特開 2024-167494 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】P2024167494

(43)【公開日】2024-12-04

(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 21/14 20160101AFI20241127BHJP

【ＦＩ】

H02P21/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023083594

(22)【出願日】2023-05-22

(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

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505EE41

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL41

5H505LL45

5H505LL46

(57)【要約】

【課題】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】電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、電気角速度ωｅ、ｄ、ｑ軸電流指令ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｄ、ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑ、ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍに基づいて、モータパラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａを導出するパラメータ事前同定装置３０と、前記Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ωｅ、ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、Ｔｐｍと、前記モータパラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａに基づいて、ｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出する電圧誤差テーブル算出器と、電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｄ、ｑ軸電流ｉｄ、ｉｑ、電気角速度ωｅと、前記算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて磁石温度推定値を求める磁石温度推定部と、を備えた。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、ｑ軸電圧の、指令値と検出値の差であるｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出するｑ軸電圧誤差算出部と、
ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が電流指令と等しくなるように電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅと、前記ｑ軸電圧誤差算出部で算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて磁石温度推定値を求め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】

前記電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、電気角速度ωｅ、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍに基づいて、磁石温度の、推定値と計測値の誤差を最小化するモータパラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａを導出するパラメータ同定部を備え、
前記ｑ軸電圧誤差算出部は、前記Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ωｅ、ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、Ｔｐｍと、前記パラメータ同定部により導出されたモータパラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａに基づいて、（１）式、（２）式、（３）式を演算してｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出する電圧誤差テーブル算出器を備え、

【数1】

【数2】

【数3】

（Ｔ^_{Ｗ．０．ΔＶｑ}は電圧誤差を考慮しない場合の磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度、Ｔｐｍは磁石温度計測値）
前記磁石温度推定部は、試験データであるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ,ｉｑ、ωｅと、前記パラメータ同定部により導出されたモータパラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａと、前記電圧誤差テーブル算出器により算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて（４）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に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数4】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度）

【請求項3】

前記ｑ軸電圧誤差算出部は、前記Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ωｅ、ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、Ｔｐｍと、ＰＭモータの設計パラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａに基づいて、（１）式、（２）式、（３）式を演算してｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出する電圧誤差テーブル算出器を備え、

【数1】

【数2】

【数3】

（Ｔ^_{Ｗ．０．ΔＶｑ}は電圧誤差を考慮しない場合の磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度、Ｔｐｍは磁石温度計測値）
前記磁石温度推定部は、試験データであるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ,ｉｑ、ωｅと、前記電圧誤差テーブル算出器により算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて（４）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に記載のＰＭモータの温度推定装置。

【数4】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度）

【請求項4】

前記ｑ軸電圧誤差算出部は、電圧誤差テーブルの値をΔＶｑ__{ｖａｌｕｅ}、ｆを曲面の関数、ａを曲面の式のパラメータベクトルとしたときに、ΔＶｑ__{ｖａｌｕｅ}－ｆ（Ｉｄ，Ｉｑ，ａ）が最小となる曲面の式のパラメータベクトルを導出する（１７）式によって最適化問題を解き、

【数17】

（ａ^＊は最適化されたパラメータベクトル、ａｒｇｍｉｎは最小点の達する値の集合）
（１７）式により導出されたパラメータベクトルを用いて曲面フィッティングの式を定型化し、実運転時のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを（１７）式に入力することでｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出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。

【請求項5】

前記パラメータ同定部は、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し、
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、（９）式～（１２）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、ｄ軸インダクタンスＬｄを同定し、

【数9】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【数10】

【数11】

【数12】

（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）
前記決定された、妥当な温度推定がなされた速度領域で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、（１３）式～（１６）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13】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【数14】

【数15】

【数16】

（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6】

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、
ｑ軸電圧誤差算出部が、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、ｑ軸電圧の、指令値と検出値の差であるｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出するｑ軸電圧誤差算出ステップと、
磁石温度推定部が、試験データである、ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が電流指令と等しくなるように電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅと、前記ｑ軸電圧誤差算出部で算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて磁石温度推定値を求め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、
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、ｑ軸電圧の、指令値と検出値の差であるｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出するｑ軸電圧誤差算出部と、
ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が電流指令と等しくなるように電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅと、前記ｑ軸電圧誤差算出部で算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて磁石温度推定値を求め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、
前記電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、電気角速度ωｅ、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの磁石温度を計測した磁石温度計測値Ｔｐｍに基づいて、磁石温度の、推定値と計測値の誤差を最小化するモータパラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａを導出するパラメータ同定部を備え、
前記ｑ軸電圧誤差算出部は、前記Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ωｅ、ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、Ｔｐｍと、前記パラメータ同定部により導出されたモータパラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａに基づいて、（１）式、（２）式、（３）式を演算してｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出する電圧誤差テーブル算出器を備え、

