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WO2017199371A1 - 電動機の制御システム - Google Patents

電動機の制御システム Download PDF

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WO2017199371A1
WO2017199371A1 PCT/JP2016/064741 JP2016064741W WO2017199371A1 WO 2017199371 A1 WO2017199371 A1 WO 2017199371A1 JP 2016064741 W JP2016064741 W JP 2016064741W WO 2017199371 A1 WO2017199371 A1 WO 2017199371A1
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temperature
resolver
angle error
estimated
unit
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PCT/JP2016/064741
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English (en)
French (fr)
Inventor
盛臣 見延
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • GPHYSICS
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    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor control system.
  • a resolver used for controlling an electric motor generally has an angular error, but is known as a position sensor that is robust to temperature fluctuations. It is also known that the resolver angle error is temperature dependent.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique for correcting a digital angle signal obtained by performing resolver-digital conversion on a resolver signal using correction data stored in advance. In this technique, different correction data is used depending on the temperature of the device on which the resolver is mounted.
  • Patent Document 1 cannot be applied to a device that is not provided with a sensor for detecting temperature.
  • the present invention has been made to solve the above problems.
  • the object is to provide a motor control system that estimates the temperature of a resolver without using a sensor for detecting the temperature.
  • An electric motor control system is detected by at least one of an impedance change detector that detects a change in impedance of an excitation winding of a resolver and an output voltage detector that detects an output voltage of the resolver, and an impedance change detector. And a resolver temperature estimation unit that estimates a resolver temperature based on at least one of the change in impedance and the change in output voltage detected by the output voltage detection unit.
  • the resolver temperature estimation unit calculates the resolver temperature based on at least one of the change in impedance detected by the impedance change detection unit and the change in output voltage detected by the output voltage detection unit. presume. For this reason, according to the present invention, the temperature of the resolver can be estimated without using a sensor for detecting the temperature.
  • Embodiment 1 of this invention It is a block diagram which shows an example of the control system of the electric motor in Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows the 1st example of the control system of the electric motor in Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the 2nd example of the control system of the electric motor in Embodiment 2 of this invention. It is a hardware block diagram of the control system of an electric motor.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a motor control system according to the first embodiment.
  • the motor control system is applied to the motor 1.
  • the motor control system includes a resolver 2, an excitation voltage generator 3, a resolver-digital converter 4, an output voltage detection unit 5, an impedance change detection unit 6, a resolver temperature estimation unit 7, an angle error estimation unit. 8. An angle error correction unit 9, a drive command generation unit 10, and a drive control unit 11 are provided.
  • the resolver-digital converter 4 is also referred to as “RD converter 4”.
  • Excitation voltage generator 3 RD converter 4, output voltage detector 5, impedance change detector 6, resolver temperature estimator 7, angle error estimator 8, angle error corrector 9, drive command generator 10 and drive controller 11 May be formed as an integral device.
  • the resolver 2 is attached to the electric motor 1.
  • the resolver 2 has a rotor, a stator, at least one excitation winding and at least one output winding (not shown).
  • an excitation current flows through the excitation winding
  • the amplitude of the output voltage from the output winding varies according to the rotational position of the rotor. That is, the amplitude of the output voltage varies according to the rotation angle of the rotor.
  • the voltage phases of the plurality of windings are shifted from each other.
  • the resolver 2 will be described as a one-phase excitation two-phase output resolver.
  • the motor control system can also be applied to a resolver with two-phase excitation and one-phase output.
  • the excitation voltage generator 3 is an excitation voltage supply source.
  • the excitation voltage generator 3 applies an excitation voltage to both ends of the excitation winding for driving the resolver 2.
  • the excitation voltage generator 3 is preferably an AC voltage source or an AC current source, but may be a constant voltage source as long as it applies an excitation voltage to the excitation winding.
  • the excitation voltage generator 3 may be a constant current source as long as it applies an excitation voltage to the excitation winding.
  • the excitation voltage generator 3 may be another power source as long as it applies an excitation voltage to the excitation winding.
  • the motor control system may include a current sensor or the like as means for detecting the excitation current.
  • the motor control system may include a voltage sensor or the like as means for detecting the excitation voltage.
  • the RD converter 4 functions as a means for detecting the rotation angle of the rotor of the resolver 2.
  • the RD converter 4 outputs a digital signal indicating the rotation angle of the rotor based on the output voltage of the resolver 2.
  • the rotation angle indicated by the digital signal is represented by a value corresponding to the output resolution of the RD converter 4.
  • the RD converter 4 repeatedly outputs digital signals by the same number as the shaft multiple angle N during one rotation of the electric motor. An excitation voltage may be input to the RD converter 4 for signal processing.
  • the RD converter 4 is described separately from the excitation voltage generator 3 in FIG. 1, but may have a function of generating an excitation voltage. That is, the RD converter 4 may have the function of the excitation voltage generator 3. In this case, not the excitation voltage generator 3 but the RD converter 4 may output the excitation voltage.
