CN115836474A - 旋转机控制装置 - Google Patents

Abstract

得到无需使用电流指令映射而能够在适合地保护旋转机以避免发热的同时以降低损失而不降低转矩的方式生成电流指令值的旋转机控制装置。旋转机控制装置(1000)控制具有定子绕组以及励磁绕组的旋转机(1)，具备根据取得的旋转机(1)的温度来生成电流指令值的电流指令生成部(23)，电流指令生成部(23)具有：约束条件设定部(51)，根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流，求出约束条件；最佳化运算部(55)，使用根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流设定的评价函数以及约束条件，计算并输出电流指令值；以及约束条件更新部(53)，根据旋转机的温度来更新约束条件，使用更新的约束条件计算并输出电流指令值。

Description

旋转机控制装置

技术领域

本申请涉及旋转机控制装置。

背景技术

在绕组温度上升的情况下，为了保护旋转机以避免过热，一般减小绕组的通电量。

例如，公开了如下方法：根据定子绕组以及励磁绕组的温度，将定子绕组以及励磁绕组的电流指令映射(map)持有多个，由此减小定子绕组以及励磁绕组中的温度高的绕组的电流指令值，增大温度低的绕组的电流指令值，从而抑制输出转矩降低(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-176114号公报

专利文献2：日本专利第4210992号公报

发明内容

在专利文献1中，需要事先准备与各绕组温度对应的电流指令映射，参数的数量(例如旋转数、电阻、电感等旋转机参数、DC电压、旋转速度等)越多，电流指令可取的样式按照指数函数增加。特别地，在具有励磁绕组的旋转机中，由于参数的数量多，所以与温度对应的电流指令样式变得非常庞大，所以难以作为映射持有。

另一方面，在专利文献2中，公开了无需使用电流指令映射，根据转矩指令值以使铜损成为最小的方式更新定子绕组以及励磁绕组的电流指令值。但是，在专利文献2中，虽然未具有电流指令映射，但由于未考虑温度信息，所以在旋转机温度上升的情况下，无法抑制输出转矩降低且无法抑制旋转机过热。

本申请公开了用于解决上述课题的技术，其目的在于得到一种无需使用电流指令映射而能够在适合地保护旋转机以避免发热的同时以降低损失而不降低转矩的方式生成电流指令值的旋转机控制装置。

本申请公开的旋转机控制装置控制具有定子绕组以及励磁绕组的旋转机，该旋转机控制装置具备：温度信息取得部，取得所述旋转机的温度；以及电流指令生成部，根据通过所述温度信息取得部取得的所述旋转机的温度，生成电流指令值，所述电流指令生成部具有：约束条件设定部，根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流的各条件，求出约束条件；最佳化运算部，使用根据所述转矩指令、所述定子绕组电压、所述定子绕组电流以及所述励磁绕组电流设定的评价函数以及所述约束条件，计算并输出所述电流指令值；以及约束条件更新部，根据通过所述温度信息取得部取得的所述旋转机的温度，更新所述约束条件，使用更新后的所述约束条件，计算并输出所述电流指令值。

根据本申请公开的旋转机控制装置，能够得到无需使用电流指令映射而能够在适合地保护旋转机以免发热的同时以降低损失而不降低转矩的方式生成电流指令值的旋转机控制装置。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置的硬件结构的图。

图2是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置的结构的框图。

图3是示出实施方式1所涉及的定子绕组电流控制部的框图。

图4是示出实施方式1所涉及的励磁绕组电流控制部的框图。

图5是示出实施方式1所涉及的电流指令生成部的框图。

图6是示出由电流指令部生成的10个指令模式的条件的图。

图7A是示出实施方式1所涉及的最佳化运算部中的运算流程的流程图。

图7B是示出实施方式1所涉及的最佳化运算部中的运算流程的流程图。

图7C是示出实施方式1所涉及的最佳化运算部中的运算流程的流程图。

图8是示出实施方式1所涉及的由旋转机控制装置实施的控制例的图。

图9是示出实施方式1所涉及的由旋转机控制装置实施的控制例的图。

(附图标记说明)

1：旋转机；2：位置检测器；3：温度检测器；4、5：电流检测器；6：定子绕组电力变换器；7：励磁绕组电力变换器；10：处理器；11：存储装置；20：微分器；21：定子绕组电流控制部；22：励磁绕组电流控制部；23：电流指令生成部；24：温度信息取得部；30、40：加减法器；31、41：PI控制器；32：dq/uvw坐标变换器；33：uvw/dq坐标变换器；34、42：电压限幅器；50：旋转机参数取得部；51：约束条件设定部；52：评价函数设定部；53：约束条件更新部；54：评价函数更新部；55：最佳化运算部；1000：旋转机控制装置。

具体实施方式

以下，参照附图说明本实施方式。此外，在各图中，设同一符号表示同一或者相当的部分。另外，作为旋转机，应用于交流发电机、马达或者驱动装置等旋转机等，但在此作为一个例子说明搭载于汽车的车载用交流发电机。

实施方式1.

