JP2015095975A - Synchronous machine control device with permanent magnet state estimation function, and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、同期機制御装置、特に界磁が永久磁石により形成される同期機のための永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置等に関する。 The present invention relates to a synchronous machine control device, and more particularly to a synchronous machine control device having a permanent magnet state estimation function for a synchronous machine in which a field is formed by a permanent magnet.
界磁が永久磁石により形成される同期機をインバータ等の電力変換部を備える同期機制御装置にて制御する際、同期機の電機子への通電等に起因する温度上昇に伴い、界磁の永久磁石の磁化の強さ、すなわち磁束が減少する「減磁」と呼ばれる現象が発生し、さらに許容温度を超えると温度が常温に下がっても磁束が減磁発生前の状態に戻らない「不可逆減磁」と呼ばれる現象が発生する。 When controlling a synchronous machine in which a field magnet is formed by a permanent magnet with a synchronous machine control device including a power conversion unit such as an inverter, the temperature of the magnetic field increases due to energization to the armature of the synchronous machine. A phenomenon called “demagnetization” in which the magnetization of the permanent magnet is reduced, that is, the magnetic flux decreases, and when the temperature exceeds the permissible temperature, the magnetic flux does not return to the state before the occurrence of demagnetization even if the temperature falls to room temperature. A phenomenon called “demagnetization” occurs.
このため、界磁が永久磁石により形成される同期機を制御する際、少なくとも永久磁石の温度を不可逆減磁が発生する許容温度以下に抑制するように制御する必要がある。
また、同期機に同一の電流を流したとしても減磁により同期機が出力するトルクが減少するため、出力トルクを正確に把握するためには永久磁石温度の把握が必要である。
For this reason, when controlling the synchronous machine in which a field magnet is formed by a permanent magnet, it is necessary to control so that at least the temperature of the permanent magnet is suppressed to an allowable temperature at which irreversible demagnetization occurs.
Even if the same current is supplied to the synchronous machine, the torque output by the synchronous machine decreases due to demagnetization. Therefore, it is necessary to know the permanent magnet temperature in order to accurately grasp the output torque.
しかし、同期機の構造上のスペースの問題や周囲をケースで防護している等の理由により、温度検出器を永久磁石に直接取り付けることは困難であり、さらに、界磁が永久磁石により形成される同期機の多くは回転子側の内部に永久磁石が埋め込まれており、温度検出器を取りつけることへの更なる大きな障害要因となっている。 However, it is difficult to attach the temperature detector directly to the permanent magnet because of the space problem in the structure of the synchronous machine or the surroundings being protected by a case, and the field is formed by the permanent magnet. In many synchronous machines, permanent magnets are embedded inside the rotor side, which is an even greater obstacle to mounting a temperature detector.
そのため永久磁石の温度を主に許容温度以下に抑制できるように制御するため、あるいは、減磁によるトルクの低下を把握できるようにするために、何らかの方法で永久磁石の温度、あるいは永久磁石の温度と相関のある磁束を間接的に測定、あるいは推定する技術が求められている。 Therefore, the temperature of the permanent magnet or the temperature of the permanent magnet is controlled by some method so that the temperature of the permanent magnet can be controlled mainly to be lower than the allowable temperature, or the torque decrease due to demagnetization can be grasped. There is a need for a technique for indirectly measuring or estimating the magnetic flux that is correlated with the magnetic field.
このような課題の解決を図った同期機制御装置の一例として、同期機の回転速度、基本波電流またはその指令値、および基本波周波数の整数倍の周波数を有する高調波電圧指令値に基づいて同期機の永久磁石による電機子鎖交磁束を演算し、電機子鎖交磁束に対する永久磁石温度のテーブルを参照して電機子鎖交磁束演算値に対する永久磁石の温度を推定するものがある(例えば特許文献１参照)。 As an example of a synchronous machine control device that solves such a problem, based on the rotational speed of the synchronous machine, the fundamental wave current or its command value, and a harmonic voltage command value having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave frequency. There is one that calculates the armature flux linkage by the permanent magnet of the synchronous machine and estimates the temperature of the permanent magnet relative to the armature linkage flux calculation value with reference to the permanent magnet temperature table for the armature linkage flux (for example, (See Patent Document 1).
また同様な制御装置の他の一例として、永久磁石型の同期機の入力電圧を電圧検出器により検出し、電圧検出器の出力からｑ軸電圧を抽出の上、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｑ軸電圧、回転速度、設定記憶部に記憶された一次抵抗と磁束とから同期機の温度変化を推定し、設定記憶部に記憶された磁束と温度推定器の出力とから、磁束を修正(推定)するものがある(例えば特許文献２参照)。 As another example of a similar control device, the input voltage of a permanent magnet type synchronous machine is detected by a voltage detector, the q-axis voltage is extracted from the output of the voltage detector, the d-axis current, the q-axis current, Estimate the temperature change of the synchronous machine from q-axis voltage, rotation speed, primary resistance and magnetic flux stored in the setting storage unit, and correct the magnetic flux from the magnetic flux stored in the setting storage unit and the output of the temperature estimator ( (See, for example, Patent Document 2).
また、同様な制御装置の他の一例として、端子電圧、電流、同期機の電気的定数から演算した誘起電圧、永久磁石の基準温度における誘起電圧とに基づいて永久磁石の磁束量を推定する方法と、温度センサで検出した固定子温度から永久磁石温度を推定し、該永久磁石温度の推定値に基づく誘起電圧と、永久磁石の基準温度における誘起電圧とに基づいて永久磁石の磁束量を推定する２つの方法とを備え、電動機の停止時または低速回転時には後者の方法により、それ以外の回転時には前者の方法により、永久磁石の磁束量を推定するものがある(例えば特許文献３参照)。 As another example of a similar control device, a method of estimating the amount of magnetic flux of a permanent magnet based on terminal voltage, current, induced voltage calculated from the electrical constant of a synchronous machine, and induced voltage at a reference temperature of the permanent magnet Then, the permanent magnet temperature is estimated from the stator temperature detected by the temperature sensor, and the amount of magnetic flux of the permanent magnet is estimated based on the induced voltage based on the estimated value of the permanent magnet temperature and the induced voltage at the reference temperature of the permanent magnet. In some cases, the amount of magnetic flux of the permanent magnet is estimated by the latter method when the motor is stopped or when the motor is rotating at low speed, and by the former method when the motor is rotating at other speeds (see, for example, Patent Document 3).
特許文献１に示された従来の装置においては、本来同期機の駆動に必要としない基本波成分の基本波周波数の整数倍の周波数を有する高調波電流を制御するため、この高調波電流が同期機の制御性能に影響を及ぼす可能性があるといった課題がある。
また特許文献２に示された従来の装置においては、入力電圧を検出するための電圧検出器を必要とし、制御装置の構成部品が増えるといった課題がある。
さらに特許文献３に示された従来の装置においては、固定子温度と永久磁石温度(特に回転子側の内部に永久磁石が埋め込まれている場合)との温度上昇の時定数が異なり，温度センサで検出した固定子温度に基づいた永久磁石温度推定値と実際の永久磁石温度との間に誤差が生じるといった課題がある。
In the conventional apparatus shown in Patent Document 1, a harmonic current having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave frequency of the fundamental wave component that is not essentially required for driving the synchronous machine is controlled. There is a problem that it may affect the control performance of the machine.
Further, the conventional device disclosed in
Furthermore, in the conventional apparatus shown in
この発明は、従来の同期機制御装置における前述のような課題を解決するためになされたものであり、界磁が永久磁石により形成される同期機を駆動しながら、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度または磁束の値を高い精度で推定することが可能な永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置等を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems in the conventional synchronous machine control device, and drives the synchronous machine in which the field is formed of the permanent magnet, while directly detecting the temperature detector on the permanent magnet. It is an object of the present invention to provide a synchronous machine control device or the like having a permanent magnet state estimation function capable of estimating the temperature or magnetic flux value of a permanent magnet with high accuracy without attaching a magnet.
