特開 2024-115037 ＰＭモータの温度推定装置および温度推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115037

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】ＰＭモータの温度推定装置および温度推定方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/16 20160101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

H02P21/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020477

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100210240

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 友幸

(72)【発明者】

【氏名】安部 義隆

(72)【発明者】

【氏名】滝口 昌司

(72)【発明者】

【氏名】野村 昌克

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505DD08

5H505EE41

5H505GG02

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ04

5H505LL22

5H505LL41

5H505LL45

5H505LL46

(57)【要約】

【課題】速度制御系および電流制御系を備えたインバータ２により駆動されるＰＭモータ１の磁石温度推定精度を向上させる。
【解決手段】パラメータ事前同定装置３０において、ＰＭモータ１の無負荷運転時に計測したＰＭモータ１の誘起電圧Ｖｅｍｆと、回転数を検出して求めた電気角速度ωｅの計測データを用いて磁束Φ（＝Ｖｅｍｆ／ωｅ）を算出し、磁石温度計測値Ｔｐｍと前記磁束Φの関係を表す最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ（ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）と、磁束の温度変化を定義したΦ＝Φｎ（１＋β（Ｔｐｍ－Ｔ０））（Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｔ０は基準温度）とが対応するように前記Φｎおよびβをモータパラメータとして同定し、そのモータパラメータを用いて、設定した磁石温度推定演算式によって磁石温度を推定する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

速度制御系および電流制御系を備えたインバータにより駆動されるＰＭモータにおいて、
前記ＰＭモータの無負荷運転時に計測したＰＭモータの誘起電圧Ｖｅｍｆと、前記ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅの計測データを用いて磁束Φ（＝Ｖｅｍｆ／ωｅ）を算出し、
前記ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍと前記算出された磁束Φの関係を表す最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ（ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）と、磁束の温度変化を定義したΦ＝Φｎ（１＋β（Ｔｐｍ－Ｔ０））（Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｔ０は基準温度）とが対応するように前記Φｎおよびβをモータパラメータとして同定するパラメータ同定部と、
前記パラメータ同定部で同定されたΦｎ、βと、Ｔ０、ωｅ、前記電気角速度ωｅおよび前記ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が、電気角速度指令および電流指令と等しくなるように速度制御、電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ＰＭモータの検出電流をｄｑ軸に座標変換したｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに基づいて、設定した磁石温度推定演算式によって磁石温度を推定し、前記推定された磁石温度推定値が前記磁石温度計測値と近いときに、前記同定されたモータパラメータおよび磁石温度推定演算式の妥当性を認定する磁石温度推定部と、を備えたことを特徴とするＰＭモータの温度推定装置。

【請求項2】

前記パラメータ同定部は、
ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄを各々０として前記ＰＭモータの定速運転試験を行ったときの前記磁石温度推定部で推定された磁石温度推定値が、磁石温度計測値と近いときの運転速度を、妥当な温度推定がなされた速度領域であると決定し、
前記決定された速度領域でｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄ＜０、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄ＝０、又はＩｄｃｍｄ＞０、Ｉｑｃｍｄ＝０とした定速運転試験を行い、Ｉｄｃｍｄを段階的に変化させたときの各ＩｄｃｍｄにおけるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍの定常データを取得し、前記取得した定常データを基に、（７）式～（１０）式に示す、磁石温度の計測値と推定値の二乗誤差が最小となるようなパラメータｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸電圧誤差ΔＶｑの組み合わせを求める評価式によって最適化問題を解いて、Ｌｄ、ΔＶｑを同定することを特徴とする請求項１に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数7】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【数8】

【数9】

【数10】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｌｄｎはｄ軸インダクタンス、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）

【請求項3】

前記パラメータ同定部は、
ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄを各々０として前記ＰＭモータの定速運転試験を行ったときの前記磁石温度推定部で推定された磁石温度推定値が、磁石温度計測値と近いときの運転速度を、妥当な温度推定がなされた速度領域であると決定し、
前記決定された速度領域でｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄ＝０、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄ＞０、又はＩｄｃｍｄ＝０、Ｉｑｃｍｄ＜０とした定速運転試験を行い、Ｉｑｃｍｄを段階的に変化させたときの各ＩｑｃｍｄにおけるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍの定常データを取得し、前記取得した定常データを基に、（１１）式～（１４）式に示す、磁石温度の計測値と推定値の二乗誤差が最小となるようなパラメータ抵抗Ｒａｎ、ｑ軸電圧誤差ΔＶｑの組み合わせを求める評価式によって最適化問題を解いて、Ｒａｎ、ΔＶｑを同定することを特徴とする請求項２に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数11】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【数12】

