DE102014206400A1

DE102014206400A1 - Synchronmaschinensteuerung

Info

Publication number: DE102014206400A1
Application number: DE201410206400
Authority: DE
Inventors: Takahiko Kobayashi; Kiyoharu Anzai; Noriyuki Wada; Daiki Matsuura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-11-13
Also published as: US20140333240A1; JP2014222954A; JP5693652B2; CN104158454A; CN104158454B; US9054630B2

Abstract

Eine Synchronmaschinensteuerung umfasst eine Positionserfassungseinheit die eine Position eines Rotors einer Synchronmaschine erfasst, eine Stromerfassungseinheit, die einen Ankerstrom erfasst, eine Strombefehlerzeugungseinheit, die erste und zweite Strombefehle erzeugt, eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit, die einen Spannungsbefehl auf der Basis der Strombefehle erzeugt, der Position des Rotors und des Ankerstroms, eine Leistungswandlungseinheit, die eine Spannung an die Synchronmaschine auf der Basis des Spannungsbefehls ausgibt, eine Magnetflussschätzeinheit, die einen Ankerverkettungsfluss auf der Basis einer Drehgeschwindigkeit schätzt, berechnet aus einer Änderung der Position des Rotors, des Spannungsbefehls, und des Ankerstroms, und eine Magnetzustandschätzeinheit, die einen Magnetfluss oder eine Temperatur des Permanentmagneten schätzt, aus der Position des Rotors, dem Ankerstrom, und dem Ankerverkettungsfluss. Dementsprechend ist es möglich, die Temperatur oder den Magnetfluss des Permanentmagneten mit einer hohen Genauigkeit zu schätzen und die Synchronmaschine anzutreiben, ohne direkt einen Temperaturdetektor auf dem Permanentmagneten anzubringen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Synchronmaschinensteuerung mit einer Leistungswandlungseinheit zum Antreiben einer Synchronmaschine.
2. HINTERGRUND
Wie in dem Gebiet bekannt, tritt, wenn eine Synchronmaschine mit einem Permanentmagnet als ein Feldmagnet mit einer Synchronmaschinensteuerung mit einer Leistungswandlungseinheit wie zum Beispiel einem Inverter gesteuert wird, ein Phänomen auf, das „Entmagnetisierung” genannt wird, bei welchem die Intensität der Magnetisierung, d. h., der magnetische Fluss, des Permanentmagneten als ein Feldmagnet mit einer Steigerung der Temperatur absinkt, aufgrund einer Stromversorgung einer Ankerwicklung der Synchronmaschine, eines „Iron-Loss” der Synchronmaschine selbst, oder Ähnlichem. Ferner tritt ein Phänomen auf, das „irreversible Entmagnetisierung” genannt wird, bei welchem der magnetische Fluss nicht zu dem Zustand vor dem Auftreten der Magnetisierung zurückkehrt, wenn die Temperatur einmal eine erlaubte Temperatur übersteigt und dann auf die normale Temperatur abfällt. Dementsprechend ist es notwendig, wenn eine Synchronmaschine mit einem Permanentmagneten als ein Feldmagnet gesteuert wird, wenigstens die Temperatur des Permanentmagneten zu steuern, so dass sie niedriger als die erlaubte Temperatur ist, bei welcher eine irreversible Entmagnetisierung auftritt. Wenn nur der Strom der Synchronmaschine gesteuert bzw. geregelt wird, wird das Drehmoment, das von der Synchronmaschine erzeugt wird, aufgrund der Entmagnetisierung unter derselben Strombedingung verringert. Jedoch ist es schwierig, einen Temperatursensor direkt auf dem Permanentmagneten anzubringen, aufgrund eines Platzproblems bei einer Struktur der Synchronmaschine, eines Schutzes von Umgebungen mit einem Gehäuse, und Ähnlichem. Die meisten Synchronmaschinen, die einen Permanentmagneten als einen Feldmagneten aufweisen, haben den Permanentmagneten oft in einem Rotor, was es schwieriger macht, einen Temperatursensor daran zu befestigen. Um die Temperatur so zu steuern bzw. regeln, dass sie niedriger als die erlaubte Temperatur ist, oder um einen Abfall des Drehmoments aufgrund der Entmagnetisierung zu bestätigen, besteht dementsprechend ein Bedarf an Techniken, um die Temperatur des Permanentmagneten oder den magnetischen Fluss, der mit der Temperatur des Permanentmagneten korreliert, unter Verwendung eines Verfahrens indirekt zu messen oder zu schätzen.
Daher wird zum Beispiel in einer Drehelektromaschinensteuerung (Englisch: „rotary electric machine controller”), die in JP-A-2010-110141 offenbart ist, ein magnetischer Fluss, der mit einer Ankerwicklung verkettet (Englisch: „interlinked”) ist, von einem Permanentmagneten als ein Feldmagnet erlangt, auf der Basis von Information über einen Strom, einer Temperatur und einer Rotationsgeschwindigkeit, erhalten von Sensoren wie zum Beispiel einem Stromsensor zum Erfassen eines Stroms, der zwischen einer Invertervorrichtung und der Ankerwicklung eines Motor-Generators fließt, einem Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Ankerwicklung, um so einen Widerstandswert der Ankerwicklung zu korrigieren, und einem Magnetpolpositionssensors zum Erfassen der Magnetpolposition des Feldmagneten.
Zum Beispiel wird bei einer Motorantriebsvorrichtung, die in JP-A-2005-51892 offenbart ist, ein q-Achsen-Spannungssteuerungswert, wenn eine Entmagnetisierung nicht auftritt in einem Permanentmagneten, gesteuert unter Verwendung von einer Rotations-Zwei-Achsen-Koordinaten-(d-q-Achsen)-Transformation, in einer Abbildung gespeichert, und ein Entmagnetisierungswert berechnet auf Basis des q-Achsen-Spannungs-Steuerungswerts, welcher eine Ausgabe einer PI-Regelung ist, wenn ein Strom eines Motors durch eine Proportional-Integral-(PI)-Regelung geregelt wird, des q-Achsen-Spannungssteuerungswerts, der in der Abbildung gespeichert wird, wenn eine Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten nicht auftritt, und einer Drehwinkelgeschwindigkeit ω.