【0013】

【数1】

【0014】

【数2】

【0015】

【数3】

【0016】

（Ｔ^_{Ｗ．０．ΔＶｑ}は電圧誤差を考慮しない場合の磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度、Ｔｐｍは磁石温度計測値）
前記磁石温度推定部は、試験データであるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ,ｉｑ、ωｅと、前記パラメータ同定部により導出されたモータパラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａと、前記電圧誤差テーブル算出器により算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて（４）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。

【0017】

【数4】

【0018】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度）
請求項３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ｑ軸電圧誤差算出部は、前記Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、ωｅ、ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、Ｔｐｍと、ＰＭモータの設計パラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａに基づいて、（１）式、（２）式、（３）式を演算してｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出する電圧誤差テーブル算出器を備え、

【0019】

【数1】

【0020】

【数2】

【0021】

【数3】

【0022】

（Ｔ^_{Ｗ．０．ΔＶｑ}は電圧誤差を考慮しない場合の磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度、Ｔｐｍは磁石温度計測値）
前記磁石温度推定部は、試験データであるＶｄ^＊，Ｖｑ^＊、ｉｄ,ｉｑ、ωｅと、前記電圧誤差テーブル算出器により算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて（４）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。

【0023】

【数4】

【0024】

（Ｔ^は磁石温度推定値、Ｔ_０は基準温度）
請求項４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ｑ軸電圧誤差算出部は、電圧誤差テーブルの値をΔＶｑ__{ｖａｌｕｅ}、ｆを曲面の関数、ａを曲面の式のパラメータベクトルとしたときに、ΔＶｑ__{ｖａｌｕｅ}－ｆ（Ｉｄ，Ｉｑ，ａ）が最小となる曲面の式のパラメータベクトルを導出する（１７）式によって最適化問題を解き、

【0025】

【数17】

【0026】

（ａ^＊は最適化されたパラメータベクトル、ａｒｇｍｉｎは最小点の達する値の集合）
（１７）式により導出されたパラメータベクトルを用いて曲面フィッティングの式を定型化し、実運転時のｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを（１７）式に入力することでｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出することを特徴とする。

【0027】

請求項５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、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し、
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、（９）式～（１２）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、ｄ軸インダクタンスＬｄを同定し、

【0028】

【数9】

【0029】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0030】

【数10】

【0031】

【数11】

【0032】

【数12】

【0033】

（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）
前記決定された、妥当な温度推定がなされた速度領域で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、（１３）式～（１６）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を同定することを特徴とする。

【0034】

【数13】

【0035】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0036】

【数14】

【0037】

【数15】

【0038】

【数16】

【0039】

（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６に記載のＰＭモータの温度推定方法は、
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、
ｑ軸電圧誤差算出部が、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、ｑ軸電圧の、指令値と検出値の差であるｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出するｑ軸電圧誤差算出ステップと、
磁石温度推定部が、試験データである、ＰＭモータに流れる電流を検出したモータ検出電流が電流指令と等しくなるように電流制御を行って得られた電圧指令Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊、前記ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、ＰＭモータの回転数を検出して求めた電気角速度ωｅと、前記ｑ軸電圧誤差算出部で算出されたｑ軸電圧誤差値ΔＶｑに基づいて磁石温度推定値を求める磁石温度推定ステップと、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0040】

（１）請求項１～６に記載の発明によれば、ｄ軸電流ｉｄ≠０かつｑ軸電流ｉｑ≠０となる電流条件も含めて一定精度での磁石温度推定を達成することができる。
（２）請求項２、５に記載の発明によれば、パラメータ同定部により導出されたモータパラメータを用いるため、精度の良い磁石温度推定が行える。
（３）請求項３に記載の発明によれば、モータパラメータ（最適パラメータ）の導出の手間が不要であり、構成が簡単化される。
（４）請求項４に記載の発明によれば、曲面フィッティングの式を用いることで、電圧誤差テーブルをメモリに保持する必要がないため、メモリの容量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明の実施形態例の事前同定時の実機構成図。