この発明は、界磁が永久磁石により形成される同期機に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換部と、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部と、前記同期機の回転子位置を推定または検出する位置検出部と、電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸(ｄ−ｑ軸)座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器と、前記回転子位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器と、前記永久磁石の温度または磁束を推定し出力する磁石状態推定部と、を備え、前記磁石状態推定部が、前記磁束推定器にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸(γ−δ軸)上の電流へ前記電流指令または前記電機子電流を前記回転子位置に基づいて座標変換し、前記直交二軸(γ−δ軸)上の電流と前記電流指令とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第１の出力値を求める第１推定器と、前記電機子鎖交磁束と前記電流指令とに基づいて演算される状態量とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第２の出力値を求める第２推定器と、前記電流指令または前記電機子電流に基づいて前記第１の出力値と前記第２の出力値とを選択して出力する出力切換部と、を含む、ことを特徴とする永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置等にある。 The present invention relates to a power converter that outputs a voltage based on a voltage command to a synchronous machine having a field formed of a permanent magnet, a current detector that detects an armature current of the synchronous machine, and the synchronous Based on the position detection unit for estimating or detecting the rotor position of the machine, and the armature current coordinate-converted on the rotation orthogonal biaxial (dq axis) coordinates based on the current command and the rotor position. A current controller that generates the voltage command by performing current control on rotationally orthogonal two-axis coordinates, a rotational speed of the synchronous machine calculated from a change in the rotor position, the voltage command, and the current command. A magnetic flux estimator that estimates the armature flux linkage of the synchronous machine based on the magnetic state estimation unit that estimates and outputs the temperature or magnetic flux of the permanent magnet, and the magnet state estimation unit includes the magnetic flux estimation unit. The armature chain estimated by the vessel Based on the rotor position, the current command or the armature current is coordinate-converted to a current on two orthogonal axes (γ-δ axes) where the direction of magnetic flux generation is the γ-axis and the orthogonal direction of the γ-axis is the δ-axis. A first estimator for obtaining a first output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on the current on the two orthogonal axes (γ-δ axes) and the current command; and the armature linkage A second estimator for obtaining a second output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on a magnetic flux and a state quantity calculated based on the current command; and the current command or the armature current And an output switching unit that selects and outputs the first output value and the second output value based on the synchronous machine control device having a permanent magnet state estimation function. .
この発明によれば、電流条件に応じて推定精度がより良好となる同期機の界磁を形成する永久磁石の温度(磁束)推定法を選択することから、電流条件に左右されずに永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度(磁束)を精度良く推定できる。 According to the present invention, since the temperature (magnetic flux) estimation method of the permanent magnet that forms the field of the synchronous machine that has better estimation accuracy according to the current condition is selected, the permanent magnet is not affected by the current condition. The temperature (magnetic flux) of the permanent magnet can be estimated with high accuracy without directly attaching a temperature detector.
以下、この発明による永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a synchronous machine control device having a permanent magnet state estimation function according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る同期機制御装置を図１に基づいて説明する。この発明における同期機制御装置は、図１に図示しない上位のシステムから電流指令(この発明では、後述のｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に相当)、またはさらにその上位のシステムからトルク指令が与えられることを想定している。
Embodiment 1 FIG.
A synchronous machine control device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. The synchronous machine control device according to the present invention is a current command (corresponding to current commands Id * and Iq * on the dq axis described later) from a host system not shown in FIG. It is assumed that a torque command is given from
該上位のシステムの一例として、電気自動車(ＥＶ)または内燃機関とモータの両方を備えるハイブリッド自動車の車両、さらには鉄道車両のような電気車を駆動する用途にこの発明が適用される場合は、ドライバー(操縦者)からのアクセル(ノッチ)やブレーキの入力量と車速や種々の入力量に応じて電流指令あるいはトルク指令を決定する車両制御装置などがあり、その他、ファクトリーオートメーション(ＦＡ)、昇降機用途においても電流指令を種々の要因に基づいて生成する上位のシステムがある。 As an example of the host system, when the present invention is applied to an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle vehicle including both an internal combustion engine and a motor, and further to an electric vehicle such as a railway vehicle, There is a vehicle control device that determines the current command or torque command according to the accelerator (notch) and brake input amount and vehicle speed and various input amounts from the driver (operator), factory automation (FA), elevator There are host systems that generate current commands based on various factors in applications.
また、同期機制御装置において推定する、(永久磁石)同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度推定値Ｔｍａｇや該磁束推定値Φｍａｇを前記上位のシステムに伝達して、該推定値を上位のシステムの制御に利用してもよい。ただし、この発明において前記電流指令を与える上位のシステムは限定されないため、上位のシステムの説明は前記例示にとどめる。 Further, the estimated temperature value Tmag of the permanent magnet forming the field of the synchronous machine 1 and the estimated magnetic flux value Φmag, which are estimated by the synchronous machine control device, are transmitted to the upper system, and the estimated value is obtained. You may use for control of a high-order system. However, in the present invention, the host system that gives the current command is not limited, and the description of the host system is limited to the above example.
図１はこの発明の実施の形態１に係る同期機制御装置と同期機とを含む同期機システムの一例の構成図である。なお、この発明における同期機制御装置の制御対象の同期機１は、界磁が永久磁石により形成されるものである。また特に図１，２，６，７に関し、各部間での指令等の入出力は全てを示すと煩雑になり分かり難くなるので代表的なものを示している。 1 is a block diagram of an example of a synchronous machine system including a synchronous machine control device and a synchronous machine according to Embodiment 1 of the present invention. In the synchronous machine 1 to be controlled by the synchronous machine control device according to the present invention, the field is formed by a permanent magnet. In particular, with reference to FIGS. 1, 2, 6, and 7, the input / output of commands and the like between the respective units is complicated and difficult to understand.
以下、実施の形態１に係る、同期機１を駆動する同期機制御装置の構成および、構成要素の機能について説明する。まず、実施の形態１において同期機１を駆動するために必要な構成について、電力変換部２の出力側から順に、電力変換部２の入力側となる電圧指令の生成までの流れを説明する。
Hereinafter, the configuration of the synchronous machine control device for driving the synchronous machine 1 according to the first embodiment and the function of the components will be described. First, regarding the configuration necessary for driving the synchronous machine 1 in the first embodiment, the flow from the output side of the
この発明における同期機１を駆動する同期機制御装置の構成においては、電力変換部２と同期機１の電機子巻線とが接続される。電力変換部２は、電源１３から供給される電力を多相交流電力へ変換し、多相交流電圧を出力する周知のＰＷＭ(パルス幅変調)インバータをはじめとする電力変換部からなる。後述の構成による電流制御器５により得られる電圧指令、厳密には、電流制御器５から出力される電圧指令(Ｖｄ＊、Ｖｑ＊)を、後述の構成による位置検出部４で得られる同期機１の回転子位置θに基づいて座標変換器１１ｂ(１１ａ)にて座標変換することで得られる多相交流電圧指令(ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊)に基づいて電力変換部２は同期機１に多相交流電圧(ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ)を出力し、同期機１を駆動する。その結果、同期機１の電機子巻線に出力電流が発生する。この電機子巻線に発生する出力電流を以下、電機子電流と表記する。
In the configuration of the synchronous machine control device for driving the synchronous machine 1 according to the present invention, the
なお、電源１３に関し、直流電圧を出力する電源あるいは電池、または、単相あるいは三相の交流電源から周知のコンバータによって直流電圧を得るものも含めて、この発明では電源１３とする。
In addition, regarding the
同期機１の出力電流である電機子電流(ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ)は電流センサをはじめとする電流検出部３によって検出される。なお、電流検出部３は、同期機１が三相回転機の場合、同期機１の三相の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの内、全相の電機子電流を検出する構成、または、１つの相(例えばｗ相)の電機子電流ｉｗについては、検出した２つの相の電機子電流ｉｕ、ｉｖを用いて三相平衡状態のｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求めるようにして、２つの相の電機子電流を検出する構成でもよい。さらに、各相の電機子電流を直接検出する方法以外に、周知の技術である、電源１３と電力変換部２との間を流れるＤＣリンク電流に基づいて電機子電流を検出する方法でもよい。
The armature current (iu, iv, iw) that is the output current of the synchronous machine 1 is detected by the
位置検出部４は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機１の回転子位置θを検出する、または電圧指令や電機子電流等を用いて演算により推定する。ここで、同期機１の回転子位置θとは、一般的に、ｕ相電機子巻線を基準に取った軸に対する永久磁石のＮ極方向の角度を指す。また、同期機１の回転速度(電気角周波数ωとする)で回転する回転直交二軸座標(以下ｄ−ｑ軸と表記)を定義し、慣例同様、ｄ軸を前記永久磁石のＮ極方向に定め、ｑ軸はｄ軸に対して９０°進んだ直交方向に定める。以下の説明もこの座標軸の定義に従う。
The
図１における位置検出部４は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機１の回転子位置θを検出する例を示しているが、周知の適応オブザーバ等を適用して電圧指令や電機子電流等から回転子位置θを推定してもよい。 1 shows an example in which the rotor position θ of the synchronous machine 1 is detected using a known resolver, encoder, etc., but a voltage command or armature is applied by applying a known adaptive observer or the like. The rotor position θ may be estimated from the current or the like.
図２はこの発明の実施の形態１に係る、図１とは異なり推定演算により回転子位置θを得る位置検出部４ａを備えた同期機制御装置と同期機とを含む同期機システムの構成図である。 FIG. 2 is a block diagram of a synchronous machine system including a synchronous machine control device and a synchronous machine according to Embodiment 1 of the present invention, which includes a position detector 4a that obtains a rotor position θ by estimation calculation, unlike FIG. It is.