In beispielsweise einem Entmagnetisierungserfassungsverfahren eines Permanentmagneten-Elektromotors, das in der JP-A-2005-1922325 beschrieben ist, werden die folgenden Schritte sequentiell ausgeführt, um einen Entmagnetisierungszustand des Rotormagnetabschnitts zu bestimmen: ein Schritt ST1 zum Messen einer Rotationsgeschwindigkeit, eines Stroms und einer Spannung, ein Schritt S13 zum Schätzen der Temperatur einer Wicklung auf der Basis der gemessenen Werte der Rotationsgeschwindigkeit, des Stroms und der Spannung, ein Schritt S14 zum Schätzen des Widerstands der Wicklung auf der Basis des geschätzten Werts der Wicklungstemperatur, ein Schritt S15 zum Schätzen der Temperatur eines Rotormagnetabschnitts auf der Basis des geschätzten Werts der Wicklungstemperatur, ein Schritt S16 zum Schätzen eines Normalwerts einer induzierten Spannung auf Basis des geschätzten Werts der Wicklungstemperatur, ein Schritt S17 zum Schätzen eines tatsächlichen Werts der induzierten Spannung auf der Basis des geschätzten Werts des Wicklungswiderstands, und ein Schritt S18 zum Vergleichen des Normalwerts des induzierten Spannungskoeffizienten mit dem tatsächlichen Wert, der in den vorangehenden zwei Schritten geschätzt wird, um zu bestimmen, dass eine Entmagnetisierung auftritt, wenn die Differenz zwischen ihnen größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
In der Drehelektromaschinensteuerung, die in der JP-A-2010-110141 offenbart wird, ist jedoch, da der Widerstandswert der Ankerwicklung, der auf Basis des Temperatursensors zum Erfassen der Temperatur der Ankerwicklung korrigiert wird, verwendet wird, um den Magnetfluss, der mit der Ankerwicklung verkettet ist, von dem Permanentmagneten als den Feldmagneten, unter Verwendung eines Flussbeobachters zu erlangen, der Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Ankerwicklung nötig und daher besteht das Problem, dass die Anzahl von Bestandteilen der Steuerung steigt.
In der Motorantriebsvorrichtung, die in JP-A-2005-51892 offenbart ist, kann bestimmt werden, ob eine Entmagnetisierung auftritt, jedoch ist kein Verfahren zum Erlangen des absoluten Werts (bzw. der Größe) einer Magnettemperatur oder eines Magnetflusses offenbart und es ist nötig, einen d-q-Achsen-Strombefehl so einzustellen, dass er vor und nach dem Auftreten einer Entmagnetisierung gleich ist, um so zu bestimmen, ob eine Entmagnetisierung auftritt. Wenn eine Entmagnetisierung auftritt, wird dementsprechend eine Verringerung des Drehmoments aufgrund der Entmagnetisierung korrigiert, indem der Entmagnetisierungswert berechnet und korrigiert wird, nachdem bestimmt wird, dass eine Entmagnetisierung auftritt, und daher besteht das Problem, dass das Drehmoment, das von dem Motor erzeugt wird, geringer ist als ein gewünschtes Drehmoment (bzw. ein Befehlswert), bis bestimmt wird, dass eine Entmagnetisierung auftritt.
Bei dem Entmagnetisierungserfassungsverfahren eines Permanentmagneten-Elektromotors, das in JP-A-2005-192325 offenbart ist, wird ein Verhältnis eines Temperaturanstiegs der Ankerwicklung und eines Temperaturanstiegs des Rotor-Permanentmagneten experimentell im Voraus berechnet und die Temperatur des Permanentmagneten wird auf Basis der Temperatur der Ankerwicklung geschätzt. Da sich die thermische Zeitkonstante der Ankerwicklung von der des Permanentmagneten stark unterscheidet, und andere Faktoren wie zum Beispiel Betriebsbedingungen eines Elektromotors oder eine Kühlleistung einen Einfluss haben, besteht jedoch das Problem, dass es schwierig ist, fehlerfrei den Temperaturanstieg des Rotor-Permanentmagneten relativ zu dem Temperaturanstieg der Ankerwicklung zu berechnen, und es ist nicht einfach, die Magnettemperatur auf Basis des Temperatur der Ankerwicklung unter verschiedenen Bedingungen genauer zu schätzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Synchronmaschinensteuerung bereitzustellen, die die Temperatur oder den Magnetfluss eines Permanentmagneten mit hoher Genauigkeit schätzen kann, ohne einen Temperatursensor direkt an dem Permanentmagneten anzubringen, der ein Magnetfeld bildet, und eine Synchronmaschine antreiben kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Synchronmaschinensteuerung bereitgestellt, die Leistungswandlungsmittel zum Antreiben einer Synchronmaschine aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschinensteuerung Folgendes umfasst: eine Positionserfassungseinheit, die eine Position eines Rotors einer Synchronmaschine erfasst, einschließlich des Rotors, in welchem ein Magnetfeld eines Permanentmagneten gebildet wird, oder eine Positionserfassungseinheit, die die Position des Rotors schätzt; eine Stromerfassungseinheit, die einen Ankerstrom (Englisch: „armature current”) der Synchronmaschine erfasst; eine Strombefehlerzeugungseinheit, die erste und zweite Strombefehle erzeugt, die in ein orthogonales Zwei-Achsen-Koordinatensystem (Englisch: „orthogonal two-axis coordinate system”) transformiert sind, auf Basis eines Drehmomentbefehls; eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit, die einen Spannungsbefehl auf der Basis der ersten und zweiten Strombefehle erzeugt, der Position des Rotors, und des Ankerstroms; eine Leistungswandlungseinheit, die eine Spannung auf der Basis des Spannungsbefehls an die Synchronmaschine ausgibt; eine Magnetflussschätzeinheit, die den Ankerverkettungsfluss (Englisch: „armature interlinkage flux”) der Synchronmaschine auf der Basis einer Rotationsgeschwindigkeit der Synchronmaschine, berechnet aus einer Änderung der Position des Rotors, des Spannungsbefehls und des Ankerstroms schätzt; und eine Magnetzustandschätzeinheit, die einen Magnetfluss (Englisch: „magnetic flux”) oder eine Temperatur des Permanentmagneten aus der Position des Rotors, dem Ankerstrom und dem Ankerverkettungsfluss schätzt.