  • the rotation angle detected by the RD converter 4 may include an angle error.
  • the angle error is also referred to as “resolver angle error”.
  • the resolver angle error includes an error caused by a change in the temperature of the resolver 2.
  • the impedance of the exciting winding fluctuates as an electrical effect.
  • the temperature of the resolver 2 rises, particularly the resistance component of the impedance of the exciting winding increases.
  • the amplitude of the excitation current decreases. Due to the temperature rise of the excitation winding, the phase shift of the excitation current with respect to the excitation voltage becomes relatively smaller than before the temperature rise.
  • the change in the excitation current due to the temperature rise also reduces the amplitude of the output voltage.
  • the phase shift of the output voltage with respect to the excitation voltage also fluctuates due to the change in the excitation current due to the temperature rise.
  • P in equation (1) is permeance.
  • is the permeability in the atmosphere.
  • S is a magnetic path cross-sectional area.
  • is the width of the air gap and corresponds to the magnetic path length. According to the equation (1), the permeance increases as the width of the gap decreases. When a temperature difference is generated between the rotor of the resolver 2 and the stator, the permeance changes even if the temperature of the stator remains the same.
  • the output voltage fluctuates due to fluctuations in the temperature of the resolver 2.
  • a rotation angle including an angle error is detected.
  • the output voltage detection unit 5 detects the output voltage of the resolver 2.
  • the output voltage detection unit 5 may be, for example, an AD converter (not shown) installed at the input unit of the RD converter 4.
  • the AD converter is an abbreviation for “analog-digital converter”.
  • the impedance change detection unit 6 detects a change in impedance of the excitation winding of the resolver 2. For example, the impedance change detection unit 6 may calculate the impedance of the excitation winding from the excitation current detected by the current sensor and the excitation voltage detected by the voltage sensor. For example, the impedance change detection unit 6 calculates a change in the impedance of the excitation winding based on a change in the phase shift amount between the excitation voltage detected by the voltage sensor and the output voltage detected by the output voltage detection unit 5. May be. The impedance change detection unit 6 may calculate the change in impedance of the excitation winding by other methods.
  • the resolver temperature estimation unit 7 estimates the temperature of the resolver 2.
  • the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7 is also the temperature of the resolver mounting location in the electric motor 1.
  • an example of a temperature estimation method by the resolver temperature estimation unit 7 will be described.
  • the resolver temperature estimation unit 7 estimates the temperature of the resolver 2 based on, for example, a change in impedance detected by the impedance change detection unit 6.
  • the resolver temperature estimation unit 7 or a storage unit stores in advance the resistance value and impedance of the excitation winding at the reference temperature.
  • the reference temperature is, for example, 20 ° C. If the change in the impedance of the exciting winding is caused only by the change in the resistance value accompanying the temperature change, the resistance component of the impedance at the temperature rise can be estimated from the excitation current value at the temperature rise. By comparing the estimated resistance component when the temperature rises with the resistance value of the excitation winding at the reference temperature, the temperature of the excitation winding when the temperature rises can be estimated.
  • the resolver temperature estimation unit 7 estimates the temperature of the resolver 2 based on the output voltage detected by the output voltage detection unit 5, for example.
  • the resolver temperature estimation unit 7 or the storage unit stores in advance the amplitude value of the output voltage of the resolver 2 at the reference temperature.
  • the reference temperature is, for example, 20 ° C.
  • the change in the width of the gap corresponds to the amount of expansion of the rotor core and the stator core of the resolver 2 due to thermal expansion. For this reason, the temperature of the excitation winding at the time of temperature rise can be estimated based on the change in the width of the air gap, the linear expansion coefficient of the rotor core, and the linear expansion coefficient of the stator core.
  • the linear expansion coefficients of the rotor core and the stator core may be stored in advance in, for example, the resolver temperature estimation unit 7 or a storage unit (not shown).
  • the amplitude value of the output voltage may be calculated by peak hold using the output voltage detector 5, or may be calculated by frequency analysis, for example.
  • the resolver temperature estimation unit 7 can estimate the temperature of the resolver 2 based on at least one of the change in impedance of the excitation winding and the change in the output voltage amplitude of the resolver 2. When both the change in impedance and the change in output voltage amplitude are used, the resolver temperature estimation unit 7 estimates the temperature of the resolver 2 with higher accuracy.
  • the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7 is also referred to as “estimated temperature” of the resolver 2.
  • the angle error estimation unit 8 estimates a resolver angle error.
  • the angle error estimator 8 estimates the resolver angle error at a certain temperature, and outputs the angle error estimated value before the temperature change even when the resolver 2 changes in temperature.
  • the resolver angle error estimated by the angle error estimation unit 8 is also referred to as “angle error estimated value”.
  • the angle error correction unit 9 corrects the estimated angle error value according to the estimated temperature of the resolver 2.
  • the angle error correction unit 9 corrects the estimated angle error value using the angle error correction value corresponding to the estimated temperature based on the information indicating the relationship between the temperature and the angle error correction value.