以下，说明实施方式1所涉及的旋转机控制装置。

图1是示出本实施方式1所涉及的旋转机控制装置的硬件结构的图，示出还包括作为控制对象的旋转机的系统整体。在图中，旋转机控制装置1000是对旋转机1进行驱动控制的装置，分别经由后述定子绕组电力变换器6、励磁绕组电力变换器7与旋转机1的各绕组连接。另外，旋转机控制装置1000与设置于旋转机1的位置检测器2以及温度检测器3连接。进而，旋转机控制装置1000与在定子绕组电力变换器6、励磁绕组电力变换器7与旋转机1之间分别串联地连接的电流检测器4、5连接。

在图1中，旋转机控制装置1000具备处理器10和存储装置11。

虽然未图示，存储装置11具备随机存取存储器等易失性存储装置和闪存存储器等非易失性的辅助存储装置。另外，存储装置11也可以代替非易失性的辅助存储装置而具备硬盘等辅助存储装置。

处理器10执行从存储装置11输入的程序。存储装置11具备辅助存储装置和易失性存储装置，所以从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器10输入程序。另外，处理器10既可以将运算结果等数据输出给存储装置11的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置向辅助存储装置保存数据。

旋转机1被用于例如车载用交流发电机，虽然未图示，在转子中具有永久磁铁和励磁绕组，在定子中具有三相的定子绕组。此外，旋转机1既可以具有永久磁铁，也可以不具有永久磁铁，还可以是在定子中将三相以上的定子绕组具有2个以上的旋转机。

位置检测器2是例如解析器，设置于旋转机1的旋转轴，检测转子的角度θ。此外，位置检测器2也可以是推测转子的角度θ的位置推测器以代替位置检测器2。

温度检测器3检测定子绕组的温度ts以及励磁绕组的温度tf。此外，温度检测器3也可以是推测定子绕组以及励磁绕组的温度的温度推测器以代替温度检测器3。另外，不仅是定子绕组以及励磁绕组的温度，而且还可以将磁铁等构成旋转机的零件的温度以及电力变换器等的温度也作为检测对象或者推测对象。

电流检测器4检测定子绕组的各相的电流iu、iv、iw，电流检测器5检测励磁绕组电流if。此外，也可以代替电流检测器4、5中的一部分或者两方，而使用推测定子绕组的电流iu、iv、iw以及励磁绕组电流if的电流推测器。

定子绕组电力变换器6使用PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)或者PAM(Pulse Amplitude Modulation：脉冲振幅调制)等公知的方法，生成与三相电压指令值vu＊、vv＊、vw＊相当的电压。另外，检测在电力变换中使用的定子绕组直流链路电压(stator winding DC link voltage)VDC。

励磁绕组电力变换器7与定子绕组电力变换器6同样地，使用PWM或者PAM等公知的方法，生成与电压指令值vf＊相当的电压。另外，检测在电力变换中使用的励磁绕组直流链路电压VDCf。

图2是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置1000的功能的框图。在图2中，具备微分器20、定子绕组电流控制部21、励磁绕组电流控制部22、电流指令生成部23以及温度信息取得部24。在此成为关于各绕组分别具有1个电流控制部的结构，但也可以在各个电流控制部中考虑绕组之间的干扰而使用公知的方法来实施非干扰化控制。

微分器20对用位置检测器2检测的转子的角度θ进行微分，运算转子的速度ω。

定子绕组电流控制部21将用电流检测器4检测的定子绕组的各相电流iu、iv、iw变换为定子绕组电流id、iq，以使定子绕组电流id、iq与用电流指令生成部23运算的定子绕组电流指令值id＊、iq＊一致的方式，运算定子绕组电压指令值vu＊、vv＊、vw＊。

励磁绕组电流控制部22以使在电流检测器5中检测的励磁绕组电流if与用电流指令生成部23运算的励磁绕组电流指令值if＊一致的方式，运算励磁绕组电压指令值vf＊。

温度信息取得部24取得用温度检测器3检测的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf。

电流指令生成部23根据转矩指令T＊、用微分器20运算的转子速度ω、用定子绕组电力变换器6检测的定子绕组直流链路电压VDC、用励磁绕组电力变换器7检测的励磁绕组直流链路电压VDCf、用温度信息取得部24取得的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf、定子绕组电流限制值idqlim、励磁绕组电流限制值iflim、用定子绕组电流控制部21变换的定子绕组电流id、iq、用励磁绕组电流控制部22变换的励磁绕组电流if，运算定子绕组电流指令值id＊、iq＊以及励磁绕组电流指令值if＊。

接下来，说明定子绕组电流控制部21。

图3是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置1000中的定子绕组电流控制部21的结构的图。在图中，定子绕组电流控制部21具有加减法器30、PI(ProportionalIntegral，比例积分)控制器31、dq/uvw坐标变换器32、和uvw/dq坐标变换器33以及电压限幅器34。

说明定子绕组电流控制部21的动作。

uvw/dq坐标变换器33使用公知的坐标变换的方法，将用电流检测器4检测的三相的定子绕组电流iu、iv、iw变换为d轴电流id以及q轴电流iq的定子绕组电流检测值。

向加减法器30输入从电流指令生成部23输出的定子绕组电流指令值id＊、iq＊和从uvw/dq坐标变换器33输出的作为电流检测值的定子绕组电流id、iq，运算定子绕组电流偏差id＊-id、iq＊-iq。根据运算的定子绕组电流偏差id＊-id、iq＊-iq，在PI控制器31中进行PI控制，生成定子绕组电压指令值vd＊＊、vq＊＊。