Indem die Temperatur oder der magnetische Fluss des Permanentmagneten, der einen Feldmagneten bildet, aus dem d-Achsen-Strom, der aus dem Ankerstrom der Synchronmaschine in das orthogonale zwei-Achsen-Koordinatensystem koordinatentransformiert wird, und der d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses geschätzt wird, der von der Magnetflussschätzeinheit geschätzt wird, wird es gemäß der Synchronmaschinensteuerung der vorliegenden Erfindung möglich, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten, der einen Feldmagnet bildet, genau zu schätzen, ohne ein normal erzeugtes Drehmoment groß zu ändern, und wobei eine Verschlechterung einer Schätzgenauigkeit aufgrund eines Fehlers zwischen einem eingestellten Wert und einem tatsächlichen Werts einer Induktivität der Synchronmaschine unterdrückt wird.
Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, welches eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 und eine Synchronmaschine umfasst.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms darstellt, das eine Beziehung zwischen einem Drehmomentbefehl und d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* in einer Strombefehlerzeugungseinheit der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
4 ist ein Diagramm, das das gesamte Synchronmaschinensystem darstellt, das ein weiteres Beispiel der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 und eine Synchronmaschine umfasst.
5 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2 und eine Synchronmaschine umfasst.
6 ist ein Vektordiagramm einer Synchronmaschine mit einem Permanentmagneten als Feldmagnet.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Strombefehlerzeugungseinheit in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
8 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms darstellt, das eine Beziehung zwischen einem Drehmomentbefehl und d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* in der Strombefehlerzeugungseinheit der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
10 ist ein Diagramm, das einen Geschwindigkeitsbereich darstellt, in welchem eine Schätzoperation einer Permanentmagnettemperatur (bzw. eines Flusses) in einer Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 durchgeführt wird.
11 ist ein Diagramm, das einen Spannungsbereich darstellt, in welchem die Schätzoperation der Permanentmagnettemperatur (bzw. des Flusses) in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 durchgeführt wird.
12 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 4 und eine Synchronmaschine umfasst.
13 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 6 und eine Synchronmaschine umfasst.
14 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 7 und eine Synchronmaschine umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Synchronmaschinensteuerung (Englisch: „synchronous machine controller”) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 14 beschrieben. Die Synchronmaschine in der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor, der aus einem Permanentmagneten als ein Feldmagnet gebildet wird.
Ausführungsform 1
1 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 und eine Synchronmaschine umfasst, 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Spannungsbefehlerzeugungseinheit in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 darstellt, und 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms darstellt, das eine Beziehung zwischen einem Spannungsbefehl und d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* in einer Strombefehlerzeugungseinheit der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Synchronmaschinensystem 1 eine Synchronmaschinensteuerung 2, eine Synchronmaschine 3 und eine Leistungsversorgung 4.
In der Erfindung wird angenommen, dass der Synchronmaschinensteuerung 2 ein Drehmomentbefehl τ* von einem System einer höheren Ebene (nicht gezeigt in 1) des Synchronmaschinensystems 1 zugeführt wird. Beispiele des Systems der höheren Ebene umfassen eine Fahrzeugsteuervorrichtung, die einen Drehmomentbefehl τ* abhängig von verschiedenen Eingaben bestimmt, wie zum Beispiel einer Eingabe an ein Gaspedal (bzw. notch) oder ein Bremspedal durch einen Fahrer (Betreiber), oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn das Synchronmaschinensystem 1 verwendet wird, um Fahrzeuge wie zum Beispiel ein elektrisches Fahrzeug (EV) oder ein Hybridfahrzeug anzutreiben, das sowohl einen Verbrennungsmotor und einen Motor aufweist, und elektrische Fahrzeuge, wie zum Beispiel Schienenfahrzeuge, und ein System einer höheren Ebene, das einen Drehmomentbefehl τ* erzeugt auf Basis von verschiedenen Faktoren in Anwendungen wie zum Beispiel Fabrikautomation (FA) und Fahrstühlen.
Der magnetische Fluss Φmag oder die Temperatur Tmag eines Permanentmagneten, die von der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß der Erfindung geschätzt wird, kann an das System der höheren Ebene übertragen werden, und der geschätzte Wert kann verwendet werden, um das System der höheren Ebene zu steuern bzw. regeln. In der Erfindung ist das System der höheren Ebene, das den Drehmomentbefehl τ* ausgibt, in keiner besonderen Weise beschränkt und daher wird das System der höheren Ebene nicht weiter erwähnt werden.
Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst hier die Synchronmaschinensteuerung 2 eine Positionserfassungseinheit 21 als eine Positionsidentifizierungseinheit, die eine Position θ eines Rotors der Synchronmaschine 3 erfasst, die den Rotor aufweist, bei welchem ein Feldmagnet aus einem Permanentmagneten gebildet ist, eine Stromerfassungseinheit 22, die den Ankerstrom iu, iv und iw der Synchronmaschine 3 erfasst, eine Strombefehlerzeugungseinheit 23, die Strombefehle id* und iq* (einen ersten Strombefehl (id1 und iq1) und einen zweiten Strombefehl (id2 und iq2)) in einem Dreh-Orthogonal-Zwei-Achsen-(im Folgenden als d-q-Achsen bezeichnet)Koordinatensystem auf der Basis des Drehmomentbefehls τ* erzeugt, eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24, die Spannungsbefehle vd* und vq* in dem Orthogonal-Zwei-Achsen-Koordinatensystem auf der Basis von Strom id und iq erzeugt, erhalten durch eine Koordinatentransformation des Ankerstroms iu, iv und iw in das Orthogonal-Zwei-Achsen-Koordinatensystem auf der Basis der Strombefehle id* und iq*, und der Position θ des Rotors, und Mehrphasen-(Dreiphasen)AC-Spannungsbefehle uv*, vv* und vw* erzeugt, Koordinaten-transformiert aus den Spannungsbefehlen vd* und vq*, eine Leistungswandlungseinheit 25, die Spannungen uv, vv und vw an die Synchronmaschine ausgibt, auf der Basis der Spannungsbefehle uv*, vv* und vw*, eine Magnetflussschätzeinheit 26, die einen Ankerverkettungsfluss Φd der Synchronmaschine 3 auf der Basis einer Drehgeschwindigkeit ω der Synchronmaschine 3, berechnet aus einer Änderung der Position θ des Rotors, dem Spannungsbefehl vq* und dem Ankerstrom iu, iv und iw schätzt, und eine Magnetzustandschätzeinheit 27, die den Magnetfluss Φmag oder die Temperatur Tmag des Permanentmagneten aus der Position θ des Rotors, dem Ankerstrom iu, iv und iw und dem Ankerverkettungsfluss Φd schätzt. Der Leistungswandlungseinheit 25 wird Leistung von der Leistungsversorgung 4 zugeführt. Die Leistungsversorgung 4 umfasst eine DC-Spannungsquelle oder eine Batterie. Hier ist eine Vorrichtung zum Erlangen einer DC-Spannung aus einer Einphasen- oder Dreiphasen-AC-Quelle durch die Verwendung eines bekannten Wandlers im Konzept der Leistungsversorgung 4 umfasst.
Elemente und Operationen der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 werden im Folgenden detailliert beschrieben.
Die Positionserfassungseinheit 21 wird aus einem bekannten Koordinatenwandler (Englisch: „resolver”) oder einem bekannten Encodierer gebildet, oder Ähnlichem, und erfasst die Position θ des Rotors der Synchronmaschine 3. Hier meint die Position θ des Rotors der Synchronmaschine 3 einen Winkel in einer N-Pol-Richtung des Permanentmagneten, der einen Feldmagneten bildet, um eine Achse basierend auf einer U-Phasen-Anker-Wicklung. Im Allgemeinen ist eine d-Achse eines Dreh-Orthogonal-Zwei-Achsen-(im Folgenden als d-q-Achsen bezeichnet)Koordinatensystem, das mit einer Drehgeschwindigkeit rotiert (als eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω bezeichnet) der Synchronmaschine 3 in der N-Pol-Richtung des Permanentmagneten definiert, und eine q-Achse ist in einer Richtung definiert, die senkrecht zu der d-Achse ist, und der d-Achse um 90 Grad vorauseilt. Diese Definitionen gelten für die folgende Beschreibung.
Eine Mehrphasen-AC-Spannung wird an eine Ankerwicklung angelegt, um so die Synchronmaschine 3 anzutreiben. Dementsprechend wird ein Ausgangsstrom in der Ankerwicklung der Synchronmaschine 3 erzeugt. Der Ausgangsstrom, der in der Ankerwicklung erzeugt wird, wird im Folgenden als ein Ankerstrom bezeichnet. Die Stromerfassungseinheit 22 erfasst den Ankerstrom, der in der Ankerwicklung erzeugt wird, durch die Verwendung eines Stromsensors oder Ähnlichem. Wenn die Synchronmaschine 3 eine Dreiphasen-Synchron-Dreh-Elektromaschine ist, kann eine Konfiguration zum Erfassen all der Ankerströme iu, iv und iw von drei Phasen der Synchronmaschine 3 eingesetzt werden, oder eine Konfiguration zum Berechnen eines Ankerstroms iw einer Phase (zum Beispiel, w-Phase) auf der Basis der Beziehung iw = –iu – iv unter Verwendung von zwei erfassten Ankerströmen iu und iv der anderen zwei Phasen, und ein Erfassen der Ankerströme von zwei Phasen kann eingesetzt werden. Die Stromerfassungseinheit 22 kann eine bekannte Technik zum Erfassen eines Ankerstroms aus einem DC-Verbindungsstrom einsetzen, der zwischen der Leistungsversorgung 4 und der Leistungswandlungseinheit 25 fließt, zusätzlich zu der Konfiguration, die den Stromsensor verwendet, um direkt die Ankerströme der jeweiligen Phasen der Synchronmaschine 3 zu erfassen.
Die Strombefehlerzeugungseinheit 23 erzeugt d-q-Achsen-Strombefehle id* und iq* auf der Basis eines Drehmomentbefehls τ* in Ausführungsform 1. Da in der Synchronmaschine 3, die einen Rotor aufweist, in welchem ein Feldmagnet aus einem Permanentmagneten gebildet ist, die Beziehung zwischen dem Drehmoment τ und den d-q-Achsen-Strömen id und iq durch Ausdruck (1) ausgedrückt wird, ist bekannt, dass die Zahl an Kombinationen (id*, iq*) der d-q-Achsen-Strombefehle id* und iq*, die dasselbe Drehmoment τ erzeugen können, unzählig ist.
Hier bezeichnet Pm die Zahl an Polpaaren der Synchronmaschine 3.
Hier bezeichnen id und iq die d-q-Achsen-Ströme und werden erhalten durch eine Koordinatentransformation der Ankerströme iu, iv und iw der Synchronmaschine 3 auf der Basis der Position θ des Rotors unter Verwendung von Ausdruck (2).