  • the angle error correction unit 9 outputs corrected rotation angle information based on the corrected angle error estimated value and the rotation angle detected by the RD converter 4.
  • the information indicating the relationship between the temperature and the angle error correction value is, for example, a table or mathematical expression of the relationship.
  • Information indicating the relationship between the temperature and the angle error correction value may be stored in advance in the angle error correction unit 9 or a storage unit (not shown), for example.
  • the drive command creation unit 10 creates and outputs a drive command for the electric motor 1.
  • the drive command for the electric motor 1 includes a torque command and a speed command.
  • the torque command is also called a current command.
  • the speed command is also called a voltage command.
  • the drive control unit 11 controls the operation of the electric motor 1.
  • the drive control unit 11 may include a current sensor, a speed controller, a current controller, and the like of the electric motor 1.
  • the drive control unit 11 drives the electric motor 1 to follow the drive command output from the drive command generation unit 10 using the corrected rotation angle information.
  • the resolver temperature estimation unit 7 is based on at least one of the change in impedance detected by the impedance change detection unit 6 and the change in amplitude of the output voltage detected by the output voltage detection unit 5. Estimate the temperature. For this reason, according to Embodiment 1, it is possible to estimate the temperature of the resolver without using a sensor for detecting the temperature. As a result, for example, the motor can be accurately controlled with a simpler configuration.
  • the angle error estimation unit 8 estimates the angle error of the rotation angle indicated by the digital signal output from the RD converter 4 based on the output voltage of the resolver 2.
  • the angle error correction unit 9 corrects the angle error estimated by the angle error estimation unit 8 based on the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7.
  • the drive control unit 11 controls the operation of the electric motor 1 based on the information indicating the angle error corrected by the angle error correction unit 9. For this reason, according to Embodiment 1, the error of the detection angle which fluctuates according to the temperature of a resolver can be correct
  • Embodiment 2 FIG. Hereinafter, the configuration of the motor control system will be described focusing on the differences from the first embodiment. Parts that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
  • FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a first example of the motor control system according to the second embodiment.
  • the motor control system shown in FIG. 2 includes an estimated temperature determination unit 12 and a command value limiter 13.
  • the configuration for estimating the temperature of the resolver 2 is the same as that of the first embodiment.
  • the motor control system shown in FIG. 2 may include the excitation voltage generator 3, the RD converter 4, the angle error estimation unit 8, and the angle error correction unit 9 similar to those in the first embodiment.
  • the estimated temperature determination unit 12 determines whether or not the estimated temperature of the resolver 2 has exceeded a “set temperature” that is a preset threshold value.
  • the set temperature is set, for example, below the specified temperature of the parts of the electric motor 1, the permanent magnet of the electric motor 1, the resolver 2, or the like.
  • the set temperature may be stored in advance in, for example, the estimated temperature determination unit 12 or a storage unit (not shown).
  • the estimated temperature determination unit 12 outputs a temperature determination trigger when the estimated temperature exceeds the set temperature.
  • the command value limiter 13 limits the drive command of the electric motor 1 when a temperature determination trigger is output from the estimated temperature determination unit 12.
  • the drive command limited by the command value limiter 13 may be a torque command or a speed command. That is, the command value limiter 13 limits the speed or torque of the electric motor 1 when the estimated temperature determination unit 12 determines that the estimated temperature exceeds the set temperature.
  • the upper limit value of the speed or torque to be limited may be stored in advance in the command value limiter 13 or a storage unit (not shown), for example.
  • FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a second example of the motor control system according to the second embodiment.
  • the electric motor control system shown in FIG. 3 the configuration for estimating the temperature of the resolver 2 is the same as that of the first embodiment.
  • the motor control system shown in FIG. 3 may include the excitation voltage generator 3, the RD converter 4, the angle error estimation unit 8, and the angle error correction unit 9 similar to those in the first embodiment.
  • the motor control system shown in FIG. 3 may include a command value limiter 13.
  • the estimated temperature determination unit 12 shown in FIG. 3 is electrically connected to the motor cooling device 14.
  • the electric motor cooling device 14 is, for example, a cooling fan for the electric motor 1.
  • the estimated temperature determination unit 12 may operate the motor cooling device 14 using a temperature determination trigger. That is, the estimated temperature determination unit 12 may start the operation of the motor cooling device 14 when the estimated temperature exceeds the set temperature.
  • the motor control system includes, for example, an estimated temperature determination unit 12 and a command value limiter 13.
  • the estimated temperature determination unit 12 determines whether or not the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7 exceeds a preset threshold value.
  • the command value limiter 13 limits the speed or torque of the electric motor 1 when the estimated temperature determination unit 12 determines that the temperature exceeds the threshold value. For this reason, according to the second embodiment, it is possible to switch the motor that is a heat source to an operation mode that hardly generates heat without using a sensor that detects temperature. As a result, the amount of heat generated by the motor can be reduced, and the life of the motor bearings and magnets can be extended.