【図2】本発明の実施形態例の磁石温度推定時の実機構成図。

【図3】本発明の実施例１における事前同定フェーズのブロック図。

【図4】本発明の実施例１における推定フェーズのブロック図。

【図5】本発明の実施例１における電圧誤差ΔＶｑテーブル算出のブロック図。

【図6】磁束と磁石温度の関係を示す特性図。

【図7】本発明の実施例１で用いる階段関数の説明図。

【図8】本発明の実施例２における事前同定フェーズのブロック図。

【図9】本発明の実施例２における推定フェーズのブロック図。

【図10】本発明の実施例３における電圧誤差テーブルの曲面フィッティングの説明図。

【図11】本発明の効果を説明する実機検証結果を示し、（ａ）は温度推定値のグラフ、（ｂ）は温度計測値のグラフ、（ｃ）は温度推定誤差のグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0042】

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。

【0043】

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。

【実施例0044】

本実施例１における事前同定フェーズの実機構成を図１に、推定フェーズの実機構成を図２に示す。

【0045】

事前同定時の実機構成を示す図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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

１０は、前記ｄ軸電流ｉｄ，ｑ軸電流ｉｑが、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊と等しくなるように電流制御を行って、ｄｑ軸の電圧指令Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊を算出する電流制御器である。

【0052】

尚、前記電流制御のみならず、電気角速度ωｅが電気角速度指令ωｅ^＊と等しくなるように速度制御を行う構成を追加してもよい。

【0053】

１１は電流制御器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。

【0054】

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。

【0055】

前記極対数演算器５、微分演算器６、３相－ｄｑ変換器９、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。

【0056】

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、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、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａ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。

【0057】

尚実施例１では、パラメータ事前同定装置３０内に、後述（図３）の事前同定装置３１および電圧誤差テーブル算出器３２ａ（ｑ軸電圧誤差算出部）を備えている。

【0058】

磁石温度推定時の実機構成を示す図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。

【0059】

尚実施例１では、磁石温度推定器４０内に、後述（図４）の磁石温度推定器４１を備えている。

【0060】

次に、事前同定フェーズのブロックを図３とともに説明する。事前同定フェーズは（１）最適パラメータの導出と、（２）電圧誤差テーブルの導出で構成されている。

【0061】

（１）最適パラメータの導出は、事前同定装置３１において、時系列データ又は平均値のデータである、電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊、電気角速度応答値ωｅ、電流指令値ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、電流応答値ｉｄ、ｉｑと、正解データである磁石温度応答値Ｔｐｍを入力とし、磁石温度の推定値と応答値の誤差を最小化する同定パラメータである、基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａを出力することでなされる。

【0062】

尚、事前同定装置３１が行う最適パラメータの導出方法は、後述の図６、図７で詳細に説明する。

【0063】

（２）電圧誤差テーブルの導出は、電圧誤差テーブル算出器３２ａにおいて、ｑ軸電圧の、指令値と検出値の差であるｑ軸電圧誤差ΔＶｑを算出しテーブル化する。

【0064】

この電圧誤差テーブル算出器３２ａが前記ΔＶｑを算出する算出式は、図５のブロックで示される。

【0065】

図３，図５において、計測した磁石温度Ｔｐｍおよび電圧誤差を考慮しない場合の磁石温度推定値Ｔ^_{Ｗ．０．ΔＶｑ}は、（１）式および（２）式として表される。

【0066】

【数1】

【0067】

【数2】

【0068】

ただしＴ_０は基準温度（磁束＝Φｎとなる温度条件）である。

【0069】

そして（１）式および（２）式の差をとり、定数倍（Φｎβωｅ倍）することで、ｑ軸電圧誤差ΔＶｑを求める（３）式が得られる。

【0070】

【数3】

【0071】

次に推定フェーズのブロック図を図４とともに説明する。図４において４１は、逐次得られる試験データ（オンライン又はオフラインのＶｄ^＊、Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ）を入力し、図３の事前同定装置３１で導出された最適パラメータ（同定パラメータΦｎ、β、Ｌｄ、Ｒａ）ならびに図３の電圧誤差テーブル算出器３２ａで算出された電圧誤差ΔＶｑテーブルを用いて、磁石温度を推定する磁石温度推定器である。

