专利名称：发动机的转矩波动抑制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对连结有由SR (SwitchedReluctance)马达构成的电动发 电机的发动机的转矩波动(torqueripple)进行抑制的转矩波动抑制装置。
背景技术：
在建设机械或汽车的车辆等中，为了向外围设备供给电力，通常搭载 由发动机驱动的发电机。还有，随着近年来的混合动力化的潮流，正在进 行搭载有由SR马达构成的电动发电机的车辆的开发。然而，即使以一定的发动机转速驱动电动发电机，实际上发动机转速 也有细微变动。这是由于包含发动机的驱动转矩的发动机输出轴的转矩变 动(以下，转矩波动)而引起的，其周期取决于发动机的燃料喷射汽缸数 目。例如，若为6汽缸发动机，则在发动机输出轴的一周旋转中有三次燃 烧冲程，因此， 一周旋转时发生三次大的转矩变动。若无视该转矩波动，则成为相对发动机或车体的振动及导致其引起噪 音的原因，因此，通常通过增大惯性轮(flywheel)的惯性等来避免转矩 波动。对此，还提出了通过积极控制与发动机直接连结的电动发电机的转矩 来抑制转矩波动的方法(例如，参照专利文献l)。 专利文献1:特开平7—208228号公报然而，在专利文献1中，只能在发动机的空转(idle)运转中抑制转 矩波动，另外，不能控制在电动发电机中产生或吸收的转矩的大小，因此， 不足以在各种条件下抑制转矩波动。发明内容本发明的主要目的在于提供有效抑制连结有由SR马达构成的电动发电机的发动机的转矩波动的转矩波动抑制装置。
本发明的转矩波动抑制装置，其特征在于，具备SR马达，其与所 述发动机连结；旋转位置检测机构，其检测所述SR马达的旋转位置；脉 冲间隔算出机构，其算出由所述旋转位置检测机构输出的脉冲的输出间 隔；脉冲间隔平均值算出机构，其算出所述脉冲间隔算出机构的算出值的 平均；脉冲输出状态判定机构，其判定所述脉冲间隔算出机构的算出值是 否比所述脉冲间隔平均值算出机构的算出值大；电流控制机构，其基于所 述脉冲输出状态判定机构的判定结果，控制所述SR马达的动力运行(力 行)电流或再生(回生)电流。
根据这样的本发明可知，始终检测转矩波动，根据其变动量积极控制 SR马达的电流量，因此，能够在各种条件下有效抑制转矩波动。另外， 能够由此将发动机的惯性轮轻量化，因此，提高改变发动机的旋转速度时 的响应性，其结果，能够削减燃料消耗量。而且，使用SR马达作为电动 发电机，因此，确保以往程度的输出，同时，能够形成为与以往相比更紧 凑的结构。
优选在本发明的转矩波动抑制装置中，在所述SR马达的动力运行运 转时，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算 出机构的算出值大时，所述电流控制机构增加所述SR马达的动力运行电 流，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算出 机构的算出值小时，所述电流控制机构减少所述SR马达的动力运行电流。
根据这样的本发明可知，能够控制SR马达为动力运行模式的情况下 的SR马达中流过的电流，因此，尤其能够积极控制发动机的负荷大的情 况下的转矩波动。
优选在本发明的转矩波动抑制装置中，在所述SR马达的再生运转时， 当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算出机 构的算出值大时，所述电流控制机构减少所述SR马达的再生电流，当判 定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算出机构的 算出值小时，所述电流控制机构增加所述SR马达的再生电流。
根据这样的本发明的可知，能够控制SR马达为再生模式的情况下的 SR马达中流过的电流，因此，能够在作为电动发电机的频率比较高的模式的SR马达的再生时积极控制转矩波动。
优选在本发明的转矩波动抑制装置中，具备脉冲间隔偏差存储机构， 其按各脉冲存储所述脉冲间隔算出机构的算出值与所述脉冲间隔平均值 算出机构的算出值之差，按所述SR马达的至少每一周旋转更新存储在所 述脉冲间隔偏差存储机构中的所述偏差。