式(1)和式(2)示出PI控制器31中的计算例。在此，Kpd以及Kid、和Kpq以及Kiq是各轴的定子绕组电流的比例增益以及积分增益。另外，s是拉普拉斯变换的微分算子，在以后的式中也是同样的。

vd＊＊＝(Kpd+Kid/s)·(id＊-id) (1)

vq＊＊＝(Kpq+Kiq/s)·(iq＊-iq) (2)

在此，通过反馈控制计算了vd＊＊以及vq＊＊，但也可以通过前馈控制计算。

此外，虽然未图示，也可以在如上所述生成定子绕组电压指令值vd＊＊、vq＊＊之后，实施公知的非干扰化控制。

电压限幅器34在输入的定子绕组电压指令值vd＊＊、vq＊＊的振幅大于定子绕组电压限制值vdqlim的情况下，以成为定子绕组电压限制值vdqlim的值以下的方式，运算定子绕组电压指令值vd＊、vq＊。通过定子绕组直流链路电压VDC与电压利用率之积求出定子绕组电压限制值vdqlim。

此外，虽然未图示，在通过电压限幅器34限制了定子绕组电压指令值vd＊＊以及vq＊＊的电压振幅的情况下，也可以对PI控制器31的积分器实施抗饱和处理。另外，电压限幅器34限制了定子绕组电压指令值vd＊＊、vq＊＊，但也可以代替定子绕组电压指令值vd＊＊、vq＊＊而限制定子绕组直流链路电压VDC。

dq/uvw坐标变换器32使用公知的坐标变换的方法，将定子绕组电压指令值vd、vq＊变换为三相电压指令值vu＊、vv＊、vw＊。

接下来，说明励磁绕组电流控制部22。

图4是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置1000中的励磁绕组电流控制部22的结构的图。在图中，励磁绕组电流控制部22具有加减法器40、PI控制器41以及电压限幅器42。

说明励磁绕组电流控制部22的动作。

向加减法器40输入从电流指令生成部23输出的励磁绕组电流指令值if＊和用电流检测器4检测的励磁绕组电流if，运算励磁绕组电流偏差if＊-if。根据运算的励磁绕组电流偏差if＊-if，在PI控制器41中进行PI控制，生成励磁绕组电压指令值vf＊＊。

式(3)示出PI控制器41中的计算例。在此，Kpf、Kif分别是励磁绕组比例增益、积分增益。

vf＊＊＝(Kpf+Kif/s)·(if＊-if) (3)

此外，虽然未图示，也可以在如上所述生成励磁绕组电压指令值vf＊＊之后，实施公知的非干扰化控制。另外，在此通过反馈控制计算了励磁绕组电压指令值vf＊＊，但也可以通过前馈控制计算。

电压限幅器42在励磁绕组电压指令值vf＊＊的振幅大于励磁绕组电压限制值vflim的情况下，以成为励磁绕组电压限制值vflim的值以下的方式，运算励磁绕组电压指令值vf＊。通过励磁绕组直流链路电压VDCf与电压利用率之积，求出励磁绕组电压限制值vflim。

此外，虽然未图示，在通过电压限幅器42限制了励磁绕组电压指令值vf＊＊的电压振幅的情况下，也可以对PI控制器41的积分器实施抗饱和处理。另外，电压限幅器42限制了励磁绕组电压指令值vf＊＊，但也可以代替励磁绕组电压指令值vf＊＊而限制励磁绕组直流链路电压VDCf。

接下来，说明电流指令生成部23。

图5是示出实施方式1所涉及的旋转机控制装置1000中的电流指令生成部23的结构的图。在图中，电流指令生成部23具有旋转机参数取得部50、约束条件设定部51、评价函数设定部52、约束条件更新部53、评价函数更新部54以及最佳化运算部55。

旋转机参数取得部50根据用定子绕组电流控制部21变换的定子绕组电流id、iq、用电流检测器5检测的励磁绕组电流if、用温度信息取得部24取得的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，作为旋转机参数取得定子绕组电阻R、励磁绕组电阻Rf、定子绕组电感Ld、Lq、定子绕组与励磁绕组之间的互感M、磁铁磁通KE。另外，根据用温度信息取得部24取得的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，更新旋转机参数。

此外，旋转机参数取得部50也可以是不仅取得定子绕组电流id、iq、励磁绕组电流if、定子绕组温度ts、励磁绕组温度tf，而且还取得指令电流或者电压等作为自变量。另外，作为旋转机参数，也可以是不仅取得定子绕组电阻R、励磁绕组电阻Rf、定子绕组电感Ld、Lq、定子绕组励磁绕组间互感M、磁铁磁通KE，而且还取得励磁绕组电感Lf。在双重三相绕组型的旋转机的情况下，也可以将定子之间的互感等设定为旋转机参数，旋转机参数不仅可以是电感表述，而且也可以是磁通表述。

在约束条件设定部51中，根据转矩指令T＊、转子速度ω、各直流链路电压VDC、VDCf、从旋转机参数取得部50输出的旋转机参数、以及从最佳化运算部55输出的电流指令值id＊、iq＊、if＊，设定约束条件。此外，也可以在约束条件设定部51中，代替电流指令值id＊、iq＊、if＊而使用检测电流id、iq、if。

