JP6526513B2 - ロータの角度補正方法およびロータの角度補正装置 - Google Patents
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Description
また、ロータ角度をより高精度に検出するために、前述の離散型の回転センサに代えて、ロータ角度を連続的に検出可能なレゾルバを回転センサとして用いることが知られている。しかし、レゾルバは、回転センサと比較して一般に高価なので、コスト面で問題となる。
図1は、本実施形態に係る回転電機としての発電機モータ10を搭載する油圧ショベル1の側面図であり、図2は平面図である。
油圧ショベル1は、エンジン6により発電機モータ10を駆動して電力を発生させ、この電力によって上部旋回体3を旋回させるとともに、エンジン6により駆動される油圧ポンプ7によって下部走行体2に設けられた走行用油圧モータ、および作業機4を駆動する各油圧シリンダ等に昇圧された作動油を供給する、いわゆるハイブリッド油圧ショベルである。
図3は、本実施形態に係る発電機モータ10を中心軸Zに沿って分解した分解斜視図であり、図4は、発電機モータ10のロータ14およびステータ15を示す正面図である。この発電機モータ10が、後述する角度補正処理によって補正される対象である。
図5は、発電機モータ10において、ステータティース51のコイル52に流れる相電流の電流値i(A)と、鎖交磁束Ψ(Wb)との関係であるΨi特性を表すグラフであり、当該グラフは、Ψiテーブルというデータ構造で後述する記憶部118等に記憶されている。鎖交磁束Ψは、コイル52に印加する指令電圧Vの時間積分値である。図5において、横軸がコイル52に流れる相電流の電流値iであり、縦軸が鎖交磁束Ψである。
本実施形態では、角度補正装置100を用い、上述した高感度領域SA内での発電機モータ10の角度を判定し、角度誤差θerを算出して補正する。
図6は、角度補正装置100を含む制御系のブロック図である。本実施形態では、本実施形態において、角度補正装置100は、油圧ショベル1から独立した別個の装置であり、油圧ショベル1に搭載される前の工場出荷状態にある発電機モータ10に対して角度補正処理を実施する。角度補正装置100は、油圧ショベル1搭載前の発電機モータ10の駆動装置であるインバータ101の一部として構成される。この状態にある発電機モータ10は、インバータ101に接続される他、ベンチコントローラ131、負荷モータコントローラ132、負荷モータ133に接続される。
先ず、インバータ101は、駆動条件設定部111と、指令電圧生成部112と、電圧出力部113と、回転数算出部114と、角度算出部115と、を備えている。
ここで設定される駆動条件は、発電機モータ10の励磁相数、通電開始角度、電流増加を終了する角度等である。発電機モータ10の通常運転時には3相を励磁するが、角度補正処理時には、1相のみを励磁する。これにより、他相からの影響を排除している。また、駆動条件には、電流値iを一定にするための指令電圧Vのスイッチングの禁止も含まれている。通電開始から高感度領域SAを通過するまでの間スイッチングを禁止することにより、スイッチングによる影響を排除している。
電圧出力部113は、指令電圧生成部112で生成された指令電圧Vに応じた電圧を発電機モータ10に印加する。
角度算出部115は、回転数算出部114で算出された実回転数に基づいて発電機モータ10の回転角度を算出する。この回転角度は、駆動条件設定部111からの指令値に反映され、反映された指令値が指令電圧生成部112に出力される。
角度補正装置100は、電流センサを有する電流検出部116、電圧センサを有する電圧検出部117、および適宜な記憶媒体からなる記憶部118を備えているとともに、マイクロコンピュータ等のハードウェアで構成され、ソフトウェアであるプログラムを実行することで、ハードウェアを鎖交磁束算出部119、高感度領域判定部120、推定角度算出部121、角度誤差算出部122、角度誤差判定部123、エラー処理部124、および角度補正実行部125として機能させる。
図7を参照しながら、回転センサ21の角度補正処理について説明する。角度補正処理は、m個のロータティース41のうちの1つと、n個のステータティース51のうちの1つとをそれぞれ用いて行われる。
ここで、推定角度θeの算出は、Ψi座標が複数のΨi曲線のうち何れと交わるかを判定することによって行われる。なお、Ψi座標がΨi曲線間にあるときには、補間計算によってロータ14の推定角度θeを算出する。
以上の本実施形態によれば、コイル52に通電される相電流の電流値i、鎖交磁束Ψ、およびロータ14の角度の相互関係に基づく角度推定感度が高い高感度領域SA内で取得した推定角度θeを用い、当該推定角度θeと回転センサ21の検出角度θhとの差分である角度誤差θerを算出するので、当該角度誤差θerを回転センサ21の検出角度θhに加算することによって、ロータ14の真角度を精度よく推定することができる。