【数13】

【数14】

（Ｔ^は磁石温度推定値、ＲａｎはＰＭモータの巻線抵抗、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）

【請求項4】

前記パラメータ同定部は、
ｑ軸電圧誤差ΔＶｑを、（１５）式、（１６）式に示す範囲に同定することを特徴とする請求項３に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数15】

【数16】

（ΔＶｄはｄ軸電圧指令値とｄ軸電圧検出値の差、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差、θｅは極対数を考慮した位相、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはｕ，ｖ，ｗ相電流、ΔＶは計測した電圧誤差、ａは定数倍、ΔＶｑｎはｑ軸電圧誤差ΔＶｑの公称値）

【請求項5】

前記磁石温度推定部は、
前記電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電気角速度ωｅに基づいて、（５）式の磁石温度推定演算式を演算して磁石温度推定値を求めることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数5】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｌｄｎはｄ軸インダクタンス、ＲａｎはＰＭモータの巻線抵抗、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）

【請求項6】

速度制御系および電流制御系を備えたインバータにより駆動されるＰＭモータの温度推定方法であって、
パラメータ同定部が、前記ＰＭモータの無負荷運転時に計測したＰＭモータの誘起電圧Ｖｅｍｆと、前記ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅの計測データを用いて磁束Φ（＝Ｖｅｍｆ／ωｅ）を算出し、
前記ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍと前記算出された磁束Φの関係を表す最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ（ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）と、磁束の温度変化を定義したΦ＝Φｎ（１＋β（Ｔｐｍ－Ｔ０））（Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｔ０は基準温度）とが対応するように前記Φｎおよびβをモータパラメータとして同定するパラメータ同定ステップと、
磁石温度推定部が、前記パラメータ同定ステップで同定されたΦｎ、βと、Ｔ０、ωｅ、前記電気角速度ωｅおよび前記ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が、電気角速度指令および電流指令と等しくなるように速度制御、電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ＰＭモータの検出電流をｄｑ軸に座標変換したｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに基づいて、設定した磁石温度推定演算式によって磁石温度を推定し、前記推定された磁石温度推定値が前記磁石温度計測値と近いときに、前記同定されたモータパラメータおよび磁石温度推定演算式の妥当性を認定する磁石温度推定ステップと、を備えたことを特徴とするＰＭモータの温度推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータを駆動するインバータにおいて、駆動中のＰＭモータの回転子磁石温度をインバータの計測データから推定する装置、方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＰＭモータの回転子磁石温度を推定する技術として例えば非特許文献１には、ＰＭモータのｄｑ軸電圧方程式を基にインバータの計測電流、電圧指令から磁石による鎖交磁束を推定し、推定した磁束の変化から磁石温度を推定する方式が記載されている。

【0003】

また特許文献１には、ＰＭモータの誘起電圧から磁石温度を推定する方式が記載され、モータ駆動中の誘起電圧を計測するためにサーチコイルを埋めこみ、モータの印加電圧を計測する電圧センサも追加している。

【0004】

また特許文献２には、電圧外乱オブザーバを用いた磁石温度推定方式が記載され、特許文献３には外乱オブザーバとトルク計を用いた磁石温度推定方式が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】石原、他：「ＩＰＭＳＭの磁束シミュレータを用いた磁石温度推定」、令和４年電気学会全国大会、Ｎｏ．５－０７９

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－１１８６５２号公報

【特許文献2】特開２０２２－１７８４００号公報

【特許文献3】特許第７０６３４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１の方式では、固定値のモータパラメータを使用しているため、モータパラメータの誤差の影響により磁石温度推定の誤差が生じ、磁石温度推定の精度が良くない。

