力される電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*と三角波とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号S1〜S6をスイッチング素子SW1〜SW6のそれぞれのゲート端子に出力する。例えば、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S1を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S2を出力し、電圧指令値Vu*が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S1を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S2を出力する。また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vv*が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S3を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S4を出力し、電圧指令値Vv*が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S3を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S4を出力する。また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vw*が三角波以上である場合、ハイレベルの駆動信号S5を出力するとともに、ローレベルの駆動信号S6を出力し、電圧指令値Vw*が三角波より小さい場合、ローレベルの駆動信号S5を出力するとともに、ハイレベルの駆動信号S6を出力する。
【0024】
なお、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が三角波の振幅値より小さい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の1周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が繰り返しオン、オフする制御、すなわち、パルス幅変調制御(PWM制御)を行うものとする。
【0025】
また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が三角波の振幅値より大きい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の1周期のうちの一部の期間においてスイッチング素子SW1〜SW6が繰り返しオン、オフし、残りの期間においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、過変調制御を行うものとする。
【0026】
また、ドライブ回路4は、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の振幅値が三角波の振幅値よりさらに大きい場合、電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*の半周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフし、残りの半周期においてスイッチング素子SW1〜SW6が常にオンまたは常にオフする制御、すなわち、矩形波制御を行うものとする。
【0027】
演算部5は、マイクロコンピュータなどにより構成され、速度演算部6と、減算部7と、トルク制御部8と、トルク/電流指令値変換部9と、減算部10、11と、電流制御部12と、dq/uvw変換部13と、座標変換部14と、推定部15とを備える。例えば、マイクロコンピュータが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、速度演算部6、減算部7、トルク制御部8、トルク/電流指令値変換部9、減算部10、11、電流制御部12、dq/uvw変換部13、座標変換部14、及び推定部15が実現される。
【0028】
速度演算部6は、推定部15により推定される電動機Mの回転子の推定位置θ^により回転速度ωを演算する。例えば、速度演算部6は、推定位置θ^を演算部5の制御周期で除算することにより回転速度ωを求める。
【0029】
減算部7は、外部から入力される回転速度指令値ω*と速度演算部6から出力される回転速度ωとの差Δωを算出する。
【0030】
トルク制御部8は、減算部7から出力される差Δωを用いて、トルク指令値T*を求める。例えば、トルク制御部8は、不図示の記憶部に記憶されている、電動機Mの回転子の回転速度と電動機Mのトルクとが互いに対応付けられている情報を参照して、差Δωに相当する回転速度に対応するトルクを、トルク指令値T*として求める。
(【0031】以降は省略されています)

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