JP2006296112A - 建設機械のモータの制御装置および制御プログラム - Google Patents
建設機械のモータの制御装置および制御プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】PMモータがロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかが判別され、ロック状態にあると判別された場合には、ロック状態であると判別されていた時間tと、前回までに演算されたジャンクション〜ベース間温度差Tbjn-1とに基づいて、今回のジャンクション〜ベース間温度差Tbjn(=fn(W))が順次演算される。PMモータが回転状態にあると判別された場合には、回転状態であると判別されていた時間tと、前回までに演算されたジャンクション〜ベース間温度差Tbjn-1とに基づいて、今回のジャンクション〜ベース間温度差Tbjn(=gn(W))が順次演算される。
【選択図】 図3
Description
エレベータの駆動を上述したインバータ10とPMモータ30を用いて行うという発明が、後掲する特許文献2に記載されている。
建設機械を駆動するモータと、
入力されたスイッチング信号に応じて作動され、前記モータに対して駆動信号を出力するスイッチング素子と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
回転数検出手段で計測された回転数をフィードバック量として、前記スイッチング素子にスイッチング信号を出力する第1の制御手段と、
前記モータがロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかを判別する判別手段と、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、ロック状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算するとともに、
前記モータが回転状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、回転状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算する温度演算手段と、
前記温度演算手段で演算されたスイッチング素子の温度に応じて、前記スイッチング素子を熱的に保護する制御を行う第2の制御手段と
を具えた建設機械のモータ制御装置であることを特徴とする。
前記スイッチング素子は、インバータを構成するスイッチング素子であり、
前記インバータは、ベース板上にスイッチング素子が装着されて構成されており、
ベース板には、スイッチング素子を冷却するための冷却器が接合されており、
前記ベース板の温度を検出する温度検出手段が設けられ、
前記温度演算手段は、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差とに基づいて、今回のスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差を順次演算するとともに、
前記モータが回転ク状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差とに基づいて、今回のスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差を順次演算し、
さらに、この温度差に対して前記温度検出手段によって検出されたベース板の温度を加算することによって、スイッチング素子の温度を演算するものであること
を特徴とする。
前記モータは、建設機械の旋回体を駆動するモータであること
を特徴とする。
前記第2の制御手段は、
前記温度演算手段で演算されたスイッチング素子の温度が所定のしきい値以上になった場合に、前記スイッチング素子を熱的に保護するためのスイッチング信号が、第1の制御手段から前記スイッチング素子に出力されるように、第1の制御手段に指令を与えること
を特徴とする。
建設機械を駆動するモータであって、スイッチング素子から駆動信号が与えられることで駆動されるモータ、を制御するプログラムにおいて、
前記モータがロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかを判別し、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、ロック状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算するとともに、
前記モータが回転状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、回転状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算し、
演算されたスイッチング素子の温度に応じて、前記スイッチング素子を熱的に保護する制御を行うようにしたことを特徴とする。
定常損失W1n=m・Vce(sat)・I・t
スイッチ損失W2n=Vdc・I・(τon+τoff)・f・t・a
ただし、
m:変調率
I:相電流Iu、Iv、Iw
Vce(sat):スイッチング素子11〜16(IGBT)のオン(飽和)電圧
Vdc:電源電圧
τon:スイッチング素子11〜16(IGBT)の立上り時間
τoff:スイッチング素子11〜16(IGBT)の立下り時間
f:スイッチング周波数
a:係数
変調率m、飽和電圧Vce(sat)、立上り時間τon、立下り時間τoff、スイッチング周波数f、係数aについては、固有の定数としてメモリ78に記憶されておかれる。相電流IのうちV相の電流値Ivについては、入力された検出電流値Iu、Iwに基づいて求められる(ステップ101)。
fn(W):時刻ntでロック状態であると判定されたときにジャンクション 〜ベース間温度差Tbjnを算出する関数
gn(W):時刻ntで回転状態であると判定されたときにジャンクション〜 ベース間温度差Tbjnを算出する関数
Tbn:時刻ntにおけるベース温度
Tjn:時刻ntにおけるジャンクション温度
Terr:ジャンクション温度の上限値
つぎに、ジャンクション〜ベース間温度差Tbj算出部73では、時刻ntにおけるジャンクション〜ベース間温度差Tbjnがサンプリング時間t毎に順次演算される。
+(τL1/t)/(1+τL1/t)・Tbjn-1 …(1)
gn(W)=kR・Wn/(1+τR/t)
+(τR/t)/(1+τR/t)・Tbjn-1 …(2)
ただし、
kL1:ロック状態のときの一次遅れのゲイン
kR:回転状態のときの一次遅れのゲイン
τL1:ロック状態のときの一次遅れ時定数
τR:回転状態のときの一次遅れ時定数
Tbjn-1:前回のサンプリング時刻(n−1)tにおけるジャンクション〜ベ ース間温度差
上記(1)、(2)式に示されるように、ジャンクション〜ベース間温度差Tbjnは、IGBT損失Wnの1次遅れ(積分)として計算される。ただし、PMモータ30がロック状態のときには回転状態である場合に比べてベース板91の面内温度分布がばらつくため、この温度分布のばらつきを考慮して、ロック状態のときの一次遅れのゲインkL1は、回転状態のときの一次遅れのゲインkRよりも大きい値に設定される。つまりロック時には、ベース板91の面内の温度分布が偏りをもつため、ベース板面内の温度分布による温度上昇分を加味して、ジャンクション〜ベース間温度差Tbjnを求める。