【0008】

特許文献１の方式ではサーチコイルや電圧センサの追加が必要である。

【0009】

特許文献３の方式ではトルクセンサが必要である。

【0010】

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、磁石温度推定精度を向上させたＰＭモータの温度推定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するための請求項１に記載のＰＭモータの温度推定装置は、
速度制御系および電流制御系を備えたインバータにより駆動されるＰＭモータにおいて、
前記ＰＭモータの無負荷運転時に計測したＰＭモータの誘起電圧Ｖｅｍｆと、前記ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅの計測データを用いて磁束Φ（＝Ｖｅｍｆ／ωｅ）を算出し、
前記ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍと前記算出された磁束Φの関係を表す最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ（ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）と、磁束の温度変化を定義したΦ＝Φｎ（１＋β（Ｔｐｍ－Ｔ０））（Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｔ０は基準温度）とが対応するように前記Φｎおよびβをモータパラメータとして同定するパラメータ同定部と、
前記パラメータ同定部で同定されたΦｎ、βと、Ｔ０、ωｅ、前記電気角速度ωｅおよび前記ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が、電気角速度指令および電流指令と等しくなるように速度制御、電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ＰＭモータの検出電流をｄｑ軸に座標変換したｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに基づいて、設定した磁石温度推定演算式によって磁石温度を推定し、前記推定された磁石温度推定値が前記磁石温度計測値と近いときに、前記同定されたモータパラメータおよび磁石温度推定演算式の妥当性を認定する磁石温度推定部と、を備えたことを特徴とする。

【0012】

請求項２に記載のＰＭモータの温度推定装置は、請求項１において、
前記パラメータ同定部は、
ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄを各々０として前記ＰＭモータの定速運転試験を行ったときの前記磁石温度推定部で推定された磁石温度推定値が、磁石温度計測値と近いときの運転速度を、妥当な温度推定がなされた速度領域であると決定し、
前記決定された速度領域でｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄ＜０、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄ＝０、又はＩｄｃｍｄ＞０、Ｉｑｃｍｄ＝０とした定速運転試験を行い、Ｉｄｃｍｄを段階的に変化させたときの各ＩｄｃｍｄにおけるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍの定常データを取得し、前記取得した定常データを基に、（７）式～（１０）式に示す、磁石温度の計測値と推定値の二乗誤差が最小となるようなパラメータｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸電圧誤差ΔＶｑの組み合わせを求める評価式によって最適化問題を解いて、Ｌｄ、ΔＶｑを同定することを特徴としている。

【0013】

【数7】

【0014】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0015】

【数8】

【0016】

【数9】

【0017】

【数10】

【0018】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｌｄｎはｄ軸インダクタンス、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）
請求項３に記載のＰＭモータの温度推定装置は、請求項２において、
前記パラメータ同定部は、
ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄを各々０として前記ＰＭモータの定速運転試験を行ったときの前記磁石温度推定部で推定された磁石温度推定値が、磁石温度計測値と近いときの運転速度を、妥当な温度推定がなされた速度領域であると決定し、
前記決定された速度領域でｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄ＝０、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄ＞０、又はＩｄｃｍｄ＝０、Ｉｑｃｍｄ＜０とした定速運転試験を行い、Ｉｑｃｍｄを段階的に変化させたときの各ＩｑｃｍｄにおけるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍの定常データを取得し、前記取得した定常データを基に、（１１）式～（１４）式に示す、磁石温度の計測値と推定値の二乗誤差が最小となるようなパラメータ抵抗Ｒａｎ、ｑ軸電圧誤差ΔＶｑの組み合わせを求める評価式によって最適化問題を解いて、Ｒａｎ、ΔＶｑを同定することを特徴としている。

【0019】

【数11】

【0020】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0021】

【数12】

【0022】

【数13】

【0023】

【数14】

【0024】

（Ｔ^は磁石温度推定値、ＲａｎはＰＭモータの巻線抵抗、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）
請求項４に記載のＰＭモータの温度推定装置は、請求項３において、
前記パラメータ同定部は、
ｑ軸電圧誤差ΔＶｑを、（１５）式、（１６）式に示す範囲に同定することを特徴としている。

【0025】

【数15】

【0026】

【数16】

【0027】

（ΔＶｄはｄ軸電圧指令値とｄ軸電圧検出値の差、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差、θｅは極対数を考慮した位相、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはｕ，ｖ，ｗ相電流、ΔＶは計測した電圧誤差、ａは定数倍、ΔＶｑｎはｑ軸電圧誤差ΔＶｑの公称値）
請求項５に記載のＰＭモータの温度推定装置は、請求項１から４のいずれか１項において、
前記磁石温度推定部は、
前記電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電気角速度ωｅに基づいて、（５）式の磁石温度推定演算式を演算して磁石温度推定値を求めることを特徴としている。