Daher erzeugt die Strombefehlerzeugungseinheit 23 in Ausführungsform 1 erste Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1), die eine Gruppe aus einem ersten d-Achsen-Strombefehls id* (= id1) und einem ersten q-Achsen-Strombefehls iq* (= iq1) bilden, und zweite Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2), die eine Gruppe aus einem zweiten d-Achsen-Strombefehls id* (= id2) und einem zweiten q-Achsen-Strombefehls iq* (= iq2) bilden, und die von dem ersten Strombefehl verschieden ist, auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0).
Genauer gesagt, wenn ein vorbestimmter Drehmomentbefehl τ* eingegeben wird, werden die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) basierend auf dem Drehmomentbefehl τ* im Voraus berechnet, unter Verwendung der Beziehung des Ausdrucks (1), und die Beziehung wird in der Strombefehlerzeugungseinheit 23 gespeichert unter Verwendung einer Abbildung oder eines nummerischen Ausdrucks.
Alternativ werden die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) basierend auf dem Drehmomentbefehl τ*, bei welchem die Gesamtwandlungseffizienz der Synchronmaschine 3 oder des Synchronmaschinensystems 1 relativ geeignet sein kann, im Voraus berechnet, auf der Basis von tatsächlichen Maschinen und tatsächlichen Messungen, und die Beziehung dazwischen kann in der Strombefehlerzeugungseinheit 23 unter Verwendung einer Abbildung oder eines nummerischen Ausdrucks gespeichert werden.
Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24 gibt d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq* aus, um die d-q-Achsenströme id und iq mit den Strombefehlen id* und iq* in Übereinstimmung zu bringen, Koordinaten-transformiert die d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq* in Mehrphasen-(Dreiphasen)AC-Spannungsbefehle vu*, vv*, und vw* und gibt dann das Ergebnis an die Leistungswandlungseinheit 25 aus. 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24 dargestellt, die in 1 dargestellt wird.
Die Koordinatentransformationseinheit 242 Koordinaten-transformiert die Ankerströme iu, iv und iw der Synchronmaschine 3 in die d-q-Achsen-Ströme id und iq auf Basis der Position θ des Rotors unter Verwendung von Ausdruck (2). Wie später beschrieben wird, führt hier die Magnetflussschätzeinheit 26 auch eine Koordinatentransformationsoperation von Strömen basierend auf Ausdruck (2) durch, und die Koordinatentransformationseinheit 242 kann weggelassen werden, indem die d-q-Achsen-Ströme id und iq verwendet werden, die von der Magnetflussschätzeinheit 26 erlangt werden.
Die Stromsteuerungseinheit 241 führt zum Beispiel eine bekannte Proportional-Integral-Steuerung bzw. Regelung (PI-Steuerung) für die Differenzen zwischen den d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* und den d-q-Achsen-Strömen id und iq durch, und führt eine sogenannte Stromrückkopplungsregelung („current feedback control”) durch, wie zum Beispiel das Erzeugen von d-q-Achsen-Spannungsbefehlen vd* und vq*. Obwohl nicht in 2 dargestellt, kann eine bekannte Entkopplungskompensation zum Kompensieren von einer Geschwindigkeit-Elektromotorische-Kraft („velocity electromotive force”), die mit der Rotation der Synchronmaschine 3 erzeugt wird, für die d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq* in einer Vorwärtsweise („feed forward”) durchgeführt werden, um so eine Störung bzw. Interferenz zwischen der d-Achse und der q-Achse zu entfernen.
Die Koordinatentransformationseinheit 243 Koordinaten-transformiert die d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq*, die aus der Stromsteuerungseinheit 241 ausgegeben werden, in die Mehrphasen-(Dreiphasen)AC-Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* auf Basis der Position θ des Rotors unter Verwendung von Ausdruck (3) und gibt die Mehrphasen-(Dreiphasen)AC-Spannungsbefehle an die Leistungswandlungseinheit 25 aus. Hier, in Ausdruck (3), kann unter Berücksichtigung einer Steuerungsoperationverzögerungszeit bis eine Steuerungsoperation basierend auf den Werten der Ankerströme iu, iv und iw, die von der Stromerfassungseinheit 22 erfasst werden, in den Spannungen vu, vv und vw widergespiegelt ist, die von der Leistungswandlungseinheit 25 ausgegeben werden, die Position θ des Rotors in eine Phase Koordinaten-transformiert werden, die um einen Phasenkorrekturwert Δθd korrigiert ist, basierend auf der Steuerungsoperationverzögerungszeit.
Die Leistungswandlungseinheit 25 legt die Spannungen vu, vv und vw an die Synchronmaschine 3 an, auf Basis der Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* unter Verwendung eines bekannten PWM-Steuerungsverfahrens oder Ähnlichem.
Die Magnetflussschätzeinheit 26 schätzt als erstes einen Ankerverkettungsfluss Φ der Synchronmaschine 3, genauer gesagt, eine d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ. Der Ankerverkettungsfluss Φ ist ein kombinierter Fluss eines Magnetflusses (im Folgenden als ein Permanentmagnetfluss bezeichnet) Φm, der von dem Permanentfluss gebildet wird, und eines Magnetflusses (Ankerreaktionsfluss; Englisch: „armature reaction flux”) Φa, der von dem Ankerstrom erzeugt wird.
Als eine geeignete Technik zum Schätzen des Ankerverkettungsflusses Φ, genauer gesagt, der d-Achsen-Komponente Φd davon, wird ein Verfahren zum Schätzen des Ankerverkettungsflusses Φ auf Basis von Ausdruck (4) verwendet, der eine Beziehung der q-Achsen-Spannung vq und der d-Achsen-Komponente Φd auf den d-q-Achsen darstellt.
Hier stellt Lq die Induktivität in der q-Achsen-Richtung dar (im Folgenden als q-Achsen-Induktivität bezeichnet) und Ld, das später beschrieben wird, und nicht in Gleichung (4) gezeigt ist, stellt die Induktivität in der d-Achsenrichtung dar (im Folgenden als d-Achsen-Induktivität bezeichnet). R stellt den Widerstand dar (Widerstandswert, bei welchem der Widerstand der Ankerwicklung der Synchronmaschine 3 wesentlich bzw. hauptsächlich ist, oder Widerstandswert, bei welchem ein Verdrahtungswiderstand berücksichtigt wird, wenn die Verdrahtung zwischen der Synchronmaschine 3 und der Leistungswandlungseinheit 25 einen zu großen Widerstandswert hat, als dass er vernachlässigt werden könnte).