  • the motor control system includes, for example, an estimated temperature determination unit 12.
  • the estimated temperature determination unit 12 determines whether the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7 exceeds a preset threshold value, and starts the operation of the cooling device for the electric motor 1 when the temperature exceeds the threshold value. Let For this reason, according to Embodiment 2, the cooling device for the electric motor can be operated only when the temperature rises without using a sensor for detecting the temperature. As a result, the running cost of the motor cooling device can be suppressed without generating the cost of adding a sensor such as a thermocouple or bimetal.
  • the angle error estimator 8 only needs to be capable of estimating the resolver angle error.
  • the control system that corrects the resolver angle error using the estimated temperature of the resolver 2 is particularly compatible with a method that performs angle error learning in advance.
  • the method includes, for example, a resolver angle so that the evaluation function becomes zero with a specific component amplitude obtained by performing frequency analysis on the resolver speed pulsation or the current pulsation of the motor during learning operation as an evaluation function.
  • a method of correcting the error is desirable.
  • the estimated temperature determination unit 12 determines that the temperature estimated by the resolver temperature estimation unit 7 exceeds a preset threshold, the angle error learning may be performed again. Note that the angle error estimating unit 8 in the first and second embodiments may estimate the resolver angle error by another method.
  • FIG. 4 is a hardware configuration diagram of the motor control system.
  • the processing circuit may be dedicated hardware 50.
  • the processing circuit may include a processor 51 and a memory 52.
  • a part of the processing circuit is formed as dedicated hardware 50, and may further include a processor 51 and a memory 52.
  • FIG. 4 shows an example in which the processing circuit is partly formed as dedicated hardware 50 and includes a processor 51 and a memory 52.
  • the processing circuit may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or the like. The combination is applicable.
  • the processing circuit includes at least one processor 51 and at least one memory 52, the excitation voltage generator 3, the RD converter 4, the output voltage detector 5, the impedance change detector 6, the resolver temperature estimator 7, the angle error estimator 8.
  • Each function of the angle error correction unit 9, the drive command generation unit 10, and the drive control unit 11 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are described as programs and stored in the memory 52.