【0028】

【数5】

【0029】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｌｄｎはｄ軸インダクタンス、ＲａｎはＰＭモータの巻線抵抗、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差）
請求項６に記載のＰＭモータの温度推定方法は、
速度制御系および電流制御系を備えたインバータにより駆動されるＰＭモータの温度推定方法であって、
パラメータ同定部が、前記ＰＭモータの無負荷運転時に計測したＰＭモータの誘起電圧Ｖｅｍｆと、前記ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅの計測データを用いて磁束Φ（＝Ｖｅｍｆ／ωｅ）を算出し、
前記ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍと前記算出された磁束Φの関係を表す最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ（ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）と、磁束の温度変化を定義したΦ＝Φｎ（１＋β（Ｔｐｍ－Ｔ０））（Φｎは基準磁束、βは温度係数、Ｔ０は基準温度）とが対応するように前記Φｎおよびβをモータパラメータとして同定するパラメータ同定ステップと、
磁石温度推定部が、前記パラメータ同定ステップで同定されたΦｎ、βと、Ｔ０、ωｅ、前記電気角速度ωｅおよび前記ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が、電気角速度指令および電流指令と等しくなるように速度制御、電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ＰＭモータの検出電流をｄｑ軸に座標変換したｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに基づいて、設定した磁石温度推定演算式によって磁石温度を推定し、前記推定された磁石温度推定値が前記磁石温度計測値と近いときに、前記同定されたモータパラメータおよび磁石温度推定演算式の妥当性を認定する磁石温度推定ステップと、を備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0030】

（１）請求項１～６に記載の発明によれば、同定したパラメータの妥当性を確認して精度の良いモータパラメータを用いることができ、磁石温度推定の精度が向上する。また、サーチコイル、トルクセンサ等を必要としないため、小型化・低コスト化に有利である。
（２）請求項２～５に記載の発明によれば、モータパラメータを最適化することができ、磁石温度推定の精度が向上する。
（３）請求項４に記載の発明によれば、同定したｑ軸電圧誤差の同定範囲を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の実施例１における事前同定フェーズのシステム構成図。

【図2】本発明の実施例１，２，３における推定フェーズのシステム構成図。

【図3】磁束と磁石温度の関係を示す特性図。

【図4】図２中の磁石温度推定器のブロック図。

【図5】本発明の実施例２，３で用いる階段関数の説明図。

【図6】本発明の実施例２による磁石温度推定結果を表し、（ａ）は最適化用のデータの説明図、（ｂ）は検証用データの説明図。

【図7】本発明の実施例３のＩｄ＝０、Ｉｑ＞０による磁石温度推定結果を表し、（ａ）は最適化用のデータの説明図、（ｂ）は検証用データの説明図。

【図8】本発明の実施例３のＩｄ＝０、Ｉｑ＜０による磁石温度推定結果を表し、（ａ）は最適化用のデータの説明図、（ｂ）は検証用データの説明図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

【0033】

本実施形態例におけるＰＭモータ磁石温度推定は、モータパラメータを事前に同定する（１）事前同定フェーズと、同定したパラメータを基に磁石温度を推定する（２）推定フェーズとで構成される。事前同定フェーズでは段階的（実施例１→実施例２→実施例３の流れ）にモータパラメータを同定する。

【実施例0034】

本実施例１におけるパラメータ事前同定装置（事前同定フェーズのシステム；本発明のパラメータ同定部）の構成を図１に、実施例１、２、３における磁石温度推定装置（推定フェーズのシステム；本発明の磁石温度推定部）の構成を図２に示す。

【0035】

実施例１では、ＰＭモータの基準磁束Φｎと温度係数βの事前同定を行う。基準磁束Φｎとは、基準温度Ｔｐｍにおける磁束である。磁束と温度の関係を表す図（後述する図３）を作成するため、図１の装置によって無負荷運転での誘起電圧と磁石温度とを計測する。

【0036】

図１において、１はインバータ２により駆動されるＰＭモータ、３はＰＭモータ１に接続された負荷、４はＰＭモータの回転を検出して位相θを出力する回転位置センサである。

【0037】

５は回転位置センサ４が検出する位相θにモータの極対数Ｐを乗じて、極対数を考慮した位相θｅに変換する極対数演算器である。

【0038】

６は、極対数を考慮した位相θｅを微分して電気角速度ωｅを算出する微分演算器である。

【0039】

７はＰＭモータ１の磁石温度を計測する磁石温度センサ（例えば熱電対）である。

【0040】

８は、ＰＭモータ１の３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（インバータ２の出力電流）を検出する電流センサである。