在评价函数设定部52中，根据转矩指令T＊、转子速度ω、各直流链路电压VDC、VDCf、从旋转机参数取得部50输出的旋转机参数、以及从最佳化运算部55输出的电流指令值id＊、iq＊、if＊，设定评价函数。此外，在评价函数设定部52中，也可以与约束条件设定部51同样地，代替电流指令值id＊、iq＊、if＊而使用检测电流id、iq、if。

接下来，关于约束条件设定部51中的约束条件的设定方法以及评价函数设定部52中的评价函数的设定方法，以下按10个指令模式的每一个具体地说明。

此外，在图6中汇总了按指令模式的条件，在条件a：转矩指令限制中，如果转矩指令处于达到转矩指令最大值为止的范围内则记为0，在达到转矩指令最大值而饱和的情况下记为1；在条件b：电压限制中，如果电压vdq处于达到电压最大值vdqmax为止的范围内则记为0，在达到电压最大值vdqmax而饱和的情况下记为1；在条件c：励磁绕组电流限制中，如果励磁绕组电流if处于达到励磁绕组电流最大值ifmax为止的范围内则记为0，在达到励磁绕组电流最大值ifmax而饱和的情况下记为1；在条件d：定子绕组电流限制中，如果定子绕组电流id、iq处于达到定子绕组电流振幅最大值idqmax为止的范围内则记为0，在达到定子绕组电流振幅最大值idqmax而饱和的情况下记为1。

<指令模式1>

在动作点中，在可输出转矩指令、在电压限制内、且定子绕组电流以及励磁绕组电流在电流限制内的情况下，使约束条件成为式(4)，使评价函数成为式(5)。

[数学式1]

(L_d-L_q)i_di_q+(K_E+Mi_f)i_q-C_T＝0 (4)

[数学式2]

式(4)表示转矩，式(5)表示铜损。在此，CT是将转矩指令T＊除以极对数Pn而得到的，Pw表示损失，Ld、Lq、M分别表示d轴电感、q轴电感、定子绕组与励磁绕组之间的互感，KE表示磁铁磁通。此外，以后将省略记述，虽然作为指标设为铜损说明了评价函数，但也可以是作为其他损失的铁损，还可以成为以功率因数为指标的评价函数。在将功率因数设为评价函数的情况下设定为功率因数成为最大。

通过将式(4)作为约束条件来求解使式(5)成为最小的id、iq、if，能够运算在转矩指令值下损失成为最小的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式1。

<指令模式2>

在动作点中，在可输出转矩指令、在电压限制内、定子绕组电流在电流限制内、且励磁绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(6)，将评价函数设为式(7)。

[数学式3]

(L_d－L_q)i_di_q+(K_E+Mi_fmax)i_q-C_T＝0 (6)

[数学式4]

在此，ifmax意味着励磁绕组电流最大值。此外，在励磁绕组电压超过励磁绕组电压最大值vfmax(vfmax＝kf×VDCf，在此kf是电压利用率)的情况下，以使励磁绕组电压成为vfmax以内的方式，变更ifmax。

通过将式(6)设为约束条件来求解使式(7)成为最小的id、iq，能够在转矩指令值下运算出在励磁绕组电流饱和时损失成为最小的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式2。

<指令模式3>

在动作点中，在可输出转矩指令、在电压限制内、励磁绕组电流在电流限制内、且定子绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(8)，将评价函数设为式(9)。

[数学式5]

[数学式6]

在此，idqmax意味着定子绕组电流振幅最大值。

通过将式(8)设为约束条件来求解使式(9)成为最小的id、if，能够在转矩指令值下运算出在定子绕组电流饱和时损失成为最小的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式3。

<指令模式4>

在动作点中，在不可输出转矩指令、在电压限制内、且定子绕组电流以及励磁绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(10)，将评价函数设为式(11)。

[数学式7]

[数学式8]

通过将式(10)设为约束条件来求解使式(11)成为最大的id，能够运算在定子绕组电流以及励磁绕组电流饱和时成为最大转矩的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式4。

<指令模式5>

在动作点中，在可输出转矩指令、处于电压饱和时、且定子绕组电流以及励磁绕组电流在电流限制内的情况下，将约束条件设为式(12)、(13)，将评价函数设为式(14)。

[数学式9]

(L_d-L_q)i_di_q+(K_E+Mi_f)i_q-C_T＝0 (12)

[数学式10]

[数学式11]

式(13)是将旋转机的稳定的电压除以角速度ωre而得到的，CV意味着将电压限制值vdqmax(vdqmax＝k×VDC，在此k是电压利用率)除以角速度ωre而得到的结果。

通过将式(12)、(13)设为约束条件来求解使式(14)成为最小的id、iq、if，能够在转矩指令值下运算出在电压饱和时损失成为最小的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式5。

<指令模式6>

在动作点中，在可输出转矩指令、处于电压饱和时、定子绕组电流在电流限制内、且励磁绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(15)、(16)，不设定评价函数。在该情况下，求出满足作为约束条件的式(15)、(16)的id、iq、if。

[数学式12]

[数学式13]