位置検出部４ａの構成は例えば公知の上記特許文献４、５に示されている構成で実現可能であることから、本文では詳細な説明は省略する。なお、図１と図２の差異は、位置検出部４(４ａ)に係る箇所のみであり、その他の構成は同一である。
Since the configuration of the position detection unit 4a can be realized by, for example, the configuration disclosed in the above-described
座標変換器１１ａは、同期機１の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転子位置θに基づいて下記(１)式の演算によりｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑへ変換する。
The coordinate
電流制御器５は、ｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑを所望の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に一致させるようにｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を出力する。電流制御器５においては、加減算器１２で求められるｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとの偏差(ΔＩｄ＝Ｉｄ＊−Ｉｄ、ΔＩｐ＝Ｉｑ＊−Ｉｑ)に基づいて下記(２)式の比例積分制御(ＰＩ制御)を行い、ｄ−ｑ軸上の電圧指令(電流フィードバック制御指令)Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成する。
The
ここで、
Ｋｐｄ：電流制御ｄ軸比例ゲイン
Ｋｉｄ：電流制御ｄ軸積分ゲイン
Ｋｐｑ：電流制御ｑ軸比例ゲイン
Ｋｉｑ：電流制御ｑ軸積分ゲイン
ｓ：ラプラス演算子
である。なお、ラプラス演算子ｓの逆数１／ｓは１回の時間積分を意味する。
here,
Kpd: current control d-axis proportional gain Kid: current control d-axis integral gain Kpq: current control q-axis proportional gain Kiq: current control q-axis integral gain s: Laplace operator. The reciprocal 1 / s of the Laplace operator s means one time integration.
また、電流制御器５において、前記電流フィードバック制御と下記電圧フィードフォワード制御とを併用し、前記電流フィードバック制御指令に、下記電圧フィードフォワード制御指令を加算した電圧指令をｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊としてもよい。
Further, in the
ただし、電圧フィードフォワード制御を行うためには、図１(図２)の電流制御器５の入力として記載されていない、回転速度ωを電流制御器５へ入力する必要がある。回転速度ωは、回転子位置θの変化から算出されることから、位置検出部４で検出した回転子位置θを用いて、電流制御器５または位置検出部４(または４ａ)または図示されていない構成部で微分演算を行うことで得られる。
However, in order to perform voltage feedforward control, it is necessary to input the rotational speed ω, which is not described as the input of the
電圧フィードフォワード制御を併用する場合は、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊、回転速度ω、同期機１の界磁を形成する永久磁石が生成する磁束(以下永久磁石磁束と表記)Φｍに基づいて、下記(３)式によりｄ−ｑ軸上の電圧フィードフォワード制御指令ＶｄＦ＊、ＶｑＦ＊を生成し、該指令を上記(２)式により得られる電流フィードバック制御指令に加算することでｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成する。 When voltage feedforward control is used in combination, current commands Id * and Iq * on the dq axis, rotation speed ω, magnetic flux generated by the permanent magnet forming the field of the synchronous machine 1 (hereinafter referred to as permanent magnet magnetic flux). ) Based on Φm, voltage feedforward control commands VdF * and VqF * on the dq axis are generated by the following equation (3), and the commands are added to the current feedback control command obtained by the above equation (2). Thus, the voltage commands Vd * and Vq * on the dq axis are generated.
ここで、
Ｌｄ：ｄ軸方向のインダクタンス(以下、ｄ軸インダクタンスと表記)
Ｌｑ：ｑ軸方向のインダクタンス(以下、ｑ軸インダクタンスと表記)
Ｒ：抵抗(同期機１の電機子巻線の抵抗が主であり、同期機１と電力変換部２との間の配線抵抗の影響が無視できないぐらい大きい場合は、該配線抵抗も考慮した抵抗値とする)
である。
here,
Ld: Inductance in the d-axis direction (hereinafter referred to as d-axis inductance)
Lq: Inductance in the q-axis direction (hereinafter referred to as q-axis inductance)
R: resistance (when the resistance of the armature winding of the synchronous machine 1 is the main and the influence of the wiring resistance between the synchronous machine 1 and the
It is.
なお、上記(３)式の永久磁石磁束Φｍにおいては、駆動開始時は基準値等の所定の値としておき、実施の形態１を実施することで得られる永久磁石磁束推定値(Φｍａｇとする)を新たなΦｍとして再帰的に逐次更新してもよい。
また上記(３)式では、該演算に用いているｄ−ｑ軸電流は全て指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊であるが、代わりに、ｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑ、または、Ｉｄ＊とＩｄとの平均値と、Ｉｑ＊とＩｑとの平均値とを用いてもよい。
In the permanent magnet magnetic flux Φm of the above formula (3), a predetermined value such as a reference value is set at the start of driving, and an estimated permanent magnet magnetic flux (Φmag) obtained by carrying out the first embodiment. May be recursively updated sequentially as a new Φm.
In the above equation (3), all dq axis currents used in the calculation are command values Id * and Iq *. Instead, currents Id, Iq or Id * on the dq axes are used. The average value of Id and Id and the average value of Iq * and Iq may be used.
電流制御器５から出力されるｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊は、座標変換器１１ｂにおいて下記(４)式の演算により、回転子位置θに基づいて多相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換された上で、電力変換部２に出力される。
The voltage commands Vd * and Vq * on the dq axes output from the
ただし、座標変換器１１ｂにおいて、上記(４)式において電流検出部３で検出された電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換部２から出力される多相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間(無駄時間)を考慮し、回転子位置θに対し、上述の制御演算遅れ時間に基づく位相補正量Δθｄ１分補正した位相で座標変換してもよい。
However, in the coordinate converter 11b, a control operation based on the values of the armature currents iu, iv, iw detected by the
電力変換部２は前記の通り、多相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて周知のＰＷＭ(パルス幅変調)方式等により同期機１に多相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを出力する。以上が、実施の形態１において同期機１を駆動するために必要な構成である。
As described above, the
次に、この発明の特徴である同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度または磁束を推定するために必要な構成である磁束推定器６と磁石状態推定部７について説明する。
Next, the
磁束推定器６は、回転速度ω、ｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に基づいて電機子鎖交磁束Φに係る(状態)量を推定する。実施の形態１に係る磁束推定器６では、電機子鎖交磁束Φの発生方向であるγ軸を推定、すなわち、ｄ軸に対して(推定した)電機子鎖交磁束(ベクトル)Φの方向のなす角度∠Φ０と電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|とを推定する。
The
電機子鎖交磁束Φとは、永久磁石磁束Φｍと電機子電流(ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ)が生成する磁束(電機子反作用磁束)Φａとの合成磁束を指す。さらに、この発明では、上述のγ軸に対して９０°進んだ直交方向をδ軸とした、直交二軸(γ−δ軸)を定義する。 The armature interlinkage magnetic flux Φ refers to a combined magnetic flux of the permanent magnet magnetic flux Φm and the magnetic flux (armature reaction magnetic flux) Φa generated by the armature current (iu, iv, iw). Further, in the present invention, two orthogonal axes (γ-δ axes) are defined with the orthogonal direction advanced by 90 ° with respect to the γ axis described above as the δ axis.
図３は、界磁が永久磁石により形成される同期機１のベクトル図を示しており、γ−δ軸と∠Φ０との関係は図３に示される通りである。これらを推定する好適な一手法として、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑと電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄ、同ｑ軸成分Φｑとの関係式である下記(５)式の演算によってΦｄ、Φｑを求め、求めたΦｄ、Φｑに基づいて電機子鎖交磁束Φ、上述の∠Φ０を演算する方法を以下に示す。 FIG. 3 shows a vector diagram of the synchronous machine 1 in which the field is formed by a permanent magnet, and the relationship between the γ-δ axis and ∠Φ0 is as shown in FIG. As a preferred method for estimating these, the following formula (5) is a relational expression between the voltages Vd and Vq on the dq axis and the d-axis component Φd and q-axis component Φq of the armature flux linkage Φ. A method of calculating Φd and Φq by calculation and calculating the armature flux linkage Φ and the above-described ΦΦ0 based on the calculated Φd and Φq will be described below.
実施の形態１における図１、図２の構成では、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑの実際の値が不明であるため、上記(５)式の演算において、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑの代わりにｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いる。その際、同期機１の駆動開始前(停止状態)においてｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊が０であり、Φｄ＝Φｑ＝０となることから、同期機１の駆動開始におけるΦｄの初期値として、基準値等の所定の永久磁石磁束Φｍを与える。 In the configuration of FIGS. 1 and 2 in the first embodiment, since the actual values of the voltages Vd and Vq on the dq axis are unknown, the voltage on the dq axis is calculated in the above equation (5). Instead of Vd and Vq, voltage commands Vd * and Vq * on the dq axis are used. At that time, since the voltage commands Vd * and Vq * on the dq axes are 0 and Φd = Φq = 0 before the driving of the synchronous machine 1 is started (stopped), the driving of the synchronous machine 1 is started. A predetermined permanent magnet magnetic flux Φm such as a reference value is given as an initial value of Φd.