Ferner stellt s einen Laplace-Operator dar. Der Kehrwert 1/s des Laplace-Operators bedeutet eine einmalige Zeitintegration.
In der in 1 gezeigten Konfiguration gemäß Ausführungsform 1 wird, da der tatsächliche Wert der q-Achsen-Spannung vq nicht klar ist, die Operation von Ausdruck (4) unter Verwendung des q-Achsen-Spannungsbefehls vq* in dem d-q-Achsenspannungsbefehl, der von der Strombefehlerzeugungseinheit 23 ausgegeben wird, anstelle der q-Achsen-Spannung vq verwendet. Der q-Achsen-Spannungsbefehl vq* ist 0 und die d-Achsen-Komponente Φd des Ankerwicklungsflusses ist 0, bevor der Antrieb der Synchronmaschine 3 gestartet wird. Dementsprechend kann ein vorbestimmter Permanentmagnetfluss Φm, wie zum Beispiel ein Referenzwert, als der Initialwert von Φd verwendet werden, zu der Startzeit des Antriebs der Synchronmaschine 3.
In Ausdruck (4) wird die Rotationsgeschwindigkeit ω der Synchronmaschine 3 für die Operation verwendet und daher wird die Rotationsgeschwindigkeit ω erlangt, indem eine Differentialoperation unter Verwendung der Position θ des Rotors durchgeführt wird, erfasst durch die Positionserfassungseinheit 21. In Ausdruck (4) kann der Term, der den Laplace-Operator s umfasst, ignoriert werden, wenn angenommen wird, dass die Änderung des Stroms langsam ist.
Bezüglich der Behandlung des Widerstands R, da der Widerstandswert sich abhängig von der Temperatur der Synchronmaschine 3 ändert, kann die Temperatur der Synchronmaschine 3 erfasst werden, um den Widerstandswert R zu korrigieren. Wenn der Term, der für den Widerstand R relevant ist, kleiner als andere Terme ist, kann der Term, der den Widerstand umfasst, ignoriert werden, um die Operation zu vereinfachen ohne Information zu verwenden über die Ankerströme der Synchronmaschine 3 für die Operation zum Schätzen von Φd und Φq. Wenn die Information über die Ankerströme der Synchronmaschine 3 nicht verwendet wird, ist die Operation von Ausdruck (2) in der Magnetflussschätzeinheit 26 nicht nötig.
Die Magnetzustandsschätzeinheit 27 schätzt die Temperatur oder den Magnetfluss des Permanentmagneten, der einen Feldmagneten des Rotors bildet, was ein Merkmal der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 ist.
Die Operation zum Schätzen der Temperatur oder des Magnetflusses des Permanentmagneten wird in einem Zustand ausgeführt, in welchem die Synchronmaschine 3 auf Basis des Drehmomentbefehls τ* gesteuert wird, und wird sporadisch unter den Bedingungen ausgeführt, bei welchen der Wert (absoluter Wert) des Drehmomentbefehls groß ist und die Temperatur des Permanentmagneten wahrscheinlich unmittelbar steigen wird, oder wird kontinuierlich oder zeitweise ausgeführt unter den Bedingungen, bei welchen ein Drehmomentbefehl, der von 0 verschieden ist, kontinuierlich von dem Höhere-Ebene-System ausgegeben wird, und die Temperatur des Permanentmagneten graduell ansteigt, als ein Beispiel eines Operationstimings. Wenn das Operationstiming zum Schätzen der Temperatur oder des Magnetflusses des Permanentmagneten bereitgestellt wird, ist es möglich, eine Steuerung bzw. Regelung so durchzuführen, dass die Temperatur des Permanentmagneten auf einer erlaubten Temperatur oder niedriger gehalten wird, oder, falls nötig, um einen Abfall des Drehmoments aufgrund einer Entmagnetisierung zu prüfen, das in der Synchronmaschine 3 erzeugt wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms darstellt, das die Beziehung zwischen dem Drehmomentbefehl τ* und den d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* in der Strombefehlerzeugungseinheit 23 der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
Wie oben beschrieben, erzeugt die Strombefehlerzeugungseinheit 23 die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2), die von den ersten Strombefehlen verschieden sind, auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0), und verwendet die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) kontinuierlich als den Strombefehl, um die Synchronmaschine 3 anzutreiben, unter den Bedingungen von zwei Arten von Strombefehlen, wie in 3 dargestellt. Indem diese Konfiguration eingesetzt wird, kann die Magnetzustandsschätzeinheit 27 den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 schätzen, ohne das normal erzeugte Drehmoment zu der Zeit des Schätzens des Magnetflusses groß zu ändern.
In 3, bevor und nachdem die Magnettemperaturschätzoperation begonnen wird, sind dieselben ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) gegeben. Bevor die Magnettemperaturschätzoperation begonnen wird, können jedoch dritte Strombefehle id* und iq* (= id3 und iq3), die auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* erzeugt werden und verschieden von denen kurz nach dem Beginnen der Magnettemperaturschätzoperation sind, gegeben sein.
Da die (Zeitkonstante der) Temperaturänderung des Permanentmagneten kleiner ist als die (Zeitkonstante der) Temperaturänderung der Ankerwicklung, kann im Allgemeinen angenommen werden, dass sich die Temperatur (bzw. der magnetische Fluss) des Permanentmagneten kaum durch ein Antreiben der Synchronmaschine ändert, während kontinuierlich zwei Arten von Strombefehlen innerhalb einer Zeit gegeben werden, in welcher die Temperaturänderung des Permanentmagneten klein ist.