通过将式(15)、(16)设为约束条件来求解id、iq，能够在转矩指令值下运算出处于电压饱和时并且励磁绕组电流饱和的情况下的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式6。

<指令模式7>

在动作点中，在可输出转矩指令、处于电压饱和时、定子绕组电流饱和、且励磁绕组电流在电流限制内的情况下，将约束条件设为式(17)、(18)，不设定评价函数。

[数学式14]

[数学式15]

通过将式(17)、(18)设为约束条件来求解id、if，能够在转矩指令值下运算出处于电压饱和时并且定子绕组电流是饱和损失的情况下的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式7。

<指令模式8>

在动作点中，在不可输出转矩指令、处于电压饱和时、定子绕组电流在电流限制内、且励磁绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(19)，将评价函数设为(20)。

[数学式16]

[数学式17]

通过将式(19)设为约束条件来求解使式(20)成为最大的id、iq，能够运算在处于电压饱和时并且励磁绕组电流饱和的情况下成为最大转矩的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式8。

<指令模式9>

在动作点中，在不可输出转矩指令、处于电压饱和时、定子绕组电流饱和、且励磁绕组电流在电流限制内的情况下，将约束条件设为式(21)，将评价函数设为(22)。

[数学式18]

[数学式19]

通过将式(21)设为约束条件来求解使式(22)成为最大的id、if，能够运算在处于电压饱和时并且定子绕组电流饱和的情况下成为最大转矩的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式9。

<指令模式10>

在动作点中，在不可输出转矩指令、处于电压饱和时、且定子绕组电流以及励磁绕组电流饱和的情况下，将约束条件设为式(23)，将评价函数设为(24)。

[数学式20]

[数学式21]

通过将式(23)设为约束条件来求解使式(24)成为最大的id，能够运算在处于电压饱和时并且定子绕组电流和励磁绕组电流饱和的情况下成为最大转矩的电流指令值。此外，将本条件定义为指令模式10。

如以上所述，通过设定指令模式1至10的条件，能够设定基于旋转机的速度、转矩的所有动作点的约束条件和评价函数。由此，根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流的各条件从指令模式1至10设定约束条件以及评价函数，求解约束条件以及评价函数，由此能够计算出损失成为最小或者成为最大转矩的电流指令值。

此外，从指令模式1至10用电感表述了表现转矩以及电压的式，但不仅是电感也可以是用磁通表述。另外，电感以及磁通成为电流的函数，所以在表述为电流的函数时，能够考虑磁饱和，运算精度提高。而且，磁铁磁通、绕组电阻是根据温度而变化的参数，所以也可以表述为温度或者电流的函数，同样地提高运算精度。

<约束条件以及评价函数的更新>

在图5中，在约束条件更新部53中，根据来自约束条件设定部51的约束条件和来自温度检测器3的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，进行约束条件的更新。

在评价函数更新部54中，根据来自评价函数设定部52的评价函数和来自温度检测器3的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，进行评价函数的更新。

接下来，说明约束条件更新部53以及评价函数更新部54的具体的动作。以使在温度检测器3中检测的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf不超过定子绕组温度最大值tsmax以及励磁绕组温度最大值tfmax的方式，求出定子绕组电流限制值idqlim以及励磁绕组电流限制值iflim。在定子绕组电流限制值idqlim小于为了过电流保护而设定的定子绕组电流振幅最大值idqmax的情况下，将来自约束条件设定部51的约束条件以及来自评价函数设定部52的评价函数中的idqmax置换为idqlim。

同样地，在励磁绕组电流限制值iflim小于为了过电流保护而设定的励磁绕组电流最大值ifmax的情况下，将来自约束条件设定部51的约束条件以及来自评价函数设定部52的评价函数中的ifmax置换为iflim。如上所述，通过将约束条件和评价函数的定子绕组和励磁绕组的过电流保护用的电流最大值置换为过热保护用的电流限制值，能够针对基于旋转机的速度、转矩的所有动作点，设定考虑了与动作相应地总是变化的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf的约束条件以及评价函数。

在此，示出了根据定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf求出定子绕组电流限制值idqlim和励磁绕组电流限制值iflim的例子，但也可以根据磁铁等构成旋转机的零件的温度或者电力变换器等的温度，求出定子绕组电流限制值idqlim以及励磁绕组电流限制值iflim，以代替定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf。特别地，在使用磁铁的温度的情况下，基本上仅将励磁绕组温度tf置换为磁铁温度即可，成为根据磁铁温度限制励磁绕组电流限制值iflim的结构即可。

另外，限制值不限于电流。例如，也可以使用定子绕组电压最大值vdqmax以及励磁绕组电压最大值vfmax，根据检测的定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，置换为定子绕组电压限制值vdqlim、励磁绕组电压限制值vflim。

在本实施方式中，设为根据检测的温度信息来更新约束条件以及评价函数的结构，但也可以设为代替温度而根据功耗或者通电时间来更新约束条件和评价函数的结构。

<最佳化运算部>

在图5中，在最佳化运算部55中，根据在约束条件更新部53以及评价函数更新部54中更新的约束条件以及评价函数，求解使评价函数成为最小或者最大的带约束条件的最佳化问题，选择最接近条件的指令模式，由此求出电流指令值id＊、iq＊、if＊。具体而言，依照图7A、图7B以及图7C所示的流程图，根据电流限制或者电压限制、转矩输出限制的判定式，决定是上述指令模式中的哪一个。根据检测的温度信息，总是更新电流限制、电压限制以及转矩输出限制的判定式。