根据这样的本发明可知，按SR马达的至少每一周旋转更新各脉冲输
出间隔和平均值的偏差的存储值，因此，能够将转矩波动的周期和转子的 旋转位置的关系始终保持为恒定。
图1是表示具备本发明的一实施方式中的转矩波动抑制装置的电动旋 转挖土机的俯视图。
图2是表示构成所述实施方式中的转矩波动抑制装置的SR马达的外
围结构的示意图。
图3是表示所述实施方式中的控制器的控制结构的方框图。
图4是表示所述实施方式中的旋转位置检测机构的脉冲输出的图。
图5是表示所述实施方式中的SR马达为动力运行模式的情况下的转
矩状态的图。
图6是表示所述实施方式中的SR马达为再生模式的情况下的转矩状 态的图。
图7是表示所述实施方式中的SR马达为无负荷的情况下的转矩状态 的图。
图8是表示所述实施方式中的转矩波动抑制装置的动力运行模式时的 控制流程的流程图。
图9是表示所述实施方式中的转矩波动抑制装置的再生模式时的控制 流程的流程图。
图10是表示所述实施方式中的转矩波动抑制装置的无负荷时的控制 流程的流程图。
图中ll一发动机；20 — SR马达；24 —旋转位置检测机构；41一脉 冲间隔算出机构；42 —脉冲间隔平均值算出机构；43 —脉冲间隔偏差存储机构；44一脉冲输出状态判定机构；48—电流控制机构；50 —转矩波动抑 制装置。
具体实施方式
[整体结构]
以下，基于
本发明的实施方式。
图1是表示具备本实施方式中的转矩波动抑制装置50的电动旋转挖 土机1的俯视图，图2是表示构成本实施方式的转矩波动抑制装置50的 SR马达20的外围结构的示意图。
在图1中，电动旋转挖土机1具备在构成下部行进体2的履带架上 经由转盘(swing circle) 3设置的旋转体4，并由与转盘3啮合的电动马 达5对该旋转体4旋转驱动。
在旋转体4上分别设置有利用未图示的液压缸运行的悬臂6、臂7、 及铲斗8，由此构成作业机9。向各液压缸供给的液压油利用搭载在旋转 体4上的液压泵10 (参照图2)供给。从而，电动旋转挖土机1是具备液 压驱动的作业机9和电驱动的旋转体4的混合动力式建设机械。
在图2中，在旋转体4上搭载有发动机11， SR马达20及液压泵10 经由惯性轮12在同轴上与发动机11连结。
SR马达20是不仅具有向电动马达5供给电力的发电机的功能，而且 还具有辅助发动机11的电动机的功能的电动发电机，由图3所示的控制 器40控制。本发明的转矩波动抑制装置50具备该SR马达20及控制器 40。
还有，未图示，但作为电力供给源的电容器等蓄电装置也与SR马达 20连接。
SR马达20具备中央的能够旋转的转子21、及围绕转子21配置的 环状定子22。转子21在发动机11的输出轴上组装在惯性轮12上，并与 发动机11直接连结。定子22上巻绕有多个线圈23 (参照图3中示意的仅 一个)，形成有对应这些线圈23的多个极。线圈23中流过相位不同的所 谓3相电流，对定子22进行励磁，由此，转子21旋转。
在本实施方式中，转子21的极数是16，定子22的极数是24，转矩说明书第5/10页
控制分解度是每一周旋转分割48个，可以按7.5度设定不同的转矩。
还有，SR马达20通常在无励磁状态下，即使使转子21与发动机11 一同旋转也不发电，驱动电路为无通电状态下，也不对高压线路施加电压， 因此，具有无损坏驱动电路之忧的优点。
在定子22的定子极上，相对于各相分别设置一个用于控制超前角的 由霍尔传感器等构成的旋转位置检测机构24 (参照图3)，共计设置有3 个。因为使用该旋转位置检测机构24控制转矩波动，因此，不需要另行 设置用于抑制转矩波动的专用传感器。在本实施方式中，旋转位置检测机 构24使用霍尔传感器，通过与在转子21的凸极设置的未图示的磁铁的组 合检测转子21的位置。作为旋转位置检测机构24，除此之外，还可以适 用利用光敏断路器及狭缝的组合的方法等。
控制器40是控制SR马达20的驱动的装置，基于来自未图示的发电 控制部的转矩指令及来自旋转位置检测机构24的脉冲输出，切换SR马达 20的超前角控制、动力运行模式及再生模式间的控制模式，而且控制动力 运行电流量或再生电流量。通过这些控制，控制器40控制SR马达20的 驱动转矩或再生转矩。另外，控制器40在SR马达20为动力运行模式及 再生模式的任一种的情况下，也都能够按各极控制转矩。