【0072】

この磁石温度推定器４１は、次の（４）式を演算して磁石温度推定値Ｔ^を求める。

【0073】

【数4】

【0074】

次に図３の事前同定装置３１が行う最適パラメータの導出を説明する。まずＰＭモータ１の誘起電圧Ｖｅｍｆから磁束Φへは（５）式により計算される。

【0075】

【数5】

【0076】

すなわち事前同定装置３１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（５）式の磁束Φを得る。

【0077】

前記（５）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６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。

【0078】

磁束の温度変化は次の（６）式のようにモデリング（定義）する。

【0079】

【数6】

【0080】

ただしＴ０は基準温度（Φｎ温度条件）を意味する。この（６）式と図６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６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（７）式のように求まる。

【0081】

【数7】

【0082】

式変形すると、次の（８）式を得る。

【0083】

【数8】

【0084】

（８）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（８）式の上段の式に代入し、βが求まる。

【0085】

そして、図４の磁石温度推定器４１を用いて次の試験を行ってΦｎ、βおよび前記（４）式の妥当性を確認する。

【0086】

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。

【0087】

この際の計測データを（４）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。

【0088】

次に、ｄ軸インダクタンスＬｄの同定方法を説明する。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。

【0089】

運転速度は、前記妥当性の確認において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７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。

【0090】

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（９）式～（１２）式の評価式により最適化問題を解く。

【0091】

【数9】

【0092】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0093】

【数10】

【0094】

【数11】

【0095】

【数12】

【0096】

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。

【0097】

ただし、（９）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。（１０）式～（１２）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。

【0098】

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。

【0099】

次に、抵抗Ｒａの同定方法を説明する。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。

【0100】

運転速度は、前述した妥当な温度推定がなされた速度領域とする。そして、Ｉｑｃｍｄ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７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ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｍｄを変化させ定常値のデータを取得する。

【0101】

抵抗Ｒａの場合は、運転試験の条件が例えばＩｄ＝０、Ｉｑ＞０となるため、前記定常値のデータｖｄ^＊、ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ、Ｔｐｍを用いて次の（１３）式～（１６）式の評価式により最適化問題を解く。

【0102】

【数13】

【0103】

ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ

【0104】

【数14】

【0105】

【数15】

【0106】

【数16】

【0107】

Ｔ^は磁石温度推定値、Ｒａｎは巻線抵抗、ΔＶｑはｑ軸電圧指令値とｑ軸電圧検出値の差。

【0108】

ただし、（１３）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Ｒａｎ、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。（１４）式～（１６）式は拘束条件であり、それぞれ、温度推定式、Ｒａｎの範囲、ΔＶｑの範囲を表している。

【0109】

速度条件が複数必要な場合は、上記のような「Ｉｑｃｍｄ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。

【0110】

以上のように実施例１によれば、ｄ軸電流ｉｄ≠０かつｑ軸電流ｉｑ≠０となる電流条件も含めて一定精度での磁石温度推定が達成される。また、事前同定装置３１により導出されたモータパラメータを用いるため、精度の良い磁石温度推定が行える。

【実施例0111】

実施例２における事前同定フェーズのブロック図を図８に示し、推定フェーズのブロック図を図９に示す。実機構成は図１、図２と同様であるが、実施例２の事前同定フェーズにおいては、前記事前同定装置３１による最適パラメータの導出が不要であり、図８の電圧誤差テーブル算出器３２ｂのように電圧誤差テーブルの導出のみ行う。

【0112】

電圧誤差テーブル算出器３２ｂは、時系列データ又は平均値のデータである、電圧指令値Ｖｄ^＊、Ｖｑ^＊、電気角速度応答値ωｅ、電流指令値ｉｄ^＊、ｉｑ^＊、電流応答値ｉｄ、ｉｑと、正解データである磁石温度応答値Ｔｐｍを入力とし、ＰＭモータの設計パラメータである基準磁束Φｎ、温度係数β、ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒａを用いて、前記（１）式、（２）式、（３）式を演算してｑ軸電圧誤差値ΔＶｑを算出しテーブル化する。

【0113】

図９の４２は、逐次得られる試験データ（オンライン又はオフラインのＶｄ^＊、Ｖｑ^＊、ｉｄ、ｉｑ、ωｅ）を入力し、図８の電圧誤差テーブル算出器３２ｂで導出された電圧誤差ΔＶｑテーブルを用いて、前記（４）式を演算して磁石温度を推定する磁石温度推定器である。

【0114】

以上のように実施例２によれば、実施例１と同様の効果が得られ、さらに最適パラメータの導出の手間が不要であり、構成が簡単化される。