図１(図２)の磁束推定器６の入力の中に、位置検出部４(または４ａ)で検出した回転子位置θが含まれているが、これは、回転子位置θを用いて微分演算を行うことで回転速度ωを得る処理を磁束推定器６の処理の中に含めていることを想定したものであり、当該処理を別の構成部で行うならば、必ずしも磁束推定器６の入力として回転子位置θを含める必要はない。また例えば位置検出部４(または４ａ)で回転子位置θから回転速度ωを演算し磁束推定器６に入力してもよい。
The rotor position θ detected by the position detector 4 (or 4a) is included in the input of the
さらに、上記(５)式の演算において、電流の変化が緩やかであると仮定してラプラス演算子ｓを含む項は無視しても良く、抵抗Ｒの扱いにおいても、同期機１の温度によって抵抗値が変化することから、同期機１の温度を検出して抵抗Ｒの値を補正してもよい(同期機１の例えば外面に温度検出器を設ければよく、永久磁石の温度を検出する必要はない)。 Further, in the calculation of the above equation (5), it is possible to ignore the term including the Laplace operator s on the assumption that the current change is gradual, and the resistance R depends on the temperature of the synchronous machine 1 in the handling of the resistance R. Since the value changes, the temperature of the synchronous machine 1 may be detected to correct the value of the resistor R (for example, a temperature detector may be provided on the outer surface of the synchronous machine 1 to detect the temperature of the permanent magnet. Not necessary).
上記(５)式の演算によって得られたΦｄ、Φｑに基づき下記(６)式によって、電機子鎖交磁束Φの発生方向であるγ軸を推定、すなわち、∠Φ０を求める。 Based on Φd and Φq obtained by the calculation of the above equation (5), the γ-axis that is the generation direction of the armature linkage magnetic flux Φ is estimated by the following equation (6), that is, ∠Φ0 is obtained.
電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|は下記(７)式により演算する。 The absolute value | Φ | of the armature flux linkage Φ is calculated by the following equation (7).
この発明の特徴である磁石状態推定部７は、
後述のγ―δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδとｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とに基づいて永久磁石の温度または磁束に相当する第１の出力値ＴΦｍａｇ１を求める第１推定器７１と、
電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|とｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とに基づいて前記永久磁石の磁束または温度に相当する第２の出力値ＴΦｍａｇ２を求める第２推定器７２と、
ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊またはｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとに基づいて第１の出力値と前記第２の出力値とを選択し、選択された該出力値(永久磁石温度推定値Ｔｍａｇまたは永久磁石磁束推定値Φｍａｇ)を磁石状態推定部７から出力する出力切換部であるスイッチ７３とから構成される。
The magnet state estimation unit 7 which is a feature of the present invention is
First estimation for obtaining a first output value TΦmag1 corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on currents Iγ and Iδ on the γ-δ axis and current commands Id * and Iq * on the dq axis, which will be described later.
A second output value TΦmag2 corresponding to the magnetic flux or temperature of the permanent magnet is determined based on the absolute value | Φ | of the armature interlinkage magnetic flux Φ and the current commands Id * and Iq * on the dq axes. An
The first output value and the second output value are selected based on the current command Id *, Iq * on the dq axis or the current Id, Iq on the dq axis, and the selected output The
γ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδを得るために図１または図２の構成においては、磁石状態推定部７とは別に座標変換器１１ｃを備える構成とし、座標変換器１１ｃは、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を磁束推定器６で求めた∠Φ０に基づいて下記(８)式によりγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδへ変換する。
In order to obtain the currents Iγ and Iδ on the γ-δ axes, the configuration of FIG. 1 or 2 is configured to include a coordinate converter 11c in addition to the magnet state estimation unit 7, and the coordinate converter 11c includes dq The current commands Id * and Iq * on the axis are converted into currents Iγ and Iδ on the γ-δ axis by the following equation (8) based on ∠Φ0 obtained by the
電流制御器５の作用により、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に追従するようにｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑが調整されることから、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の代わりにｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑをγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδへ変換する構成(座標変換器１１ａの出力を座標変換器１１ｃへ入力)でもよい。また、このγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδを得るための構成を第１推定器７１に含める構成としても差し支えない。
Since the
第１推定器７１は、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を与えた時の磁石温度変化に伴うγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１との関係を示すテーブルまたは数式(両方でも可、以下同様)を記憶しておき、ＩγまたはＩδが入力されるとテーブルまたは数式を参照して、第１の出力値ＴΦｍａｇ１として永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１を出力する。
The
これらのテーブルまたは数式は、同期機１の特性(インダクタンス変化や磁石減磁特性)が予め磁界解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取すればよい。 These tables or mathematical formulas are obtained in advance by using the characteristic data of the synchronous machine 1 when the characteristics (inductance change and magnet demagnetization characteristics) of the synchronous machine 1 are previously determined by magnetic field analysis or the like. If not, the characteristic data may be collected by actual measurement.
図４は、所定のｄ−ｑ軸電流指令条件(例えば、Ｉｄ＊：０Ａ、Ｉｑ＊：６００Ａ)におけるγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度Ｔｍａｇ１との関係の一例を示した図である。図４の(Ａ)はγ軸電流Ｉγ(横軸)に対する永久磁石温度Ｔｍａｇ１(縦軸)をプロットしたもの、同図(Ｂ)はδ軸電流Ｉδ(横軸)に対する永久磁石温度Ｔｍａｇ１(縦軸)をプロットしたものである。 FIG. 4 shows an example of the relationship between the currents Iγ and Iδ on the γ-δ axes and the permanent magnet temperature Tmag1 under predetermined dq axis current command conditions (for example, Id *: 0A, Iq *: 600A). FIG. 4A plots the permanent magnet temperature Tmag1 (vertical axis) against the γ-axis current Iγ (horizontal axis), and FIG. 4B shows the permanent magnet temperature Tmag1 (vertical axis) against the δ-axis current Iδ (horizontal axis). (Axis) is plotted.
この図４の(Ａ)または(Ｂ)に示したようなテーブルまたは数式を少なくても(Ａ)(Ｂ)いずれか片方のみ予め求めておけば、ｄ−ｑ軸電流指令をＩｄ＊：０Ａ、Ｉｑ＊：６００Ａに設定して同期機１を駆動することで、当該電流指令条件下での永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１を第１の出力値として得ることができる。 If at least one of (A) and (B) at least one of the tables or equations shown in FIG. 4 (A) or (B) is obtained in advance, the dq axis current command is set to Id *: 0A. By driving the synchronous machine 1 with Iq *: 600A, the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag1 under the current command condition can be obtained as the first output value.
また、図４に示したような関係または該関係を示す関係式をｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の複数の組に対して予め求めておく。例えば、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の複数の組(Ｉｄ＊，Ｉｑ＊)＝(Ｉｄ１，Ｉｑ１)、(Ｉｄ２，Ｉｑ２)、(Ｉｄ３，Ｉｑ３)、(Ｉｄ４，Ｉｑ４)… を予め設定しておき、各々の指令に対して、磁石温度変化に伴うγ軸電流Ｉγ(またはδ軸電流Ｉδ)と永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１との関係を示すテーブルまたは数式を予め用意しておくことで、様々な電流指令条件下で永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１を得ることができる。 Further, a relationship as shown in FIG. 4 or a relational expression indicating the relationship is obtained in advance for a plurality of sets of current commands Id * and Iq * on the dq axes. For example, a plurality of sets (Id *, Iq *) = (Id1, Iq1), (Id2, Iq2), (Id3, Iq3), (Id4, Iq4) of current commands Id *, Iq * on the dq axis Are set in advance, and for each command, a table or a mathematical expression showing the relationship between the γ-axis current Iγ (or δ-axis current Iδ) accompanying the change in the magnet temperature and the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag1 is set in advance. By preparing, the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag1 can be obtained under various current command conditions.
また、同期機１駆動中のｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊が、予め用意したγ軸電流Ｉγ(またはδ軸電流Ｉδ)と永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１との関係を示すテーブルまたは数式を求めた電流指令条件とが一致しない場合は、例えば、永久磁石温度推定動作を行わずに、直近の温度推定動作時の温度推定値を保持し、該保持値を第１の出力値として出力するような処理を施せばよい。このような処理を施した場合は、間欠的な永久磁石温度推定動作となる。 Further, the current commands Id * and Iq * on the dq axes during the driving of the synchronous machine 1 indicate the relationship between the γ-axis current Iγ (or δ-axis current Iδ) prepared in advance and the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag1. If the current command condition for which the table or mathematical expression shown does not match, for example, the temperature estimation value at the most recent temperature estimation operation is held without performing the permanent magnet temperature estimation operation, and the held value is What is necessary is just to perform the process which outputs as an output value. When such processing is performed, an intermittent permanent magnet temperature estimation operation is performed.
さらに、所定の期間毎に必ず永久磁石温度推定動作が行われるように、同期機１駆動中のｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を、所定の期間毎に予め用意したγ軸電流Ｉγ(またはδ軸電流Ｉδ)と永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１との関係を示すテーブルまたは数式を求めた電流指令条件へ強制的に一致させるようとしてもよい。このようにすれば、同期機１駆動中に長時間永久磁石温度推定動作が行われない状況を防止できる。 Furthermore, the current commands Id * and Iq * on the dq axes during driving of the synchronous machine 1 are set in advance for each predetermined period so that the permanent magnet temperature estimation operation is always performed every predetermined period. A table or a mathematical expression indicating the relationship between the current Iγ (or δ-axis current Iδ) and the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag1 may be forcibly matched with the current command condition obtained. By doing so, it is possible to prevent a situation in which the permanent magnet temperature estimation operation is not performed for a long time while the synchronous machine 1 is driven.