从而，控制器40以消除转矩波动的方向控制SR马达20的动力运行 电流或再生电流的相位及量，由此能够控制转矩波动。因此，SR马达20 的转矩控制分解度精细地设定为主要能够对应于由发动机11的燃料喷射 汽缸数决定的转矩波动的产生周期的程度。若没有进行这样的设定，则不 能充分地抑制转矩波动，另外，反而有促进转矩波动的可能性。
本实施方式中的SR马达20如上所述，可以以每7.5度设定不同的转 矩，只要是该分解度，就可以应对发动机ll的燃料喷射汽缸数为4汽缸、 6汽缸、8汽缸、12汽缸的任一种情况。另外，在这样精细的转矩控制分 解度的情况下，不仅能够控制发动机11引起的转矩波动，还可以控制包 括液压泵10引起的转矩波动。其次，基于图8至图10，对基于控制器40的转矩波动抑制的控制流 程进行说明。首先，基于图8，对SR马达20以动力运行模式发挥功能的情况下的 控制流程进行说明。由于液压泵10的负荷大，因此，适合用SR马达20 辅助发动机ll的驱动的情况。脉冲间隔算出机构41算出来自旋转位置检测机构24的脉冲信号的输 出间隔(歩骤lh在附图上及以下的说明中将步骤简单省略为"S")。脉冲间隔平均值算出机构42使用由脉冲间隔算出机构41算出的各脉 冲的输出间隔，算出每1相的转子旋转一周量的16个脉冲输出间隔的平 均值(S12)。脉冲间隔偏差存储机构43对于由脉冲间隔算出机构41算出的各脉冲 间隔与由脉冲间隔平均值算出机构42算出的脉冲输出间隔的平均值的偏 差，存储转子旋转一周量的数据(S13)。脉冲输出状态判定机构44判定由脉冲间隔偏差存储机构43存储的所 述偏差的符号(S14)。在这里的符号为正的情况下，目标电流设定机构46基于所述偏差， 增加线圈23中流过的动力运行电流的目标值(S15)。由此，电流控制机 构48根据所述偏差增加线圈23中流过的动力运行电流(S16)。另一方面， 在符号为负的情况下，目标电流设定机构46基于所述偏差，减少线圈23 中流过的动力运行电流的目标值(S17)。由此，电流控制机构48根据所 述偏差减少线圈23中流过的动力运行电流(S18)。其次，基于图9，对SR马达20为再生模式的情况下的控制流程进行 说明。在SR马达20以再生模式发挥功能的情况下的控制流程中，除了对脉 冲输出状态判定机构44的判定结果的电流控制机构48的处理不同这一点 之外，与动力运行模式的情况下的流程完全相同。g卩，S21 S24与SR马 达20为动力运行模式的情况下的控制流程S11 S14相同，在此省略对其 的说明。在由脉冲输出状态判定机构44判定的结果显示所述偏差的符号为正 的情况下，目标电流设定机构46基于所述偏差减少线圈23中流过的再生 电流的目标值(S25)。由此，电流控制机构48根据所述偏差减少线圈23 中流过的再生电流(S26)。另一方面，符号为负的情况下，目标电流设定 机构46基于所述偏差，增加线圈23中流过的再生电流的目标值(S27)。 由此，电流控制机构48根据所述偏差增加线圈23中流过的再生电流 (S28)。其次，基于图10，对SR马达20为无负荷的情况下的控制流程进行 说明。在SR马达20不发电，且不辅助发动机ll的驱动的情况，即发动 机11仅驱动液压泵10的情况相当于这种情况，在发动机转矩比平均转矩 大的情况下，将SR马达20切换为再生模式，吸收转矩，使旋转下降，在 发动机转矩比平均转矩小的情况下，使SR马达20以动力运行模式发挥功 能，由此加上转矩，提高旋转。在SR马达20为无负荷的情况下的控制流程也与SR马达20为动力运 行模式或再生模式的情况下的流程相同。但是，在这种情况下，除了对脉 冲输出状态判定机构44的判定结果的电流控制机构48的处理不同这一点 之外，控制模式切换机构45基于脉冲输出状态判定机构44的判定结果将 SR马达20的控制模式切换为再生模式或动力运行模式的这一点也不同。 即，S31 S34与使SR马达20以再生模式或动力运行模式发挥功能的情 况下的控制流程S11 S14或S21 S24相同，在此省略对其的说明。在由脉冲输出状态判定机构44判定的结果显示所述偏差的符号为正 的情况下，控制模式切换机构45将SR马达20的控制模式切换为动力运 行模式(S341)。