  • the processor 51 reads out and executes the program stored in the memory 52, thereby realizing the function of each unit.
  • the processor 51 is also referred to as a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP.
  • the memory 52 corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, and an EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, and a DVD.
  • a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, and an EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, and a DVD.
  • the processing circuit can realize each function of the motor control system by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the present invention can be applied to an electric motor to which a resolver is attached.

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Abstract

温度を検出するセンサを用いず、レゾルバの温度を推定する電動機の制御システムを提供する。電動機の制御システムは、レゾルバ2の励磁巻線のインピーダンスの変化を検出するインピーダンス変化検出部6及びレゾルバ2の出力電圧を検出する出力電圧検出部5の少なくとも一方と、インピーダンス変化検出部6により検出されたインピーダンスの変化及び出力電圧検出部5により検出された出力電圧の変化の少なくとも一方に基づいてレゾルバ2の温度を推定するレゾルバ温度推定部7と、を備える。

Description

電動機の制御システム
 本発明は、電動機の制御システムに関する。
 電動機の制御に用いられるレゾルバは、一般的に角度誤差を有するが、温度変動に頑強な位置センサとして知られている。また、レゾルバの角度誤差には温度依存性が有ることが知られている。下記特許文献1には、レゾルバ信号をレゾルバ‐デジタル変換することで得られたデジタル角度信号を予め記憶された補正データを使用して補正する技術が記載されている。この技術では、レゾルバが搭載された機器の温度に応じて異なる補正データが使用される。
日本特開2008-76078号公報
 特許文献1に記載の技術は、温度を検出するセンサが設けられていない機器に対して適用できない。
 本発明は、上記の課題を解決するためになされた。その目的は、温度を検出するセンサを用いず、レゾルバの温度を推定する電動機の制御システムを提供することである。
 本発明に係る電動機の制御システムは、レゾルバの励磁巻線のインピーダンスの変化を検出するインピーダンス変化検出部及びレゾルバの出力電圧を検出する出力電圧検出部の少なくとも一方と、インピーダンス変化検出部により検出されたインピーダンスの変化及び出力電圧検出部により検出された出力電圧の変化の少なくとも一方に基づいてレゾルバの温度を推定するレゾルバ温度推定部と、を備える。
 本発明に係る電動機の制御システムにおいて、レゾルバ温度推定部は、インピーダンス変化検出部により検出されたインピーダンスの変化及び出力電圧検出部により検出された出力電圧の変化の少なくとも一方に基づいてレゾルバの温度を推定する。このため、本発明によれば、温度を検出するセンサを用いず、レゾルバの温度を推定することができる。
本発明の実施の形態1における電動機の制御システムの一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態2における電動機の制御システムの第1の例を示す構成図である。 本発明の実施の形態2における電動機の制御システムの第2の例を示す構成図である。 電動機の制御システムのハードウェア構成図である。
 添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1における電動機の制御システムの一例を示す構成図である。電動機の制御システムは、電動機1に適用される。
 図1に示すように、電動機の制御システムは、レゾルバ2、励磁電圧発生器3、レゾルバ‐デジタルコンバータ4、出力電圧検出部5、インピーダンス変化検出部6、レゾルバ温度推定部7、角度誤差推定部8、角度誤差補正部9、駆動指令作成部10及び駆動制御部11を備える。以下、レゾルバ‐デジタルコンバータ4を「RDコンバータ4」とも呼ぶ。
 励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、出力電圧検出部5、インピーダンス変化検出部6、レゾルバ温度推定部7、角度誤差推定部8、角度誤差補正部9、駆動指令作成部10及び駆動制御部11は、一体の機器として形成されていてもよい。励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、出力電圧検出部5、インピーダンス変化検出部6、レゾルバ温度推定部7、角度誤差推定部8、角度誤差補正部9、駆動指令作成部10及び駆動制御部11は、個別の機器として形成されていてもよい。
 レゾルバ2は、電動機1に取り付けられている。レゾルバ2は、図示しないロータ、ステータ、少なくとも1つの励磁巻線及び少なくとも1つの出力巻線を有している。励磁巻線に励磁電流が流れると、ロータの回転位置に応じて、出力巻線からの出力電圧の振幅が変動する。つまり、出力電圧は、ロータの回転角度に応じて振幅が変動する。励磁巻線及び出力巻線のいずれかが複数ある場合、当該複数ある巻線の電圧位相は、互いにずれている。
 以下、一例として、レゾルバ2を1相励磁2相出力のレゾルバとして説明する。なお、電動機の制御システムは、2相励磁1相出力のレゾルバについても適用可能である。