その際、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を強制的に変化させることによる同期機１のトルク出力変化を抑制するため、界磁が永久磁石により形成される同期機１の場合において同一のトルクを発生させることの可能なｄ−ｑ軸上の電流の組み合わせが無数に存在する公知の原理を利用し、電流指令の変更前後でトルク出力が大きく変化しないようなｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を選択するような処理を施せば、同期機１のトルク出力の変化を抑制できる。 In this case, in the case of the synchronous machine 1 in which the field is formed by a permanent magnet in order to suppress the torque output change of the synchronous machine 1 by forcibly changing the current commands Id * and Iq * on the dq axes. The dq axis is such that the torque output does not change greatly before and after the change of the current command by utilizing a known principle in which there are innumerable combinations of currents on the dq axis capable of generating the same torque in If a process for selecting the above current commands Id * and Iq * is performed, a change in torque output of the synchronous machine 1 can be suppressed.
第２推定器７２は、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を与えた時の磁石温度変化に伴う電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|と永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２との関係を示すテーブルまたは数式(両方でも可、以下同様)を記憶しておき、|Φ|が入力されると該テーブルまたは数式を参照して、第２の出力値である永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２を出力する。
The
第１推定器７１と同様に、第２推定器７２におけるこれらのテーブルまたは数式は、同期機１の特性(インダクタンス変化や磁石減磁特性)が予め磁界解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取すれば良く、前記同様ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の複数の組に対して予め求めておけば、様々な電流指令条件下で永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２を得られることは言うまでもない。
Similar to the
図１または図２の構成において、第１の出力値または第２の出力値は、それぞれ永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１、Ｔｍａｇ２を出力しているが、永久磁石温度と永久磁石磁束との間には相関があり、該相関関係を把握しておくことで、第１推定器７１および第２推定器７２の出力として永久磁石磁束(推定値)Φｍａｇ１、Φｍａｇ２を出力することも可能である。
In the configuration of FIG. 1 or FIG. 2, the first output value or the second output value outputs the permanent magnet temperatures (estimated values) Tmag1 and Tmag2, respectively, but between the permanent magnet temperature and the permanent magnet magnetic flux. Since there is a correlation, it is possible to output permanent magnet magnetic fluxes (estimated values) Φmag1 and Φmag2 as outputs of the
例えば、温度上昇１０℃に対して１％の割合で減磁が発生する永久磁石の場合、基準となる温度をＴ０、温度Ｔ０の時の(基準)永久磁石磁束をΦｍ０とした場合、永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇと永久磁石磁束(推定値)Φｍａｇとの関係は(９)式となる。 For example, in the case of a permanent magnet that demagnetizes at a rate of 1% with respect to a temperature increase of 10 ° C., if the reference temperature is T0 and the (reference) permanent magnet magnetic flux at the temperature T0 is Φm0, the permanent magnet The relationship between the temperature (estimated value) Tmag and the permanent magnet magnetic flux (estimated value) Φmag is expressed by equation (9).
この関係を踏まえれば、永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１、Ｔｍａｇ２を永久磁石磁束(推定値)Φｍａｇ１、Φｍａｇ２へ変換することができる。 Based on this relationship, the permanent magnet temperatures (estimated values) Tmag1 and Tmag2 can be converted into permanent magnet magnetic flux (estimated values) Φmag1 and Φmag2.
スイッチ７３は、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊またはｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとに基づいて第１の出力値Ｔｍａｇ１(またはΦｍａｇ１)と第２の出力値Ｔｍａｇ２(またはΦｍａｇ２)とを選択し、選択された該出力値(永久磁石温度推定値Ｔｍａｇまたは永久磁石磁束推定値Φｍａｇ)を磁石状態推定部７から出力する。具体的な選択方法については後述する。
The
以上が、実施の形態１における同期機制御装置の構成および、構成要素の機能に関する説明である。ここで、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を与えた時にγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδ、または、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|に基づいて永久磁石温度(磁束)を推定できる原理を同期機のベクトル図を用いて説明する。該説明を踏まえて、この発明における磁石状態推定部７が、第１推定器７１と、第２推定器７２といった２つの推定器を備えることの効果について説明する。
The above is the description of the configuration of the synchronous machine control device and the functions of the components in the first embodiment. Here, when given dq-axis current commands Id * and Iq * are given, permanent magnets based on the currents Iγ and Iδ on the γ-δ axes or the absolute value | Φ | of the armature linkage flux Φ. The principle by which the temperature (magnetic flux) can be estimated will be described using the vector diagram of the synchronous machine. Based on this description, the effect of the magnet state estimation unit 7 according to the present invention including two estimators such as the
図５は、この発明における界磁が永久磁石により形成される同期機のベクトル図において、基準状態と基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す図である。図５の上段の(Ａ)は基準状態、すなわち、永久磁石に減磁が生じていない時のベクトル図である。(Ａ)を基準とし、制御指令、すなわち、実施の形態１においては所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊が一定(所望に制御されているとの前提でｄ−ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑも一定)の定常状態において、同期機１の温度上昇に伴う永久磁石の減磁(ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の減少)が発生した時のベクトル図は(Ｂ)となる。 FIG. 5 is a diagram showing the difference between the reference state and the vector diagram when demagnetization occurs with respect to the reference state in the vector diagram of the synchronous machine in which the field is formed of a permanent magnet in the present invention. 5A is a vector diagram in the reference state, that is, when no demagnetization occurs in the permanent magnet. With reference to (A), the control command, that is, in the first embodiment, the predetermined dq-axis current commands Id * and Iq * are constant (assuming that the dq-axis current Id is controlled as desired). , Iq is also constant), the vector diagram when the demagnetization of the permanent magnet (decrease in the magnetic flux by ΔΦmag) accompanying the temperature rise of the synchronous machine 1 occurs is (B).
減磁により電機子鎖交磁束Φの向き、すなわちγ軸の向きが変化するため、ｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊が一定に保たれていたとしても、ｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊をγ−δ軸上に座標変換すると、減磁前後でγ−δ軸電流Ｉγ，Ｉδに変化が生じる。このγ−δ軸電流Ｉγ，Ｉδの変化を捉えることで、永久磁石磁束Φｍ(すなわち永久磁石温度)の変化を捉えることができ、この原理を利用したものがこの発明の実施の形態１における第１推定器７１である。
Since the direction of the armature flux linkage Φ, that is, the direction of the γ-axis changes due to demagnetization, even if the dq-axis current commands Id * and Iq * are kept constant, the dq-axis current command Id When the coordinates of * and Iq * are transformed on the γ-δ axis, changes occur in the γ-δ axis currents Iγ and Iδ before and after demagnetization. By capturing the changes in the γ-δ axis currents Iγ and Iδ, the change in the permanent magnet magnetic flux Φm (that is, the permanent magnet temperature) can be captured, and this principle is used in the first embodiment of the present invention. 1
また同時に、ΔΦｍａｇ分の磁石磁束が減少した分、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|も減少し、該絶対値|Φ|の変化を捉えることで、永久磁石磁束Φｍの変化(すなわち永久磁石温度)の変化を同様に捉えることができ、この原理を利用したものがこの発明の実施の形態１における第２推定器７２である。
At the same time, the absolute value | Φ | of the armature interlinkage flux Φ is reduced by the amount of decrease of the magnet magnetic flux corresponding to ΔΦmag, and the change of the permanent magnet magnetic flux Φm (ie, the change of the absolute value | Φ | A change in the (permanent magnet temperature) can be captured in the same manner, and the
無論、永久磁石において減磁ではなく増磁が発生した場合においても同様な原理で、永久磁石磁束(温度)の変化を捉えることができる。ただし、第１推定器７１において、(電機子)電流の大きさ(絶対値)が小さくなるに従い、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊が一定の条件下における減(増)磁前後のγ−δ軸電流Ｉγ，Ｉδの変化の大きさも小さくなり、該γ−δ軸電流Ｉγ，Ｉδの変化を捉え難くなる。特に電流検出部３で発生するノイズなど電流検出系に外乱が生じた場合、該γ−δ軸電流Ｉγ，Ｉδの変化が外乱に埋もれてしまい、永久磁石温度(磁束)を精度よく推定することが困難になる可能性がある。よって、第１推定器７１は、電流が大きい領域における永久磁石温度(磁束)推定に適した構成である。
Of course, even when a permanent magnet is magnetized rather than demagnetized, a change in the permanent magnet magnetic flux (temperature) can be captured by the same principle. However, in the
対して、第２推定器７２において、(電機子)電流の絶対値が大きくなるに従い、電機子電流が生成する磁束(電機子反作用磁束)Φａが大きくなるため、電機子鎖交磁束Φを形成する磁束の内、永久磁石磁束Φｍの大きさに対して電機子反作用磁束Φａの大きさが相対的に大きくなった場合、たとえ、減(増)磁によって永久磁石磁束Φｍが変化したとしても、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|の変化の度合いが小さくなり、永久磁石温度(磁束)を精度よく推定することが困難になる可能性がある。反対に、電機子鎖交磁束Φを形成する磁束の内、永久磁石磁束Φｍの大きさが占める割合が大きくなる電流の絶対値が小さい領域では永久磁石磁束Φｍが変化した時の、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|の変化の度合いが大きくなり、永久磁石温度(磁束)を精度よく推定できる。よって、第２推定器７２は、電流が小さい領域における永久磁石温度(磁束)推定に適した構成である。
On the other hand, in the
このことから、電流の大きさに応じて、第１推定器７１の第１の出力値と第２推定器７２の第２の出力値を選択することで、電流条件に左右されることなく、同期機１の磁石温度(磁束)を精度良く推定できる効果が得られる。
From this, according to the magnitude of the current, by selecting the first output value of the
具体的にスイッチ７３の望ましい形態として、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊またはｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとに基づいて(電機子)電流の絶対値|Ｉ|を下記(１０)式または(１１)式に基づいて演算する。
Specifically, as a desirable form of the
該演算により得られた|Ｉ|が所定値より以上であれば、第１の出力値Ｔｍａｇ１(またはΦｍａｇ１)を選択し、演算により得られた|Ｉ|が所定値未満であれば、第２の出力値(またはΦｍａｇ２)を選択し、選択された該出力値(永久磁石温度推定値Ｔｍａｇまたは永久磁石磁束推定値Φｍａｇ)を磁石状態推定部７から出力すればよい。 If | I | obtained by the calculation is greater than or equal to a predetermined value, the first output value Tmag1 (or Φmag1) is selected, and if | I | And the selected output value (permanent magnet temperature estimated value Tmag or permanent magnet magnetic flux estimated value Φmag) may be output from the magnet state estimating unit 7.