例えば、前記実施形態では、角度補正装置100は、発電機モータ10が油圧ショベル1に搭載されていない状態において、回転センサ21の角度誤差θerを補正するものであったが、発電機モータ10が油圧ショベル1に搭載されている状態において、回転センサ21の角度誤差θerを補正するものであってもよい。その場合には、角度補正装置100のインバータ101として油圧ショベル1のインバータ8を用いてもよく、角度補正装置100の制御装置102の機能の一部または全部が油圧ショベル1の制御装置20の中に組み入れられていてもよい。また、油圧ショベル1の運転モードを角度補正専用のモードに切り替えて行ってもよく、通常動作中に角度補正が可能な状態になったときに、ロータ14の角度ずれを補正してもよい。
発電機モータ10を油圧ショベル1に搭載した状態で角度補正を実行することにより、発電機モータ10を角度補正を行ったインバータ101と組み合わせて出荷する必要がなくなる。それにより、角度補正を行ったインバータ101の記憶部118に記憶された角度誤差θerを油圧ショベル1のインバータ8の記憶部に人為的に書き込むという煩雑な作業を省略でき、誤った書き込みに起因する発電機モータ10の動作不良を防止できる。
Claims (7)
- 複数のステータティースを有し各々の前記ステータティースにコイルが巻回されたステータと、複数のロータティースを有し前記ステータに対して回転自在に設けられるロータと、前記ロータの角度を検出する回転センサとを備える回転電機のロータの角度補正方法であって、
前記ステータティースの前記コイルに通電される電流の電流値と、前記コイルへの通電によって励磁される鎖交磁束とにより前記ロータの角度推定点を取得するステップと、
前記ステータティースの前記コイルに通電される電流の電流値、鎖交磁束、および前記ロータの角度の相互関係に基づく角度推定感度が高い高感度領域内に前記角度推定点があるか否かを判定するステップと、
前記角度推定点が前記高感度領域内にあると判定された場合に、前記角度推定点に基づく前記ロータの角度と前記回転センサで検出される前記ロータの角度との差分により角度誤差を算出するステップと、
前記角度誤差に基づいて前記ロータの真角度を推定するステップとを備える
ことを特徴とするロータの角度補正方法。 - 請求項1に記載のロータの角度補正方法において、
前記ロータの真角度の推定中は、複数相を構成する複数の前記ステータティースのうち一相に対応する前記ステータティースの前記コイルのみを励磁する
ことを特徴とする電動機のロータの角度補正方法。 - 請求項1または請求項2に記載のロータの角度補正方法において、
前記角度誤差を算出するまでの間、前記コイルへの指令電圧のスイッチングを禁止する
ことを特徴とするロータの角度補正方法。 - 請求項1ないし請求項3の何れか一項に記載のロータの角度補正方法において、
前記ロータティースが前記ステータティースと対向する状態へと向かう間に前記ロータの角度推定点を取得する
ことを特徴とするロータの角度補正方法。 - 請求項1ないし請求項4の何れか一項に記載のロータの角度補正方法において、
前記ロータの角度誤差の算出を、前記ロータの一周分に相当する前記複数のロータティースに対して行うとともに、それにより算出された一周分の角度誤差の平均を、当該回転電機の角度誤差として用いる
ことを特徴とするロータの角度補正方法。 - 請求項1ないし請求項5の何れか一項に記載のロータの角度補正方法による前記ロータの真角度の推定を建設機械に回転電機およびインバータを搭載した状態で行う
ことを特徴とするロータの角度補正方法。 - 複数のステータティースを有し各々の前記ステータティースにコイルが巻回されたステータと、複数のロータティースを有し前記ステータに対して回転自在に設けられるロータと、前記ロータの角度を検出する回転センサとを備える回転電機のロータの角度補正装置であって、
前記ステータティースの前記コイルに通電される電流の電流値と、前記コイルへの通電によって励磁される鎖交磁束とにより前記ロータの角度推定点を算出して取得する推定角度算出部と、
前記ステータティースの前記コイルに通電される電流の電流値、鎖交磁束、および前記ロータの角度の相互関係に基づく角度推定感度が高い高感度領域内に前記角度推定点があ
るか否かを判定する高感度領域判定部と、
前記角度推定点が前記高感度領域内にあると判定された場合に、前記角度推定点に基づく前記ロータの角度と前記回転センサで検出される前記ロータの角度との差分により角度誤差を算出する角度誤差算出部と、
前記角度誤差に基づき前記ロータの真角度を推定して角度補正を実行する角度補正実行部とを備える
ことを特徴とするロータの角度補正装置。
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