 励磁電圧発生器3は、励磁電圧の供給源である。励磁電圧発生器3は、レゾルバ2を駆動するための励磁巻線の両端に励磁電圧を加える。励磁電圧発生器3は、交流電圧源あるいは交流電流源が望ましいが、励磁巻線に励磁電圧を加えるものであれば、一定電圧の電圧源でもよい。励磁電圧発生器3は、励磁巻線に励磁電圧を加えるものであれば、一定電流の電流源でもよい。励磁電圧発生器3は、励磁巻線に励磁電圧を加えるものであれば、その他の電源でもよい。
 電動機の制御システムは、励磁電流を検出する手段として電流センサ等を備えてもよい。電動機の制御システムは、励磁電圧を検出する手段として電圧センサ等を備えてもよい。
 RDコンバータ4は、レゾルバ2のロータの回転角度を検出する手段として働く。RDコンバータ4は、レゾルバ2の出力電圧に基づいて、ロータの回転角度を示すデジタル信号を出力する。当該デジタル信号が示す回転角度は、RDコンバータ4の出力分解能に応じた値で表される。RDコンバータ4は、電動機1回転の間に、軸倍角Nと同じ数だけ繰り返しデジタル信号を出力する。信号処理のために、励磁電圧をRDコンバータ4へ入力する場合もある。
 RDコンバータ4は、図1で励磁電圧発生器3とは別個に記載されているが、励磁電圧を発生させる機能を有していてもよい。つまり、RDコンバータ4は、励磁電圧発生器3の機能を有していてもよい。この場合、励磁電圧発生器3でなくRDコンバータ4が励磁電圧を出力してもよい。
 RDコンバータ4により検出される回転角度には、角度誤差が含まれ得る。以下、当該角度誤差を「レゾルバ角度誤差」とも呼ぶ。レゾルバ角度誤差には、レゾルバ2の温度の変動に起因するものが含まれる。
 レゾルバ2の温度が変動した場合、電気的な影響として、励磁巻線のインピーダンスが変動する。レゾルバ2の温度が上昇すると、励磁巻線のインピーダンスのうち、特に抵抗成分が増加する。励磁巻線の温度上昇により、励磁電流の振幅は小さくなる。励磁巻線の温度上昇により、励磁電圧に対する励磁電流の位相ずれは、温度上昇前に比べて相対的に小さくなる。温度上昇による励磁電流の変化によって、出力電圧の振幅も小さくなる。温度上昇による励磁電流の変化によって、励磁電圧に対する出力電圧の位相ずれも変動する。
 レゾルバ2の温度が上昇した場合、機械的な影響として、熱膨張によってロータとステータとの間の空隙が縮小する。ロータ‐ステータ間の空隙の幅が変化すると、ロータ‐ステータ間のパーミアンスが変化する。ロータ‐ステータ間のパーミアンスが変化すると、出力電圧が変化する。このため、レゾルバ2の温度が上昇した場合に、組立時の応力の影響等によって空隙の幅が不均一に縮小すると、パーミアンスの変動に伴って出力電圧が変動する。なお、空隙の幅とパーミアンスとの関係は下記(1)式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 (1)式におけるPは、パーミアンスである。μは、大気中の透磁率である。Sは、磁路断面積である。Δは、空隙の幅であり、磁路長さに相当する。(1)式によれば、空隙の幅が縮小すると、パーミアンスは増加する。レゾルバ2のロータとステータとの間に温度差が生じている時には、ステータの温度が同一のままであっても、パーミアンスは変化してしまう。
 このように、レゾルバ2の温度の変動によって、出力電圧が変動する。変動する出力電圧をRDコンバータ4で処理すると、角度誤差を含んだ回転角度が検出される。
 出力電圧検出部5は、レゾルバ2の出力電圧を検出する。出力電圧検出部5は、例えば、RDコンバータ4の入力部に設置される図示しないADコンバータであってもよい。ADコンバータは、「アナログ‐デジタルコンバータ」の略称である。
 インピーダンス変化検出部6は、レゾルバ2の励磁巻線のインピーダンスの変化を検出する。インピーダンス変化検出部6は、例えば、電流センサによって検出された励磁電流及び電圧センサによって検出された励磁電圧から励磁巻線のインピーダンスを算出してもよい。インピーダンス変化検出部6は、例えば、電圧センサによって検出された励磁電圧と出力電圧検出部5によって検出された出力電圧との位相ずれ量の変化に基づいて、励磁巻線のインピーダンスの変化を算出してもよい。インピーダンス変化検出部6は、その他の方法で励磁巻線のインピーダンスの変化を算出してもよい。
 レゾルバ温度推定部7は、レゾルバ2の温度を推定する。レゾルバ温度推定部7により推定される温度は、電動機1におけるレゾルバ取付箇所の温度でもある。以下、レゾルバ温度推定部7による温度推定方法の例について説明する。
 レゾルバ温度推定部7は、例えば、インピーダンス変化検出部6により検出されたインピーダンスの変化に基づいて、レゾルバ2の温度を推定する。この場合、レゾルバ温度推定部7又は図示しない記憶部等は、基準温度における励磁巻線の抵抗値及びインピーダンスを予め記憶している。基準温度とは、例えば、20℃である。励磁巻線のインピーダンスの変化が、温度変化に伴う抵抗値の変化のみによって生じているとすれば、温度上昇時の励磁電流値から温度上昇時のインピーダンスの抵抗成分を概算できる。概算された温度上昇時の抵抗成分を基準温度における励磁巻線の抵抗値と比較することで、温度上昇時の励磁巻線の温度を推定できる。
 あるいは、レゾルバ温度推定部7は、例えば、出力電圧検出部5により検出された出力電圧に基づいて、レゾルバ2の温度を推定する。この場合、レゾルバ温度推定部7又は図示しない記憶部等は、基準温度におけるレゾルバ2の出力電圧の振幅値を予め記憶している。基準温度とは、例えば、20℃である。温度上昇時の出力電圧の振幅値を基準温度における出力電圧の振幅値と比較することで、ロータ‐ステータ間のパーミアンスの変化を算出できる。(1)式で表される関係によれば、パーミアンスの変化から、ロータ‐ステータ間の空隙の幅の変化を算出できる。空隙の幅の変化は、レゾルバ2のロータコア及びステータコアが熱膨張により伸びた量に相当する。このため、空隙の幅の変化、ロータコアの線膨張係数及びステータコアの線膨張係数に基づいて、温度上昇時の励磁巻線の温度を推定できる。ロータコア及びステータコアの線膨張係数は、例えば、レゾルバ温度推定部7又は図示しない記憶部等に予め記憶されていればよい。なお、出力電圧の振幅値は、例えば、出力電圧検出部5を用いてピークホールドによって算出してもよいし、周波数解析によって算出してもよい。