また、電流が小さい領域において電流情報とは異なる状態量を用いた永久磁石温度(磁束)推定に適した実施の態様として、減磁によって上述の通りγ軸の向きが変わる原理を用いて、γ軸の方向を示す角度∠Φ０に基づいて永久磁石磁束(温度)を推定する方法でもよい。 As an embodiment suitable for permanent magnet temperature (magnetic flux) estimation using a state quantity different from current information in a region where current is small, using the principle that the direction of the γ-axis changes as described above by demagnetization, γ A method of estimating the permanent magnet magnetic flux (temperature) based on the angle ∠Φ0 indicating the axis direction may be used.
図６は、図１とは異なり、磁石状態推定部７ａを構成する第２推定器７２ａにおいて、ｄ軸に対するγ軸とのなす角度∠Φ０に基づいて第２の出力値を求める同期機制御装置と同期機とを含む同機器システムの構成図である。また、特に図示していないが、図２に示したような推定演算により回転子位置θを得る位置検出部４ａを備える構成でもよい。なお、図６における磁束推定器は、図１の磁束推定器６と構成は同じであるが、図６上では、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|を出力しない構成としたため、これを区別するため６ａとしている。
FIG. 6 differs from FIG. 1 in that the
第２推定器７２ａは、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を与えた時の磁石温度変化に伴うｄ軸に対するγ軸とのなす角度∠Φ０と永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２との関係を示すテーブルまたは数式を記憶しておき、∠Φ０が入力されると該テーブルまたは数式を参照して、第２の出力値である永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２を出力する。
The
上記と同様に、これらのテーブルまたは数式は、磁界解析や実測に基づく特性データを用いて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の複数の組に対して予め求めておけば、様々な電流指令条件下で永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ２を得られることは言うまでもない。 Similarly to the above, if these tables or mathematical expressions are obtained in advance for a plurality of sets of current commands Id * and Iq * on the dq axes using characteristic data based on magnetic field analysis or actual measurement, It goes without saying that the permanent magnet temperature (estimated value) Tmag2 can be obtained under various current command conditions.
また上記と同様に、永久磁石温度(推定値)Ｔｍａｇ１、Ｔｍａｇ２を永久磁石磁束(推定値)Φｍａｇ１、Φｍａｇ２へ変換することができる。スイッチ７３は、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊またはｄ−ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとに基づいて第１の出力値Ｔｍａｇ１(またはΦｍａｇ１)と第２の出力値Ｔｍａｇ２(またはΦｍａｇ２)とを選択することができる。
Similarly to the above, the permanent magnet temperatures (estimated values) Tmag1 and Tmag2 can be converted into permanent magnet magnetic flux (estimated values) Φmag1 and Φmag2. The
以上が、実施の形態１における同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、電流条件に応じて推定精度がより良好となる同期機の界磁を形成する永久磁石の温度(磁束)推定法を選択することから、電流条件に左右されずに永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度(磁束)を精度良く推定できる効果がある。 The above is the description of the synchronous machine control device according to the first embodiment. According to this embodiment, since the estimation method of the temperature (magnetic flux) of the permanent magnet that forms the field of the synchronous machine with better estimation accuracy according to the current condition is selected, it is not affected by the current condition. There is an effect that the temperature (magnetic flux) of the permanent magnet can be accurately estimated without attaching a temperature detector directly to the permanent magnet.
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る同期機制御装置と同期機とを含む同期機システムの一例の構成図である。また、特に図示していないが、該実施の形態においても図２に示したような推定演算により回転子位置θを得る位置検出部４ａを備える構成でもよい。
FIG. 7 is a block diagram of an example of a synchronous machine system including a synchronous machine control device and a synchronous machine according to
図７において、磁石状態推定部７ｂを構成する第２推定器７２ｂは、ｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊に対するｄ軸インダクタンスＬｄまたは電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄをテーブル参照または数式演算に基づいて求めるとともに、該ｄ軸インダクタンスＬｄまたは電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄと、磁束推定器６ｂにおいて演算される電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄとに基づいて第２の出力値を求める構成であり、この点が先の実施の形態１と異なっている。他の構成は先の実施の形態１と同一である。
In FIG. 7, the second estimator 72b constituting the magnet
実施の形態２の磁束推定器６ｂは、実施の形態１の磁束推定器６と構成は同じであるが、図７上では、電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|の代わりに電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄを出力する構成とした。
The magnetic flux estimator 6b of the second embodiment has the same configuration as that of the
界磁が永久磁石により形成される同期機１おいて、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄは、電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄと永久磁石磁束Φｍとの合成磁束であることから、下記(１２)式の関係式で表される。 In the synchronous machine 1 in which the field is formed by a permanent magnet, the d-axis component Φd of the armature interlinkage magnetic flux Φ is a combined magnetic flux of the d-axis component Φad of the armature reaction magnetic flux and the permanent magnet magnetic flux Φm. Is expressed by the following relational expression (12).
上記(１２)式において、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄは磁束推定器６ｂにおいて前記(５)式に基づいて求める値で既知の値であることから、ｄ軸インダクタンスＬｄ、または電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄが求まれば永久磁石磁束Φｍを得ることができる。 In the above equation (12), the d-axis component Φd of the armature interlinkage flux Φ is a known value obtained by the magnetic flux estimator 6b based on the equation (5). If the d-axis component Φad of the child reaction magnetic flux is obtained, the permanent magnet magnetic flux Φm can be obtained.
第２推定器７２ｂは、上記(１２)式に基づいて永久磁石磁束Φｍの推定値であるΦｍａｇ２または該磁束を温度に換算したＴｍａｇ２を第２の出力値として得るために、まず、ｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊(勿論ｄ−ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑでもよい)に対するｄ軸インダクタンスＬｄまたは電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄをテーブル参照または数式演算に基づいて求める。 First, the second estimator 72b obtains Φmag2 that is an estimated value of the permanent magnet magnetic flux Φm or Tmag2 obtained by converting the magnetic flux into a temperature based on the above equation (12) as a second output value. The d-axis inductance Ld or the d-axis component Φad of the armature reaction magnetic flux with respect to the shaft current commands Id * and Iq * (which may of course be the dq-axis currents Id and Iq) is obtained based on a table reference or mathematical calculation.
ｄ軸インダクタンスＬｄは磁気飽和のために電機子電流(ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ)により値が変化することが公知であり、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とｄ−ｑ軸インダクタンスＬｄとの関係を、同期機１の特性(インダクタンス変化や磁石減磁特性)が予め解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取しておく。 It is known that the value of the d-axis inductance Ld varies depending on the armature current (iu, iv, iw) due to magnetic saturation, and the current commands Id * and Iq * on the dq axis and the dq axis inductance When the characteristics (inductance change and magnet demagnetization characteristics) of the synchronous machine 1 are known in advance by analysis or the like, the relationship with Ld is obtained in advance using the characteristic data of the synchronous machine 1 and is not known. In this case, characteristic data is collected by actual measurement.
該結果をテーブルまたは数式の形で記憶しておいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊(またはｄ−ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ)の参照に応じて(１２)式の演算に用いるＬｄの値を変化させることにより、磁気飽和の影響を低減する。 The result is stored in the form of a table or a mathematical expression, and the calculation of the equation (12) is performed according to the reference of the current command Id *, Iq * (or dq axis current Id, Iq) on the dq axis. By changing the value of Ld used for the above, the influence of magnetic saturation is reduced.
