特許ウォッチ

公開番号2024167494
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-04
出願番号2023083594
出願日2023-05-22
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
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02P 21/14 20160101AFI20241127BHJP(電力の発電,変換,配電)
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。
続きを表示（約 3,800 文字）【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、
TIFF
2024167494000036.tif
50
166
TIFF
2024167494000037.tif
50
166
TIFF
2024167494000038.tif
50
166
（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。
TIFF
2024167494000039.tif
50
166
（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、
TIFF
2024167494000040.tif
50
166
TIFF
2024167494000041.tif
50
166
TIFF
2024167494000042.tif
50
166
（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。
TIFF
2024167494000043.tif
50
166
（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、
TIFF
2024167494000044.tif
50
166
（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、
TIFF
2024167494000045.tif
50
166
ｓｕｂｊｅｃｔｔｏ
TIFF
2024167494000046.tif
50
166
TIFF
2024167494000047.tif
50
166
TIFF
2024167494000048.tif
50
166
（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。
TIFF
2024167494000049.tif
50
166
ｓｕｂｊｅｃｔｔｏ
TIFF
2024167494000050.tif
50
166
TIFF
2024167494000051.tif
50
166
TIFF
2024167494000052.tif
50
166
（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（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）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。
続きを表示（約 850 文字）【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】
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】
特開２０２１－１１８６５２号公報
特開２０２２－１７８４００号公報
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】以降は省略されています）

関連特許