接下来，依照图7A、图7B以及图7C所示的流程图，说明在动作点中处于哪一个指令模式的决定方法。

首先，在图7A中，根据转矩指令，在最佳化运算部55中生成定子绕组电流指令值id＊、iq＊以及励磁绕组电流指令值if＊，在定子绕组和励磁绕组中流过电流。在定子绕组和励磁绕组中开始流过电流的时间点即步骤S101中，处于指令模式1的状态。在通电过程中，绕组的温度上升。在由于该温度上升，虽然励磁绕组电流if是限制范围内(在步骤S102中“是”)，但定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S103中“否”)，切换到指令模式3(步骤S104)。在以指令模式3动作过程中，进而励磁绕组电流if饱和的情况下(在步骤S105中“否”)，切换到指令模式4(步骤S106)。

在以指令模式1(步骤S101)动作过程中，虽然励磁绕组电流if饱和(在步骤S102中“否”)，但定子绕组电流id、iq是限制范围内的情况下(在步骤S107中“是”)，切换到指令模式2(步骤S108)。在以指令模式2动作过程中，进而定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S109中“否”)，切换到指令模式4(步骤S106)。

在以指令模式1(步骤S101)动作过程中，励磁绕组电流if饱和(在步骤S102中“否”)，并且定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S107中“否”)，切换到指令模式4(步骤S106)。

在以从指令模式2到指令模式4的指令模式动作过程中，电压vdq饱和的情况下(在步骤S110中“否”)，切换到指令模式5(步骤S111)。

在电压vdq在限制内且能够以从指令模式2到指令模式4控制的情况下(在步骤S110中“是”)，继续进行其指令模式下的控制。

在图7B中，在以指令模式5动作过程中，励磁绕组电流if成为限制范围内(在步骤S112中“是”)，并且定子绕组电流id、iq也成为限制范围内的情况下(在步骤S113中“是”)，继续进行指令模式5下的控制。

在以指令模式5动作过程中，励磁绕组电流if成为限制范围内(在步骤S112中“是”)，并且定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S113中“否”)，切换到指令模式7(步骤S114)。

在以指令模式5动作过程中，励磁绕组电流if饱和(在步骤S112中“否”)，但定子绕组电流id、iq成为限制范围内的情况下(在步骤S116中“是”)，切换到指令模式6(步骤S117)。

在以指令模式5动作过程中，励磁绕组电流if饱和(在步骤S112中“否”)，定子绕组电流id、iq也饱和的情况下(在步骤S116中“否”)，切换到指令模式10(步骤S125)。

在以指令模式6或者指令模式7动作过程中，能够根据转矩指令T＊输出转矩输出T的情况下(在步骤S115中“是”)，继续进行其指令模式下的控制。

在以指令模式6或者指令模式7动作过程中，无法根据转矩指令T＊输出转矩输出T的情况下(在步骤S115中“否”)，转移到图7C中的接下来的判定。

即使在以指令模式6或者指令模式7动作过程中无法根据转矩指令T＊输出转矩输出T的情况下(在步骤S115中“否”)，在励磁绕组电流if成为限制范围内(在步骤S118中“是”)，并且定子绕组电流id、iq也成为限制范围内的情况下(在步骤S119中“是”)，继续进行指令模式6或者7下的控制。

在无法根据转矩指令T＊输出转矩输出T的情况下(在步骤S115中“否”)，在励磁绕组电流if成为限制范围内(在步骤S118中“是”)，并且定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S119中“否”)，切换到指令模式9(步骤S112)。

在无法根据转矩指令T＊输出转矩输出T的情况下(在步骤S115中“否”)，在励磁绕组电流if饱和(在步骤S118中“否”)，但定子绕组电流id、iq成为限制范围内的情况下(在步骤S122中“是”)，切换到指令模式8(步骤S123)。

在以指令模式8动作过程中定子绕组电流id、iq饱和的情况下(在步骤S124中“否”)、以及在以指令模式9动作过程中励磁绕组电流if饱和的情况下(在步骤S121中“否”)，切换到指令模式10(步骤S125)。

如上所述，电流指令生成部23具有多个作为与转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流的条件对应的多个指令模式的约束条件以及评价函数的组，能够根据条件逐次选择适合的指令模式，更新约束条件以及评价函数。

关于各指令模式中的运算，考虑运算负荷的情况，事先使用拉格朗日的未定乘数法将带约束条件的最佳化问题进行函数化。通过拉格朗日的未定乘数法求出的函数成为连立方程式被导出，所以针对每个通过基于牛顿法等的递归型的数值解法设定的控制周期，求出电流指令值id＊、iq＊、if＊。此外，如果将在基于拉格朗日的未定乘数法、牛顿法进行的解的导出中使用的偏微分等的过程预先进行函数化，则运算负荷降低，但在处理器有富余的情况下等无需一定事先进行函数化。也可以成为针对每个设定的控制周期求解带约束条件的最佳化问题的结构。