上記(１２)式から類推できるように、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊とｄ軸インダクタンスＬｄの関係を求める代わりに、ｄ−ｑ軸上の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊と電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄとの関係を求める場合においても同様である。 As can be inferred from the above equation (12), instead of obtaining the relationship between the current commands Id * and Iq * on the dq axis and the d axis inductance Ld, the current commands Id * and Iq * on the dq axis The same applies to the case of obtaining the relationship with the d-axis component Φad of the armature reaction magnetic flux.
前記ＬｄまたはΦａｄを求めるテーブルまたは数式を第２推定器７２ａに備えておき、求めたＬｄまたはΦａｄと電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄとに基づいて(１２)式から永久磁石磁束Φｍの推定値であるΦｍａｇ２または該磁束を温度に換算したＴｍａｇ２を第２の出力値として得る。
A table or formula for obtaining the Ld or Φad is provided in the
前記ＬｄまたはΦａｄを求めるテーブルや数式に基づいて得られた値と実機での値との差異が少し生じた場合を想定すると、永久磁石磁束Φｍの大きさに対して電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄの大きさが相対的に大きい場合、減(増)磁による永久磁石磁束Φｍの変化がＬｄまたはΦａｄの誤差に起因する磁束誤差の中に埋もれてしまい、永久磁石温度(磁束)を精度よく推定することが困難になる可能性がある。 Assuming that there is a slight difference between the value obtained based on the table or formula for obtaining Ld or Φad and the actual value, the d-axis of the armature reaction magnetic flux with respect to the magnitude of the permanent magnet magnetic flux Φm When the component Φad is relatively large, the change in the permanent magnet flux Φm due to demagnetization (increase) is buried in the magnetic flux error due to Ld or Φad error, and the permanent magnet temperature (magnetic flux) is accurate. It can be difficult to estimate well.
該永久磁石温度(磁束)推定原理は、永久磁石磁束Φｍの大きさに対して電機子反作用磁束のｄ軸成分Φａｄの大きさが相対的に小さい、すなわち、電流の絶対値が小さい領域における永久磁石温度(磁束)推定に適しており、実施の形態１に示した第２推定器７２の別の実施の態様とするのが適している。
The permanent magnet temperature (magnetic flux) estimation principle is based on the fact that the magnitude of the d-axis component Φad of the armature reaction magnetic flux is relatively small with respect to the magnitude of the permanent magnet magnetic flux Φm, that is, in the region where the absolute value of the current is small. It is suitable for estimating the magnet temperature (magnetic flux), and is suitable for another embodiment of the
スイッチ７３の構成は先の実施の形態１と同一でよい。以上が、実施の形態２における同期機制御装置の説明である。
The configuration of the
この実施の形態によれば、先の実施の形態１と同様に、電流条件に応じて推定精度がより良好となる同期機の界磁を形成する永久磁石の温度(磁束)推定法を選択することから、電流条件に左右されずに永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度(磁束)を精度良く推定できる効果に加え、磁気飽和特性を考慮することで、同期機の磁石温度(磁束)の推定精度を高める効果がある。 According to this embodiment, as in the first embodiment, the temperature (magnetic flux) estimation method for the permanent magnet that forms the field of the synchronous machine with better estimation accuracy is selected according to the current conditions. Therefore, in addition to the effect of accurately estimating the temperature (magnetic flux) of the permanent magnet without attaching a temperature detector directly to the permanent magnet regardless of the current conditions, the magnetic saturation characteristics of the synchronous machine There is an effect of improving the estimation accuracy of the magnet temperature (magnetic flux).
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による同期機制御装置について説明する。先の実施の形態１または２に示した磁石状態推定部７(７ａ、７ｂ)で行われる同期機１の界磁を形成する永久磁石の磁束または温度を推定するまでの一連の流れに関し、磁束推定器６(６ａ、６ｂ)においてｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑの実際の値が不明であるため、ｄ−ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑの代わりにｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いた演算を実施している。
Next, a synchronous machine control device according to
これは、ｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊とｄ−ｑ軸上の(実際の)電圧Ｖｄ、Ｖｑとの間に差異が無いとの前提であるが、実際には、電力変換部２の電圧出力誤差(例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差)の影響が、電圧の大きさが小さい領域、または、電圧が低くなる低速度域において生じることがある。 This is based on the premise that there is no difference between the voltage commands Vd *, Vq * on the dq axis and the (actual) voltages Vd, Vq on the dq axis. The influence of the voltage output error of the conversion unit 2 (for example, a voltage error due to the dead time of the inverter) may occur in a region where the voltage is small or a low speed region where the voltage is low.
そのことを鑑み、実施の形態３に係る同期機制御装置は、先の実施の形態１、２に示した磁石状態推定部７(７ａ、７ｂ)による同期機１の永久磁石の磁束または温度を推定する動作を、前記回転子位置θの変化から算出される同期機１の回転速度ωの絶対値が所定値以上においてのみ実行する、または、電圧指令の大きさ|Ｖ|が所定値以上においてのみ実行する構成としたものである。 In view of that, the synchronous machine control device according to the third embodiment determines the magnetic flux or temperature of the permanent magnet of the synchronous machine 1 by the magnet state estimation unit 7 (7a, 7b) shown in the first and second embodiments. The estimation operation is executed only when the absolute value of the rotational speed ω of the synchronous machine 1 calculated from the change in the rotor position θ is equal to or greater than a predetermined value, or when the voltage command magnitude | V | It is configured to execute only.
特に、同期機１自身が発生するトルクで加速するような用途の場合、速度零から通電を開始してトルクを発生させる動作において、温度上昇による永久磁石の減磁の影響が生じる前に電力変換部２の電圧出力精度の影響を受け易い速度帯域を超えることも多く、このような用途においては、低速域で永久磁石の温度(磁束)を推定する必要性が小さいため、永久磁石の温度(磁束)の推定動作を、同期機１の回転速度ωの絶対値が所定値以上においてのみ実行することが効果的となる。
In particular, in applications where the synchronous machine 1 accelerates with the torque generated by itself, power conversion is performed before the influence of demagnetization of the permanent magnet due to temperature rise occurs in the operation of starting energization from zero speed and generating torque. In many cases, it exceeds the speed band that is easily affected by the voltage output accuracy of the
電圧精度の影響が懸念される所定の速度ω１未満(負速度を考慮すると−ω１〜ω１の範囲)、すなわち|ω|＜ω１の条件では、磁石状態推定部７(７ａ、７ｂ)による同期機１の永久磁石の温度(磁束)の推定動作を行わないようにする。 Under the condition that the voltage accuracy is less than the predetermined speed ω1 (in the range of −ω1 to ω1 considering the negative speed), that is, | ω | <ω1, the synchronous machine by the magnet state estimation unit 7 (7a, 7b) The estimation operation of the temperature (magnetic flux) of one permanent magnet is not performed.
また、電力変換部２の電圧出力誤差の影響を小さくする視点から、同期機１の回転速度ωではなく、電圧指令の大きさ|Ｖ|に基づく方法でもよい。ただし、この発明において、電圧指令の大きさ|Ｖ|とはｄ−ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊に基づいた(１３)式により定義する一例を示すが、必ずしも(１３)式に従わなくとも三相側の電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいて求めもよい。
Further, from the viewpoint of reducing the influence of the voltage output error of the
電圧精度の影響が懸念される所定の電圧の大きさＶ１未満、すなわち|Ｖ|＜Ｖ１の条件では、磁石状態推定部７(７ａ)による同期機１の永久磁石の温度(磁束)の推定動作を行わないようにする。 Under the condition that the voltage accuracy is less than the predetermined voltage V1, that is, | V | <V1, an estimation operation of the temperature (magnetic flux) of the permanent magnet of the synchronous machine 1 by the magnet state estimation unit 7 (7a). Do not do.
同期機１の永久磁石の温度(磁束)の推定動作を行わない期間については、前回推定値を保持するなどの処置を施せばよい。 For the period in which the operation of estimating the temperature (magnetic flux) of the permanent magnet of the synchronous machine 1 is not performed, a measure such as holding the previous estimated value may be taken.
このようにすれば、電力変換部２の電圧出力精度がより高くなる高い速度帯域、または、高い電圧範囲のみ永久磁石温度(磁束)を推定する動作を実行するため、推定精度を高める効果がある。
In this way, the operation of estimating the permanent magnet temperature (magnetic flux) is performed only in a high speed band where the voltage output accuracy of the
以上が、実施の形態３における同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、電力変換部２の電圧出力精度がより高くなる速度帯域のみ永久磁石磁束または温度を推定する動作を実行することで、電圧指令に基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器６(６ａ、６ｂ)における推定精度が高い時のみ磁石状態推定部７(７ａ、７ｂ)において永久磁石の磁束または温度の推定が行われ、同期機１の磁石温度(磁束)の推定精度を高める効果がある。
The above is the description of the synchronous machine control device according to the third embodiment. According to this embodiment, the armature chain of the synchronous machine 1 is executed based on the voltage command by executing the operation of estimating the permanent magnet magnetic flux or the temperature only in the speed band where the voltage output accuracy of the
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, All these possible combinations are included.
