(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動装置であって、
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。
【請求項２】
前記推定器は、
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。
【請求項３】
前記電圧検出部は、
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。
【請求項４】
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、
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。
【請求項５】
前記電流検出部は、
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。
【請求項６】
永久磁石モータと、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１１６９８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】武田 洋次他、「埋込磁石同期モータの設計と制御」、オーム社、２００１年１０月、ｐｐ．１１３−１１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、ｄ軸電圧ｖｄの波形を、図２（ｂ）は、ｄｑ座標系とγδ座標系を示す図である。
【図３】電圧位相角の補正を説明する図である。
【図４】推定器の構成例を示すブロック図である。
【図５】モータ駆動装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、図１のモータ駆動装置の動作波形図である。
【図７】変形例に係るモータ駆動装置のブロック図である。
【図８】実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。
【図９】実施の形態に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【符号の説明】
【００６４】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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