通过使电流指令生成部23成为如以上的结构，即使不具有基于旋转机的速度、转矩、定子绕组温度、励磁绕组温度的电流指令值的映射，也能够保护旋转机以避免过热，在使损失成为最小的同时，生成转矩指令或者成为最大转矩的电流指令值。

接下来，说明本实施方式所涉及的效果。图8示出励磁绕组温度上升而保护励磁绕组温度的情况下的与电流限制值以及电流指令值的动作对应的各绕组的电流振幅和温度、转矩的举动。另外，图9示出定子绕组温度上升而保护定子绕组温度的情况下的与电流限制值以及电流指令值的动作对应的各绕组的电流振幅和温度、转矩的举动。在此，作为简单的例子，与定子绕组电流、励磁绕组电流、电压都未饱和的指令模式1对应地进行说明。

首先，使用图8说明保护励磁绕组温度的情况。

根据转矩指令，在最佳化运算部55中生成定子绕组电流指令值id＊、iq＊以及励磁绕组电流指令值if＊，在定子绕组和励磁绕组中流过电流。在通电过程中，绕组的温度上升。在图8中，励磁绕组温度tf大幅上升，但根据励磁绕组温度tf而在约束条件更新部53中更新约束条件，在评价函数更新部54中更新评价函数，以使励磁绕组温度tf不超过励磁绕组温度最大值tfmax的方式，励磁绕组电流限制值iflim减少。

在励磁绕组电流限制值iflim达到励磁绕组电流指令值if＊的情况下、即在成为iflim≤if＊的时刻t1，在最佳化运算部55中，指令模式从指令模式1切换到指令模式2。限制励磁绕组电流指令值if＊以防止励磁绕组的过热，并且针对温度在限制范围内的定子绕组，以在指令模式2的约束条件下使评价函数成为最小的方式，生成定子绕组电流指令值id＊、iq＊。在此，约束条件下是指，if＝iflim以及转矩输出T＝T＊。通过这样控制，能够防止励磁绕组的过热且抑制转矩的降低。

此外，在图8中，为了简化，关于电流以电流振幅进行记载，但通常电流相位也变化。在成为iflim≤if＊的情况下，通过最佳化运算部55将指令模式从指令模式1切换到指令模式2，但此时还考虑电流相位而限制励磁绕组电流指令值if＊以防止励磁绕组的过热，并且针对温度在限制范围内的定子绕组，以在指令模式2的约束条件下使评价函数成为最小的方式，生成电流指令值id＊、iq＊。

接下来，使用图9说明保护定子绕组温度的情况。

根据转矩指令，在最佳化运算部55中生成定子绕组电流指令值id＊、iq＊以及励磁绕组电流指令值if＊，在定子绕组和励磁绕组中流过电流。在通电过程中，绕组的温度上升。在图9中，定子绕组温度ts大幅上升，但根据定子绕组温度ts而在约束条件更新部53中更新约束条件，在评价函数更新部54中更新评价函数，以使定子绕组温度ts不超过定子绕组温度最大值tsmax的方式，定子绕组电流限制值idqlim减少。

在定子绕组电流限制值idqlim达到定子绕组电流指令值idq＊(将定子绕组电流指令值id＊或者定子绕组电流指令值iq＊记载为idq＊)的情况下、即在成为idqlim≤idq＊的时刻t2，在最佳化运算部55中将指令模式从指令模式1切换到指令模式3。限制定子绕组电流指令值idq＊以防止定子绕组的过热，并且针对温度在限制范围内的励磁绕组，以在指令模式3的约束条件下使评价函数成为最小的方式，生成电流指令值if＊。在此，约束条件下是指idq(id或者iq)＝idqlim以及转矩输出T＝T＊。通过这样控制，能够防止励磁绕组的过热且抑制转矩的降低(将定子绕组电流id或者定子绕组电流iq记载为idq)。

此外，在图9中，为了简化，关于电流以电流振幅进行记载，但通常电流相位也变化。在成为idqlim≤idq＊的情况下，通过最佳化运算部55将指令模式从指令模式1切换到指令模式3，但此时还考虑电流相位而限制定子绕组电流指令值idq＊以防止定子绕组的过热，并且针对温度在限制范围内的励磁绕组，以在指令模式3的约束条件下使评价函数成为最小的方式，生成电流指令值if＊。

如图8以及图9所示，在励磁绕组或者定子绕组中的任意一个的电流限制下都能够输出与转矩指令T＊对应的转矩T的情况下，维持转矩指令即可，但在物理上无法输出转矩指令T＊的情况下，以得到最大转矩的方式生成电流指令值即可。

在以上的图8以及图9中，示出了切换指令模式1至3的动作例，但实际上关于更多个指令模式，根据基于转矩、旋转数的动作点、或者旋转机温度，依照图7A至7C所示的流程图，切换指令模式而进行动作。

如以上所述，根据本实施方式1，根据取得的旋转机的温度信息，使与转矩输出有关的约束条件以及与损失相关的评价函数最佳化，并且根据取得的旋转机的温度信息，更新约束条件和评价函数，运算定子绕组和励磁绕组的电流指令，所以能够根据旋转机的温度信息进行最佳化运算。因此，无需使用电流指令映射，能够在绕组温度上升时保护旋转机以避免过热，并且抑制转矩降低以及损失降低。