１ 同期機、２ 電圧変換部、３ 電流検出部、４，４ａ 位置検出部、５ 電流制御器、６，６ａ，６ｂ 磁束推定器、７，７ａ，７ｂ 磁石状態推定部、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 座標変換器、１２ 加減算器、１３ 電源、７１ 第１推定器、７２，７２ａ，７２ｂ 第２推定器、７３ スイッチ(出力切換部)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous machine, 2 Voltage conversion part, 3 Current detection part, 4, 4a Position detection part, 5 Current controller, 6, 6a, 6b Magnetic flux estimator, 7, 7a, 7b Magnet state estimation part, 11, 11a, 11b , 11c coordinate converter, 12 adder / subtractor, 13 power source, 71 first estimator, 72, 72a, 72b second estimator, 73 switch (output switching unit).
この発明は、界磁が永久磁石により形成される同期機に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換部と、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部と、前記同期機の回転子位置を推定または検出する位置検出部と、電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸(ｄ−ｑ軸)座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器と、前記回転子位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器と、前記永久磁石の温度または磁束を推定し出力する磁石状態推定部と、を備え、前記磁石状態推定部が、前記磁束推定器にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸(γ−δ軸)上の電流へ前記電流指令または前記電機子電流を前記回転子位置に基づいて座標変換し、前記直交二軸(γ−δ軸)上の電流と前記電流指令とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第１の出力値を求める第１推定器と、前記電機子鎖交磁束と前記電流指令とに基づいて演算される状態量とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第２の出力値を求める第２推定器と、前記電流指令または前記電機子電流の絶対値が所定値以上であれば前記第１の出力値を選択して出力し、前記所定値未満であれば前記第２の出力値を選択して出力する出力切換部と、を含む、ことを特徴とする永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置等にある。 The present invention relates to a power converter that outputs a voltage based on a voltage command to a synchronous machine having a field formed of a permanent magnet, a current detector that detects an armature current of the synchronous machine, and the synchronous Based on the position detection unit for estimating or detecting the rotor position of the machine, and the armature current coordinate-converted on the rotation orthogonal biaxial (dq axis) coordinates based on the current command and the rotor position. A current controller that generates the voltage command by performing current control on rotationally orthogonal two-axis coordinates, a rotational speed of the synchronous machine calculated from a change in the rotor position, the voltage command, and the current command. A magnetic flux estimator that estimates the armature flux linkage of the synchronous machine based on the magnetic state estimation unit that estimates and outputs the temperature or magnetic flux of the permanent magnet, and the magnet state estimation unit includes the magnetic flux estimation unit. The armature chain estimated by the vessel Based on the rotor position, the current command or the armature current is coordinate-converted to a current on two orthogonal axes (γ-δ axes) where the direction of magnetic flux generation is the γ-axis and the orthogonal direction of the γ-axis is the δ-axis. A first estimator for obtaining a first output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on the current on the two orthogonal axes (γ-δ axes) and the current command; and the armature linkage a second estimator for obtaining a second output value corresponding to the temperature or flux of the permanent magnet on the basis of the state variable and that is calculated based on the magnetic flux and the current command, the current command or the armature current absolute value selects and outputs the first output value equal to or greater than a predetermined value, including an output switching unit for selecting and outputting said second output value is less than the predetermined value, it The present invention is in a synchronous machine control device or the like having a permanent magnet state estimation function.
該演算により得られた|Ｉ|が所定値以上であれば、第１の出力値Ｔｍａｇ１(またはΦｍａｇ１)を選択し、演算により得られた|Ｉ|が所定値未満であれば、第２の出力値(またはΦｍａｇ２)を選択し、選択された該出力値(永久磁石温度推定値Ｔｍａｇまたは永久磁石磁束推定値Φｍａｇ)を磁石状態推定部７から出力すればよい。 If | I | obtained by the calculation is greater than or equal to a predetermined value , the first output value Tmag1 (or Φmag1) is selected, and if | I | The output value (or Φmag2) is selected, and the selected output value (permanent magnet temperature estimated value Tmag or permanent magnet magnetic flux estimated value Φmag) may be output from the magnet state estimating unit 7.
Claims (8)
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部と、
前記同期機の回転子位置を推定または検出する位置検出部と、
電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸(ｄ−ｑ軸)座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器と、
前記回転子位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器と、
前記永久磁石の温度または磁束を推定し出力する磁石状態推定部と、
を備え、
前記磁石状態推定部が、
前記磁束推定器にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸(γ−δ軸)上の電流へ前記電流指令または前記電機子電流を前記回転子位置に基づいて座標変換し、前記直交二軸(γ−δ軸)上の電流と前記電流指令とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第１の出力値を求める第１推定器と、
前記電機子鎖交磁束と前記電流指令とに基づいて演算される状態量とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第２の出力値を求める第２推定器と、
前記電流指令または前記電機子電流に基づいて前記第１の出力値と前記第２の出力値とを選択して出力する出力切換部と、
を含む、
ことを特徴とする永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置。 For a synchronous machine whose field is formed by a permanent magnet, a power converter that outputs a voltage based on a voltage command;
A current detector for detecting an armature current of the synchronous machine;
A position detector for estimating or detecting a rotor position of the synchronous machine;
The voltage is obtained by performing current control on the rotation orthogonal two-axis coordinate based on the current command and the armature current coordinate-converted on the rotation orthogonal two-axis (dq axis) coordinate based on the rotor position. A current controller for generating a command;
A magnetic flux estimator for estimating an armature linkage magnetic flux of the synchronous machine based on a rotation speed of the synchronous machine calculated from a change in the rotor position, the voltage command, and the current command;
A magnet state estimation unit that estimates and outputs the temperature or magnetic flux of the permanent magnet;
With
The magnet state estimation unit,
The current command or the current to the current on two orthogonal axes (γ−δ axes) where the generation direction of the armature flux linkage estimated by the magnetic flux estimator is the γ axis and the orthogonal direction of the γ axis is the δ axis A first output corresponding to a temperature or a magnetic flux of the permanent magnet based on the current on the orthogonal two axes (γ-δ axes) and the current command is coordinate-transformed based on the rotor position. A first estimator for determining a value;
A second estimator for obtaining a second output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on the armature interlinkage magnetic flux and a state quantity calculated based on the current command;
An output switching unit that selects and outputs the first output value and the second output value based on the current command or the armature current;
including,
A synchronous machine control device having a permanent magnet state estimation function.
前記第２推定器は、前記電機子鎖交磁束の絶対値と前記電流指令とに基づいて前記第２の出力値を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置。 The magnetic flux estimator estimates an angle formed by the γ axis with respect to the d axis and an absolute value of the armature interlinkage magnetic flux;
The permanent magnet state estimation function according to claim 1, wherein the second estimator obtains the second output value based on an absolute value of the armature flux linkage and the current command. Synchronous machine control device.
前記第２推定器は、ｄ軸に対するγ軸とのなす角度と前記電流指令とに基づいて前記第２の出力値を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御装置。 The magnetic flux estimator estimates an angle between the γ axis and the d axis;
3. The permanent magnet state estimation function according to claim 1, wherein the second estimator obtains the second output value based on an angle formed by a γ-axis with respect to a d-axis and the current command. Synchronous machine control device.
前記回転子位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する工程と、
前記永久磁石の温度または磁束を推定し出力する工程と、
を備え、
前記永久磁石の温度または磁束を推定し出力する工程が、
推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸(γ−δ軸)上の電流へ前記電流指令または前記電機子電流を前記回転子位置に基づいて座標変換し、前記直交二軸(γ−δ軸)上の電流と前記電流指令とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第１の出力値を求める工程と、
前記電機子鎖交磁束と前記電流指令とに基づいて演算される状態量とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束に相当する第２の出力値を求める工程と、
前記電流指令または前記電機子電流に基づいて前記第１の出力値と前記第２の出力値とを選択して出力する工程と、
を含む、
ことを特徴とする永久磁石状態推定機能を備えた同期機制御方法。 For a synchronous machine in which the field is formed by a permanent magnet, the current command and the armature current of the synchronous machine are on the rotation orthogonal biaxial (dq axis) coordinates based on the rotor position of the synchronous machine. A voltage command is generated by performing current control on the rotation orthogonal two-axis coordinates based on the armature current that has undergone the coordinate conversion, and a power conversion unit outputs a voltage based on the voltage command. In control,
Estimating an armature linkage magnetic flux of the synchronous machine based on a rotation speed of the synchronous machine calculated from a change in the rotor position, the voltage command, and the current command;
Estimating and outputting the temperature or magnetic flux of the permanent magnet;
With
Estimating and outputting the temperature or magnetic flux of the permanent magnet,
Rotate the current command or the armature current to a current on two orthogonal axes (γ-δ axes) where the estimated generation direction of the armature flux linkage is the γ axis and the orthogonal direction of the γ axis is the δ axis. Converting the coordinates based on the child position, and obtaining a first output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on the current on the two orthogonal axes (γ-δ axes) and the current command;
Obtaining a second output value corresponding to the temperature or magnetic flux of the permanent magnet based on the state quantity calculated based on the armature interlinkage magnetic flux and the current command;
Selecting and outputting the first output value and the second output value based on the current command or the armature current;
including,
A synchronous machine control method provided with a permanent magnet state estimation function.
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