【0041】

９は、ＰＭモータ１の３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、極対数を考慮した位相θｅに同期したｄｑ座標系のｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑに変換する３相－ｄｑ変換器である。

【0042】

１０は、前記電気角速度ωｅおよびｄ軸電流ｉｄ，ｑ軸電流ｉｑが、電気角速度指令ωｅ^＊および図示省略のｄｑ軸電流指令と等しくなるように速度制御、電流制御を行って、ｄｑ軸の電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を算出する速度・電流制御器である。

【0043】

１１は、速度・電流制御器１０から出力されるｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を、極対数演算器５から出力される極対数を考慮した位相θｅを用いて３相の電圧指令ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に座標変換してインバータ２に与えるｄｑ－３相変換器である。インバータ２は前記電圧指令に応じた電圧をＰＭモータ１に印加する。

【0044】

尚、本実施例１では、ＰＭモータ１の誘起電圧Ｖｅｍｆを検出する図示省略の電圧検出器が設けられている。

【0045】

前記極対数演算器５、微分演算器６、３相－ｄｑ変換器９、速度・電流制御器１０、ｄｑ－３相変換器１１によってコントローラ２０を構成している。

【0046】

３０は、微分演算器６で算出された電気角速度ωｅ、３相－ｄｑ変換器９で変換されたｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、速度・電流制御器１０で算出されたｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊、図示省略の電圧検出器によって無負荷運転時に計測したＰＭモータ１の誘起電圧Ｖｅｍｆ、磁石温度センサ７で計測された磁石温度計測値Ｔｐｍに基づいて、モータパラメータである基準磁束Φｎおよび温度係数βを同定するパラメータ事前同定装置（パラメータ同定部）である。

【0047】

次に、前記パラメータ事前同定装置３０により事前同定されたモータパラメータを基に磁石温度を推定する磁石温度推定装置の構成を示す図２において、４０は、微分演算器６で算出された電気角速度ωｅ、３相－ｄｑ変換器９で変換されたｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、速度・電流制御器１０で算出されたｄｑ軸電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊、に基づいて、後述の（５）式および図４に示す演算を行って磁石温度推定値Ｔ^を求める磁石温度推定器（磁石温度推定部）であり、その他の部分は図１と同様に構成されている。

【0048】

次に上記のように構成された装置の動作を説明する。

【0049】

＜（１）磁束と温度の関係のプロット＞
図１のパラメータ事前同定装置３０において、まずＰＭモータ１の誘起電圧Ｖｅｍｆから磁束Φへは（１）式により計算される。

【0050】

【数1】

【0051】

すなわちパラメータ事前同定装置３０は、ＰＭモータ１の無負荷運転時に計測した誘起電圧Ｖｅｍｆと、電気角速度ωｅの計測データを用いて（１）式の磁束Φを得る。

【0052】

前記（１）式により得られた磁束Φと磁石温度センサ７により計測された磁石温度計測値Ｔｐｍの関係は図３の破線に示す直線（最小二乗法の直線Φ＝ａＴｐｍ＋ｂ；ａは直線の傾き、ｂは直線のｙ切片）となる。

【0053】

＜（２）Φｎとβの同定＞
本実施形態例において、磁束の温度変化は次の（２）式のようにモデリング（定義）している。

【0054】

【数2】

【0055】

ただしＴ０は基準温度（Φｎ温度条件）を意味する。この（２）式と図３の最小二乗法の直線とが対応するように基準磁束Φｎと温度係数βを定める。図３の最小二乗法の直線をΦ＝ａＴｐｍ＋ｂとすると、係数比較よりΦｎとβとの関係は次の（３）式のように求まる。

【0056】

【数3】

【0057】

式変形すると、次の（４）式を得る。

【0058】

【数4】

【0059】

（４）式の下段の式はΦｎに関する２次方程式であり、これを解くことでΦｎが求まる。それを（４）式の上段の式に代入し、βが求まる。

【0060】

＜（３）磁石温度推定：Φｎ、βとモデルの妥当性の確認＞
磁石温度の推定式（図２の磁石温度推定器４０で演算される磁石温度推定演算式）を次の（５）式に示す。

【0061】

【数5】

【0062】

ただしＴ^は磁石温度推定値、Ｒａｎは実施例３で同定されるＰＭモータ１の巻線抵抗、Ｌｄｎは実施例２で同定されるｄ軸インダクタンス、ΔＶｑはｑ軸電圧誤差（ｑ軸電圧指令とｑ軸電圧検出値の差）である。