然后，目标电流设定机构46增加线圈23中流过的动力 运行电流的目标值(S35)，由此电流控制机构48增加线圈23中流过的动 力运行电流(S36)。另一方面，在符号为负的情况下，控制模式切换机构45将SR马达20的控制模式切换为再生模式(S342)。然后，目标电流设 定机构46增加线圈23中流过的再生电流的目标值(S37)，由此电流控制 机构48增加线圈23中流过的再生电流(S38)。还有，本发明不限于所述实施方式，包括能够实现本发明的目的的其 他结构等，以下所示的变形等也包括在本发明中。例如，在所述实施方式中，通过电流控制来控制SR马达20，但也可 以是转矩控制。在这种情况下，例如，需要将目标电流设定机构46设为 目标转矩设定机构等，使控制器40的一部分机构适合转矩控制。另外，在所述实施方式中，脉冲间隔平均值算出机构42算出脉冲输 出间隔的转子每旋转一周的平均值，但不限于此，例如，也可以算出旋转 两周的平均值。用于实施本发明的最佳结构、方法等在上述记载中公幵，但本发明不 限于此。即，本发明主要对于特定的实施方式进行了特别的图示、及说明， 但本领域普通技术人员在不脱离本发明的技术思想及目的范围的情况下，可以对上述的实施方式中的具体结构进行各种变形。 工业上的可利用性本发明具备与发动机连结的电动发电机，可以适用于作为该电动发电 机使用SR马达的所有的建设机械。
权利要求
1.一种转矩波动抑制装置，其是发动机的转矩波动抑制装置，其特征在于，具备SR马达，其与所述发动机连结；旋转位置检测机构，其检测所述SR马达的旋转位置；脉冲间隔算出机构，其算出由所述旋转位置检测机构输出的脉冲的输出间隔；脉冲间隔平均值算出机构，其算出所述脉冲间隔算出机构的算出值的平均；脉冲输出状态判定机构，其判定所述脉冲间隔算出机构的算出值是否比所述脉冲间隔平均值算出机构的算出值大；电流控制机构，其基于所述脉冲输出状态判定机构的判定结果，控制所述SR马达的动力运行电流或再生电流。
2. 根据权利要求l所述的转矩波动抑制装置，其特征在于， 在所述SR马达的动力运行运转时，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算 出机构的算出值大时，所述电流控制机构增加所述SR马达的动力运行电 流，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算 出机构的算出值小时，所述电流控制机构减少所述SR马达的动力运行电 流。
3. 根据权利要求l所述的转矩波动抑制装置，其特征在于， 在所述SR马达的再生运转时，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算 出机构的算出值大时，所述电流控制机构减少所述SR马达的再生电流，当判定为所述脉冲间隔算出机构的算出值比所述脉冲间隔平均值算 出机构的算出值小时，所述电流控制机构增加所述SR马达的再生电流。
4. 根据权利要求2或3所述的转矩波动抑制装置，其特征在于，具备脉冲间隔偏差存储机构，其按各脉冲存储所述脉冲间隔算出机 构的算出值与所述脉冲间隔平均值算出机构的算出值之差，按所述SR马达的至少每一周旋转更新存储在所述脉冲间隔偏差存储 机构中的所述偏差。
全文摘要
本发明提供一种转矩波动抑制装置(50)，其具备SR马达(20)，其与发动机连结；旋转位置检测机构(24)，其检测SR马达(20)的旋转位置；脉冲间隔算出机构(41)，其算出由旋转位置检测机构(24)输出的脉冲的输出间隔；脉冲间隔平均值算出机构(42)，其算出脉冲间隔算出机构(41)的算出值的平均；脉冲输出状态判定机构(44)，其判定脉冲间隔算出机构(41)的算出值是否比脉冲间隔平均值算出机构(42)的算出值大；电流控制机构(48)，其基于脉冲输出状态判定机构(44)的判定结果，控制SR马达(20)的动力运行电流或再生电流。
文档编号H02P25/08GK101238277SQ200680029028
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月20日 优先权日2005年8月12日
发明者中尾清春 申请人:株式会社小松制作所