Die Magnetzustandsschätzeinheit 27 schätzt die Temperatur oder den Magnetfluss des Permanentmagneten aus dem d-Achsen-Strom id unter den jeweiligen Strombefehlbedingungen und der d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ, geschätzt von der Magnetflussschätzeinheit 26. In der Konfiguration der Magnetzustandsschätzeinheit 27, die in 1 dargestellt ist, wird angenommen, dass der d-Achsen-Strom id auf der Basis der Ankerströme iu, iv, und iw der Synchronmaschine und der Position θ des Rotors unter Verwendung der Operation von Ausdruck (2) erlangt wird, aber da dieselbe Operation durch andere Bestandteileinheiten bzw. Untereinheiten ausgeführt wird, wie oben beschrieben, kann der d-Achsen-Strom id, der von anderen Bestandteileinheiten berechnet wird, verwendet werden.
Wenn der d-Achsen-Strom zu der Zeit zu der die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) gegeben sind, als id10 definiert ist, die d-Achsenkomponente des Ankerverkettungsflusses Φ zu dieser Zeit als Φd10 definiert ist, der d-Achsen-Strom zu der Zeit, zu der die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) gegeben sind, als id20 definiert ist, und die d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses Φ zu dieser Zeit als Φd20 definiert ist, gilt theoretisch die Beziehung von Ausdruck (5).
Hier variiert bzw. ändert sich der Wert der d-Achsen-Induktivität Ld im Allgemeinen abhängig von dem Strom aufgrund des Einflusses der Magnetsättigung der Synchronmaschine 3. Es ist nicht einfach, im Voraus den genauen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld durch eine Messung oder Ähnliches zu berechnen, und es liegt oft ein Fehler zwischen dem geschätzten Wert und dem tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld vor. Wenn der Fehler ΔLd vorliegt und sich die d-Achsen-Induktivität Ld abhängig von dem Strom aufgrund des Einflusses einer Magnetsättigung ändert, wird dementsprechend die Beziehung von Ausdruck (5) tatsächlich als die Beziehung von Ausdruck (6) ausgedrückt.
Hier stellt Ld10 den tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) dar, und Ld'10 stellt den geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter derselben Bedingung dar. Ld20 stellt den tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der zweiten Strombefehle id* un iq* (= id2 und iq2) dar, und Ld'20 stellt den geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter derselben Bedingung dar.
Da in Ausdruck (6) eine Unbekannte der Fehler ΔLd zwischen dem geschätzten Wert und dem tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld ist, kann der Permanentmagnetfluss Φm unter Verwendung von Ausdruck (7) berechnet werden, indem der Fehler ΔLd von den oberen und unteren Ausdrücken davon gelöscht bzw. gekürzt wird.
Indem im Voraus der geschätzte Wert Ld'10 der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und der geschätzte Wert Ld'20 der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) eingestellt werden, der erste Strombefehl und der zweite Strombefehl kontinuierlich als der Strombefehl gegeben werden, und der d-Achsen-Strom id und die d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ unter der Bedingung der Strombefehle berechnet werden, während die Synchronmaschine 3 unter zwei Arten von Strombefehlbedingungen angetrieben wird, kann der Permanentmagnetfluss Φm auf Basis von Gleichung (7) geschätzt werden. Wenn id1 und id2 einander nahe kommen beim Einstellen der ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und der zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2), kommen sich die d-Achsen-Ströme id10 und id20, die gemäß den Befehlen fließen, nahe, der Nenner von Ausdruck (7) wird kleiner, ein kleiner Fehler, der in dem Nenner enthalten ist, wird verstärkt, und daher wird die Schätzgenauigkeit des Permanentmagnetflusses Φm schlechter. In Bezug auf id1 und id2 hat die Magnitude der Differenz zwischen id1 und id2 eine obere Grenze aufgrund von Beschränkungen basierend auf demselben Drehmomentbefehl τ* (= τ0).
Beim Einstellen der ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) und der zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) wird daher bevorzugt, dass sich das Verhältnis von id2 zu id1 in einem Bereich von 0,5 bis 0,8 oder einem Bereich von 1,25 bis 2 befindet.
Das Einstellen des geschätzten Werts der d-Achsen-Induktivität Ld wird durchgeführt unter Verwendung eines Verfahrens zum Berechnen einer Korrelation zwischen dem d-Achsen-Strom id, dem q-Achsen-Strom iq, und dem geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld im Voraus, durch die Techniken der bekannten Magnetflussanalyse, der tatsächlichen Messung, oder Ähnlichem, und Speichern der Korrelation in der Magnetzustandsschätzeinheit 27 in der Form einer Korrelationsabbildung oder einem Ausdruck oder Ähnlichem. Bei der Operation von Ausdruck (7) kann, wenn der Strom dem Befehlswert folgt, die Operation unter Verwendung der Befehlswerte id1 und id2 anstelle der d-Achsen-Ströme id10 und id20 ausgeführt werden.
Die Permanentmagnettemperatur Tmag und der Permanentmagnetfluss Φm weisen eine Korrelation auf. Indem die Korrelation berücksichtigt bzw. gesehen wird, kann der geschätzte Permanentmagnetfluss Φm in die geschätzte Permanentmagnettemperatur Tmag gewandelt werden. Wenn zum Beispiel eine Entmagnetisierung in einem Permanentmagneten von einem Verhältnis von 1% bei jedem Temperaturanstieg um 10°C auftritt, die Referenztemperatur als Tb definiert ist und ein (Referenz-)Permanentmagnetfluss bei der Temperatur Tb als ΦmTb definiert ist, kann die Beziehung zwischen der Permanentmagnettemperatur Tmag und dem Permanentmagnetfluss Φm durch Ausdruck (8) ausgedrückt werden.
Indem die Beziehung von Ausdruck (8) verwendet wird, kann der Permanentmagnetfluss Φm in die geschätzte Permanentmagnettemperatur Tmag gewandelt werden.