【0063】

この（５）式をブロック図で表現すると図４のようになる。

【0064】

ここで、Ｉｄ＝Ｉｑ＝０で、速度が十分高く電圧誤差を無視できるとき、磁石温度推定器４０で演算する（５）式の温度推定式は次の（６）式のように簡易化した式となる。

【0065】

【数6】

【0066】

ただし、ｖｑ^＊はｑ軸電圧参照値である。（５）式では電圧誤差を考慮していない。厳密には（５）式の第二項の分子に電圧誤差が加算される。速度が十分に大きい場合は、前記（５）式の第二項の分子の電圧誤差は相対的に小さくなり無視できる。

【0067】

さらに磁石温度推定器４０では次の試験を行ってΦｎ、βおよびモデル（（５）式）の妥当性を確認する。

【0068】

試験としては、一定速でＰＭモータ１を回しながら、ｄｑ軸それぞれの電流指令値Ｉｄｃｍｄ＝０，Ｉｑｃｍｄ＝０とする。

【0069】

この際の計測データを（５）式に代入し、得られた磁石温度推定値Ｔ^が磁石温度計測値Ｔｐｍと近ければ、パラメータおよび推定式が妥当であるといえる。

【0070】

実施例２以降は、実施例１で妥当な温度推定がなされた運転条件（速度領域）のデータを用いる。

【0071】

以上のように実施例１によれば、事前同定を行うことで得た精度の良いモータパラメータを用いるため、磁石温度推定の精度が向上する。

【0072】

また、サーチコイル、トルクセンサなどを必要としないため、小型化・低コスト化に有利である。

【実施例0073】

本実施例２では、実施例１の基準磁束Φｎ、温度係数βの同定に加えて、さらにｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸電圧誤差ΔＶｑの事前同定を行う。事前同定の構成は図１と同様であるが誘起電圧Ｖｅｍｆは不要である。

【0074】

まずｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄ＜０、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄ＝０、又はＩｄｃｍｄ＞０、Ｉｑｃｍｄ＝０とした定速運転試験を行う。

【0075】

運転速度は、実施例１で妥当な温度推定がなされた速度領域とする。そして、Ｉｄｃｍｄを変化させ、各定常値のデータ、ｄ軸電圧参照値ｖｄ^＊、ｑ軸電圧参照値ｖｑ^＊、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電気角速度ωｅ、磁石温度Ｔｐｍを取得する。この際、例えば、図５に示す階段関数を用いる。すなわち指令値を上げ一定時間保つ、を繰り返す。速度条件が複数必要になる場合は、その速度条件ごとにｄ軸電流指令値Ｉｄｃｍｄを変化させ定常値のデータを取得する。

【0076】

前記定常値のデータ（ｖｄ^＊、ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍの定常値）を用いて、次の（７）式～（１０）式の評価式により最適化問題を解く。

【0077】

【数7】

【0078】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0079】

【数8】

【0080】

【数9】

【0081】

【数10】

【0082】

Ｔ^は磁石温度推定値、Ｌｄｎはｄ軸インダクタンス、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差。

【0083】

ただし、（７）式は「磁石温度の実測値と推定値の二乗誤差が最小となるようなパラメータＬｄ、ΔＶｑの組み合わせを求める」ことを表す評価関数の式である。（８）式～（１０）式は拘束条件であり、それぞれ、温度推定式、Ｌｄの範囲、ΔＶｑの範囲を表している。

【0084】

速度条件が複数必要な場合は、上記のような「Ｉｄｃｍｄを変化させた際の定常値のデータ取得→最適化」の流れを各速度条件で行う。

【0085】

磁石温度の推定は、前記同定されたΦｎ、β、Ｌｄ、ΔＶｑを用いて、実施例１と同様に（５）式の磁石温度推定演算式によって行われる。

【0086】

本実施例２によれば、実施例１に加えて、さらにｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸電圧誤差ΔＶｑの事前同定を行っているので、実施例１に比べて磁石温度推定精度が向上する。