ただし、
Tbbjn:時刻ntにおけるPN接合部(IGBTジャンクション)の温度と、 PN接合部(IGBTジャンクション)直下のベース板91の部位の 温度との温度差(以下、ジャンクション〜ジャンクション真下部位間 温度差)
Tbbn:時刻ntにおけるPN接合部(IGBTジャンクション)直下のベー ス板91の部位の温度と、ベース温度Tbとの温度差(以下、ジャンク ション真下部位〜ベース間温度差)
上記Tbbjn、Tbbnはそれぞれ、下記式で表される。
+(τL2/t)/(1+τL2/t)・Tbbjn-1 …(4)
Tbbn=kL3・Wn/(1+τL3/t)
+(τL3/t)/(1+τL3/t)・Tbbn-1 …(5)
kL2:ロック状態のときの一次遅れ(IGBT損失Wnの一次遅れ)のゲイン
kL3:ロック状態のときの一次遅れ(ベース板面内温度分布の一次遅れ)の ゲイン
τL2:ロック状態のときの一次遅れ(IGBT損失Wnの一次遅れ)時定数
τL3:ロック状態のときの一次遅れ(ベース板面内温度分布の一次遅れ)時 定数
Tbbjn-1:前回のサンプリング時刻(n−1)tにおけるジャンクション〜ジ ャンクション真下部位間温度差
Tbbn-1:前回のサンプリング時刻(n−1)tにおけるジャンクション真下 部位〜ベース間温度差
こうして現在のジャンクション〜ベース間温度差Tbjnが演算されると、加算部75にて、下記式のごとく、ジャンクション〜ベース間温度差Tbjnに対して、現在のベース温度Tbnを加算する処理が実行されて、現在のジャンクション温度Tjnが求められる。
図4は、油圧ショベルが溝掘り作業や埋め戻し作業を行い、PMモータ30が「ロック(1)→回転(1)→ロック(2)→回転(2)→ロック(3)」という動作をしたときのジャンクション〜ベース間温度差Tbj(Tbjn)の計算結果を例示している。横軸が時間(秒)で、縦軸がジャンクション〜ベース間温度差Tbj(゜C)である。
ただし、
τ:トルク
p:極対数
Ψ:トルク定数
iq:q軸電流
id:d軸電流
Ld:d軸インダクタンス
Lq:q軸インダクタンス
d軸電流id、q軸電流iqの比率と大きさを決めるのが電流ベクトルであるので、同じトルクτを出力するにもd軸電流id、q軸電流iqの組み合わせが何通りもある。通常は、PMモータ30、インバータ10の効率を最大とするため出来る限り電流値を最小にしている。しかし、ロック時には、それが最適とは限らない。例えば、U相の電流値iuが100Aで、V相、W相の電流値iv、iwが−50Aとなっている状態で、PMモータ30がロックしてジャンクション温度Tjnが上限値Terrを超えると、電流ベクトルを30゜づつずらすことによって、U相の電流値iuを(86.6・k)A、V相の電流値ivを0A、W相の電流値iwを(−86.6・k)Aにすることで、トルク値τを維持しつつ、特定のスイッチング素子への熱負荷を低減できる。ただし、kは定数である(ステップ107)。
Claims (5)
- 建設機械を駆動するモータと、
入力されたスイッチング信号に応じて作動され、前記モータに対して駆動信号を出力するスイッチング素子と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
回転数検出手段で計測された回転数をフィードバック量として、前記スイッチング素子にスイッチング信号を出力する第1の制御手段と、
前記モータがロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかを判別する判別手段と、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、ロック状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算するとともに、
前記モータが回転状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、回転状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算する温度演算手段と、
前記温度演算手段で演算されたスイッチング素子の温度に応じて、前記スイッチング素子を熱的に保護する制御を行う第2の制御手段と
を具えたことを特徴とする建設機械のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子は、インバータを構成するスイッチング素子であり、
前記インバータは、ベース板上にスイッチング素子が装着されて構成されており、
ベース板には、スイッチング素子を冷却するための冷却器が接合されており、
前記ベース板の温度を検出する温度検出手段が設けられ、
前記温度演算手段は、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差とに基づいて、ロック状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差を順次演算するとともに、
前記モータが回転状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差とに基づいて、回転状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度とベース板の温度との温度差を順次演算し、
さらに、この温度差に対して前記温度検出手段によって検出されたベース板の温度を加算することによって、スイッチング素子の温度を演算するものであること
を特徴とする請求項1記載の建設機械のモータ制御装置。 - 前記モータは、建設機械の旋回体を駆動するモータであること
を特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記第2の制御手段は、
前記温度演算手段で演算されたスイッチング素子の温度が所定のしきい値以上になった場合に、前記スイッチング素子を熱的に保護するためのスイッチング信号が、第1の制御手段から前記スイッチング素子に出力されるように、第1の制御手段に指令を与えること
を特徴とする請求項1記載の建設機械のモータ制御装置。 - 建設機械を駆動するモータであって、スイッチング素子から駆動信号が与えられることで駆動されるモータ、を制御するプログラムにおいて、
前記モータがロック状態にあるか、あるいは回転状態にあるかを判別し、
前記モータがロック状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、ロック状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算するとともに、
前記モータが回転状態にあると判別された場合には、前回までに演算されたスイッチング素子の温度とに基づいて、回転状態用の演算式を用いて、今回のスイッチング素子の温度を順次演算し、
演算されたスイッチング素子の温度に応じて、前記スイッチング素子を熱的に保護する制御を行うようにした、建設機械のモータ制御プログラム。
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