 このように、レゾルバ温度推定部7は、励磁巻線のインピーダンスの変化及びレゾルバ2の出力電圧振幅の変化の少なくとも一方に基づいて、レゾルバ2の温度を推定することが可能である。インピーダンスの変化及び出力電圧振幅の変化の両方を用いた場合、レゾルバ温度推定部7は、より高い精度でレゾルバ2の温度を推定する。以下、レゾルバ温度推定部7により推定された温度をレゾルバ2の「推定温度」とも呼ぶ。
 角度誤差推定部8は、レゾルバ角度誤差を推定する。角度誤差推定部8は、ある温度におけるレゾルバ角度誤差を推定するものであって、レゾルバ2が温度変動した場合においても温度変動前の角度誤差推定値を出力する。以下、角度誤差推定部8により推定されたレゾルバ角度誤差を「角度誤差推定値」とも呼ぶ。
 角度誤差補正部9は、レゾルバ2の推定温度に応じて角度誤差推定値を補正する。角度誤差補正部9は、温度と角度誤差補正値との関係を示す情報に基づいて、推定温度に対応する角度誤差補正値を用いて角度誤差推定値を補正する。角度誤差補正部9は、補正された角度誤差推定値及びRDコンバータ4により検出された回転角度に基づいて、補正された回転角度情報を出力する。
 温度と角度誤差補正値との関係を示す情報は、例えば、当該関係がテーブル化又は数式化されたものである。温度と角度誤差補正値との関係を示す情報は、例えば、角度誤差補正部9又は図示しない記憶部等に予め記憶されていればよい。
 駆動指令作成部10は、電動機1の駆動指令を作成及び出力する。電動機1の駆動指令には、トルク指令及び速度指令が含まれる。トルク指令は、電流指令とも呼ぶ。速度指令は、電圧指令とも呼ぶ。
 駆動制御部11は、電動機1の動作を制御する。駆動制御部11は、電動機1の電流センサ、速度制御器及び電流制御器等を含んでいてもよい。駆動制御部11は、補正された回転角度情報を用いて駆動指令作成部10の出力する駆動指令に追従するように電動機1を駆動させる。
 実施の形態1において、レゾルバ温度推定部7は、インピーダンス変化検出部6により検出されたインピーダンスの変化及び出力電圧検出部5により検出された出力電圧の振幅の変化の少なくとも一方に基づいて、レゾルバ2の温度を推定する。このため、実施の形態1によれば、温度を検出するセンサを用いず、レゾルバの温度を推定することができる。その結果、例えば、より簡単な構成で、精度よく電動機を制御することができる。
 実施の形態1において、角度誤差推定部8は、レゾルバ2の出力電圧に基づいてRDコンバータ4から出力されるデジタル信号が示す回転角度の角度誤差を推定する。角度誤差補正部9は、レゾルバ温度推定部7により推定された温度に基づいて、角度誤差推定部8により推定された角度誤差を補正する。駆動制御部11は、角度誤差補正部9により補正された角度誤差を示す情報に基づいて、電動機1の動作を制御する。このため、実施の形態1によれば、温度を検出するセンサを用いることなく、レゾルバの温度に応じて変動する検出角度の誤差を補正できる。その結果、レゾルバの検出角度の誤差が温度によって変動する場合に、高精度で角度誤差が補正された角度情報を用いて電動機を制御することができる。また、インピーダンスの変化及び出力電圧振幅の変化の両方を用いた場合には、より高精度でレゾルバ角度誤差を補正することができる。
実施の形態2.
 以下、実施の形態1との相違点を中心に、電動機の制御システムの構成を説明する。実施の形態1と同一又は相当する部分には同一の符号を付して、一部の説明を省略する。
 図2は、実施の形態2における電動機の制御システムの第1の例を示す構成図である。
 図2に示す電動機の制御システムは、推定温度判定部12及び指令値リミッター13を備えている。図2に示す電動機の制御システムにおいて、レゾルバ2の温度を推定するための構成は、実施の形態1と同様である。図2に示す電動機の制御システムは、実施の形態1と同様の励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、角度誤差推定部8及び角度誤差補正部9を備えていてもよい。
 推定温度判定部12は、レゾルバ2の推定温度が予め設定された閾値である「設定温度」を超えたか否かを判定する。設定温度は、例えば、電動機1の部品、電動機1が有する永久磁石又はレゾルバ2等の仕様温度以下に設定される。設定温度は、例えば、推定温度判定部12又は図示しない記憶部等に予め記憶されていればよい。推定温度判定部12は、推定温度が設定温度を超えた場合に、温度判定トリガーを出力する。
 指令値リミッター13は、推定温度判定部12から温度判定トリガーが出力された場合に、電動機1の駆動指令を制限する。指令値リミッター13によって制限される駆動指令は、トルク指令でもよいし、速度指令でもよい。つまり、指令値リミッター13は、推定温度判定部12により推定温度が設定温度を超えたと判定された場合に、電動機1の速度又はトルクを制限する。制限される速度又はトルクの上限値は、例えば、指令値リミッター13又は図示しない記憶部等に予め記憶されていればよい。
 図3は、実施の形態2における電動機の制御システムの第2の例を示す構成図である。
 図3に示す電動機の制御システムは、推定温度判定部12を備えている。図3に示す電動機の制御システムにおいて、レゾルバ2の温度を推定するための構成は、実施の形態1と同様である。図3に示す電動機の制御システムは、実施の形態1と同様の励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、角度誤差推定部8及び角度誤差補正部9を備えていてもよい。図3に示す電動機の制御システムは、指令値リミッター13を備えていてもよい。
 図3に示す推定温度判定部12は、電動機冷却装置14と電気的に接続されている。電動機冷却装置14は、例えば、電動機1の冷却用ファン等である。推定温度判定部12は、温度判定トリガーを用いて電動機冷却装置14を動作させてもよい。つまり、推定温度判定部12は、推定温度が設定温度を超えた場合に電動機冷却装置14の動作を開始させてもよい。
 実施の形態2において、電動機の制御システムは、例えば、推定温度判定部12及び指令値リミッター13を備える。推定温度判定部12は、レゾルバ温度推定部7により推定された温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する。指令値リミッター13は、推定温度判定部12により温度が閾値を超えたと判定された場合に、電動機1の速度又はトルクを制限する。このため、実施の形態2によれば、温度を検出するセンサを用いることなく、熱源である電動機を発熱しにくい運転モードへと切り替えることができる。その結果、電動機の発熱量を減少させ、電動機の軸受及び磁石等の寿命を延ばすことができる。