实施方式1所涉及的旋转机控制装置以在绕组温度上升时进行保护以避免过热且抑制转矩降低以及损失降低的方式控制旋转机，所以适用于虽然对温度环境严苛但要求抑制转矩降低以及抑制损失降低的搭载于汽车的旋转机的控制。

此外，在上述实施方式中，作为温度使用了定子绕组温度ts以及励磁绕组温度tf，但只要是使用磁铁的旋转机，则也可以代替励磁绕组温度tf而使用磁铁温度，设为保护定子绕组温度ts、励磁绕组温度tf、磁铁温度中的2个以上的部位也得到同样的效果。

另外，在例如设为具有2组定子绕组的双重三相绕组型的旋转机来代替具有定子绕组以及励磁绕组的旋转机的结构中，通过根据2组定子绕组的温度生成2组电流指令，也能够得到与本实施方式同样的效果。进而，即便是具有励磁绕组的双重三相绕组型的旋转机，也能够得到同样的效果。

另外，即使代替各部的温度而根据从各电力变换器的直流电压与直流电流之积或者转矩与旋转数之积等运算的旋转机的功耗来变更约束条件以及评价函数，也能够得到同样的效果。进而，即使代替各部的温度而设置对控制周期进行计数的定时器并根据测量的定子绕组以及励磁绕组的通电时间来变更约束条件以及评价函数，也能够得到同样的效果。

本公开记载了各种例示性的实施方式以及实施例，但1个或者多个实施方式记载的各种特征、方案、以及功能不限于特定的实施方式的应用，能够单独或者以各种组合应用于实施方式。

因此，在本申请说明书公开的技术的范围内，可设想未例示的无数的变形例。例如，包括将至少1个构成要素变形的情况、追加的情况或者省略的情况、进而抽出至少1个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

Claims (11)

1.一种旋转机控制装置，控制具有定子绕组以及励磁绕组的旋转机，该旋转机控制装置具备：

温度信息取得部，取得所述旋转机的温度；以及

电流指令生成部，根据通过所述温度信息取得部取得的所述旋转机的温度，生成电流指令值，

所述电流指令生成部具有：

约束条件设定部，根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流的各条件，求出约束条件；

最佳化运算部，使用根据所述转矩指令、所述定子绕组电压、所述定子绕组电流以及所述励磁绕组电流设定的评价函数以及所述约束条件，计算并输出所述电流指令值；以及

约束条件更新部，根据通过所述温度信息取得部取得的所述旋转机的温度，更新所述约束条件，

使用更新后的所述约束条件，计算并输出所述电流指令值。

2.根据权利要求1所述的旋转机控制装置，其中，

所述约束条件更新部根据所取得的所述旋转机的温度来变更所述定子绕组的电流限制值以及所述励磁绕组的电流限制值，更新所述约束条件。

3.根据权利要求1所述的旋转机控制装置，其中，

所述约束条件更新部根据所取得的所述旋转机的温度来变更所述定子绕组的电压限制值以及所述励磁绕组的电压限制值，更新所述约束条件。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

所述电流指令生成部预先具有多个基于所述转矩指令、所述定子绕组电压、所述定子绕组电流以及所述励磁绕组电流的各条件的所述约束条件以及所述评价函数的组，根据所取得的所述旋转机的温度，从预先设定的所述约束条件以及所述评价函数中进行选择来更新所述约束条件以及所述评价函数。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

所述最佳化运算部使用根据所取得的所述旋转机的温度来更新后的所述评价函数以及更新后的所述约束条件，计算并输出所述电流指令值。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

所述电流指令生成部具备取得表示所述旋转机的特性的旋转机参数的旋转机参数取得部，根据所取得的所述旋转机的温度来更新所述旋转机参数，使用所述旋转机参数来记述所述约束条件以及所述评价函数。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

在将作为所述旋转机的损失的铜损或者铁损设为指标的情况下，以使所述指标成为最小的方式设定所述评价函数。

8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

在将所述旋转机的转矩输出或者功率因数设为指标的情况下，以使所述指标成为最大的方式设定所述评价函数。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的旋转机控制装置，其中，

所述旋转机在转子中具有磁铁，所述旋转机的温度是所述定子绕组、所述励磁绕组以及所述磁铁中的至少1个。

10.一种旋转机控制装置，控制具有定子绕组以及励磁绕组的旋转机，其中，

具备电流指令生成部，该电流指令生成部根据所述旋转机的功耗或者所述定子绕组以及所述励磁绕组的通电时间，生成电流指令值，

所述电流指令生成部具有：

约束条件设定部，根据转矩指令、定子绕组电压、定子绕组电流以及励磁绕组电流，求出约束条件；

最佳化运算部，使用根据所述转矩指令、所述定子绕组电压、所述定子绕组电流以及所述励磁绕组电流设定的评价函数以及所述约束条件，计算并输出所述电流指令值；以及

约束条件更新部，根据所述旋转机的功耗或者所述定子绕组以及所述励磁绕组的通电时间，更新所述约束条件，

使用更新后的所述约束条件，计算并输出所述电流指令值。

11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的旋转机控制装置，其特征在于，

所述旋转机搭载于汽车。

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