 実施の形態2において、電動機の制御システムは、例えば、推定温度判定部12を備える。推定温度判定部12は、レゾルバ温度推定部7により推定された温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、当該温度が閾値を超えた場合に電動機1の冷却装置の動作を開始させる。このため、実施の形態2によれば、温度を検出するセンサを用いることなく、温度が上昇した時にのみ電動機の冷却装置を動作させることができる。その結果、熱電対又はバイメタル等のようなセンサを追加するコストを発生させることなく、電動機冷却装置のランニングコストを抑えることができる。
 実施の形態1及び2において、角度誤差推定部8は、レゾルバ角度誤差を推定できるものであればよい。ただし、レゾルバ2の推定温度を用いてレゾルバ角度誤差を補正する制御システムは、特に、事前に角度誤差学習を行う手法と親和性が高い。当該手法としては、例えば、学習運転時のレゾルバ速度脈動又は電動機の電流脈動についての周波数解析を行うことで得られた特定の成分振幅を評価関数として、当該評価関数がゼロとなるようにレゾルバ角度誤差を補正する方法が望ましい。また、レゾルバ温度推定部7により推定された温度が予め設定された閾値を超えたと推定温度判定部12により判定された場合に、角度誤差学習を再度実施してもよい。なお、実施の形態1及び2における角度誤差推定部8は、他の方法でレゾルバ角度誤差を推定するものであってもよい。
 図4は、電動機の制御システムのハードウェア構成図である。
 励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、出力電圧検出部5、インピーダンス変化検出部6、レゾルバ温度推定部7、角度誤差推定部8、角度誤差補正部9、駆動指令作成部10及び駆動制御部11の各機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用ハードウェア50であってもよい。処理回路は、プロセッサ51及びメモリ52を備えていてもよい。処理回路は、一部が専用ハードウェア50として形成され、更にプロセッサ51及びメモリ52を備えていてもよい。図4は、処理回路が、その一部が専用ハードウェア50として形成され、プロセッサ51及びメモリ52を備えている場合の例を示している。
 処理回路の少なくとも一部が、少なくとも1つの専用ハードウェア50である場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、又はこれらを組み合わせたものが該当する。
 処理回路が少なくとも1つのプロセッサ51及び少なくとも1つのメモリ52を備える場合、励磁電圧発生器3、RDコンバータ4、出力電圧検出部5、インピーダンス変化検出部6、レゾルバ温度推定部7、角度誤差推定部8、角度誤差補正部9、駆動指令作成部10及び駆動制御部11の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ52に格納される。プロセッサ51は、メモリ52に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。プロセッサ51は、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSPとも呼ぶ。メモリ52は、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリー、EPROM、EEPROM等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD等が該当する。
 このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、電動機の制御システムの各機能を実現することができる。
 以上のように、本発明は、レゾルバが取り付けられた電動機に適用できる。
1 電動機
2 レゾルバ
3 励磁電圧発生器
4 RDコンバータ
5 出力電圧検出部
6 インピーダンス変化検出部
7 レゾルバ温度推定部
8 角度誤差推定部
9 角度誤差補正部
10 駆動指令作成部
11 駆動制御部
12 推定温度判定部
13 指令値リミッター
14 電動機冷却装置
50 専用ハードウェア
51 プロセッサ
52 メモリ

Claims (5)

  1.  レゾルバの励磁巻線のインピーダンスの変化を検出するインピーダンス変化検出部及び前記レゾルバの出力電圧を検出する出力電圧検出部の少なくとも一方と、
     前記インピーダンス変化検出部により検出されたインピーダンスの変化及び前記出力電圧検出部により検出された出力電圧の変化の少なくとも一方に基づいて前記レゾルバの温度を推定するレゾルバ温度推定部と、
    を備えた電動機の制御システム。
  2.  前記レゾルバの出力電圧に基づいてレゾルバ‐デジタルコンバータから出力されるデジタル信号が示す回転角度の角度誤差を推定する角度誤差推定部と、
     前記レゾルバ温度推定部により推定された温度に基づいて、前記角度誤差推定部により推定された角度誤差を補正する角度誤差補正部と、
    を備えた請求項1に記載の電動機の制御システム。
  3.  前記角度誤差推定部は、電動機の電流脈動を周波数解析することによって角度誤差を推定する請求項2に記載の電動機の制御システム。
  4.  前記レゾルバ温度推定部により推定された温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する推定温度判定部と、
     前記推定温度判定部により温度が前記閾値を超えたと判定された場合に電動機の速度又はトルクを制限する指令値リミッターと、
    を備えた請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機の制御システム。
  5.  前記レゾルバ温度推定部により推定された温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、当該温度が前記閾値を超えた場合に電動機の冷却装置の動作を開始させる推定温度判定部を備えた請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機の制御システム。
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