Auch wenn dieselben Strombefehle kontinuierlich gegeben sind, werden Pulsierungskomponenten wie zum Beispiel ein bekanntes Stromrauschen aufgrund der PWM-Steuerung der Leistungswandlungseinheit 25 oder der Form der Synchronmaschine 3 tatsächlich auf den d-Achsen-Strom id oder die d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ überlagert. Wenn die Strombefehle für eine vorbestimmte Zeitperiode gegeben sind, kann dementsprechend zunächst ein Mittelungsprozess oder ein Filterprozess für id10, Φd10, id20 und Φd20 durchgeführt werden, und dann kann die Operation von Ausdruck (7) durchgeführt werden.
4 ist ein Diagramm, das ein Gesamtsynchronmaschinensystem darstellt, das ein weiteres Bespiel der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1 und eine Synchronmaschine umfasst. In dem Beispiel, das in 1 dargestellt wird, erfasst die Positionserfassungseinheit 21 die Position θ des Rotors der Synchronmaschine 3 unter Verwendung eines bekannten Koordinatenwandlers bzw. Resolvers oder Encoders, oder Ähnlichem, die Synchronmaschinensteuerung 2 jedoch, die in 4 dargestellt wird, umfasst eine Positionsschätzeinheit 21a, die eine Position θ eines Rotors, durch eine Berechnung auf der Basis eines Spannungsbefehls oder eines Ankerstroms unter Verwendung eines bekannten adaptiven Beobachters oder Ähnlichem schätzt. Die Konfiguration der Positionsschätzeinheit 21a kann als die Konfiguration realisiert werden, die in Patentdokument 4 oder Patentdokument 5 beschrieben ist, und wird daher hier nicht beschrieben. 1 unterscheidet sich von 4 durch die Positionsschätzeinheit 21a, und 1 gleicht 4 in der anderen Konfiguration, die hier nicht wiederholt wird.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 1, indem die Temperatur oder der Magnetfluss des Permanentmagneten, der einen Feldmagnet bildet, aus dem d-Achsen-Strom geschätzt wird, der durch eine Transformation des Ankerstroms der Synchronmaschine in das orthogonale Zwei-Achsen-Koordinatensystem erhalten wird, und der d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses, geschätzt von der Magnetflussschätzeinheit 26, ist es möglich, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten genau zu schätzen, ohne ein normales Drehmoment groß zu ändern, und während eine Verschlechterung der Schätzgenauigkeit aufgrund des Fehlers zwischen dem eingestellten Wert und dem tatsächlichen Wert der Induktivität der Synchronmaschine unterdrückt wird.
Ausführungsform 2
5 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das ein weiteres Beispiel einer Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2 und eine Synchronmaschine umfasst. Die Synchronmaschinensteuerung 20 gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 dadurch, dass eine Strombefehlerzeugungseinheit 23a Strombefehle iγ* und iδ* auf der Basis eines Drehmomentbefehls τ* und eines Ankermagnetflusses Φ erzeugt, und eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24a Spannungsbefehle vd* und vq* in dem orthogonalen Zwei-Achsen-Koordinatensystem auf der Basis der Ströme iγ und iδ erzeugt, die erhalten werden durch ein Koordinaten-Transformieren der Ankerströme iu, iv und iw in das orthogonale Zwei-Achsen-Koordinatensystem, auf der Basis der Strombefehle iγ* und iδ* und der Position θ des Rotors, und des Winkels ∠Φ0, der von der γ-Achse und der δ-Achse gebildet wird. Die anderen Elemente sind dieselben wie in Ausführungsform 1 und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Die Elemente und Operationen der Synchronmaschinensteuerung 20 gemäß Ausführungsform 2 werden mit einem Fokus auf die Unterschiede von Ausführungsform 1 beschrieben und dieselben Teile werden nicht erneut beschrieben.
Bei der Beschreibung der Ausführungsform 1 wurde erwähnt, dass die Strombefehlerzeugungseinheit 23 die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) erzeugt, welche eine Gruppe aus dem ersten d-Achsen-Strombefehle id* (= id1) und dem ersten q-Achsen-Strombefehl iq* (= iq1) sind, und die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2), welche eine Gruppe aus dem zweiten d-Achsenstrombefehl id* (= id2) und dem zweiten q-Achsenstrombefehl iq* (= iq2) sind, und welche von den ersten Strombefehlen verschieden sind, auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0).
Im Gegensatz dazu werden in der Ausführungsform 2 zuerst orthogonale Zwei-Achsen (γ-δ Achsen) definiert, bei denen die Erzeugungsrichtung des Ankerverkettungsflusses Φ, geschätzt von der Magnetflussschätzeinheit 26a, die γ-Achse ist, und die Richtung senkrecht zu der γ-Achse die δ-Achse ist (die Richtung, die der γ-Achse um 90° vorauseilt, ist als die δ-Achse definiert).
Um den γ-Achsenstrom als einen Steuerungswert so zu steuern bzw. regeln, dass der Ankerverkettungsfluss Φ mit einem gewünschten Magnetflussbefehl Φ* als ein Steuerungswert übereinstimmt, umfasst die Strombefehlerzeugungseinheit 23a eine Magnetflusssteuerungseinheit 232, die einen γ-Achsen-Strombefehl auf der Basis des Magnetflussbefehls Φ* und der Magnitude des Ankerverkettungsflusses Φ, der von der Magnetflussschätzeinheit 26a geschätzt wird, erzeugt, eine erste Befehlsgruppe aus einem ersten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (= iδ1) und einem ersten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ1) und eine zweite Befehlsgruppe aus einem zweiten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (= iδ2) und einem zweiten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ2) erzeugt, die von der ersten Befehlsgruppe verschieden ist, auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0), und erste Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ und iδ1) erzeugt, die eine Gruppe aus einem ersten γ-Achsen-Strombefehl iγ* (= iγ1) und einem ersten δ-Achsen-Strombefehl sind, als Ausgaben, wenn der erste Magnetflussbefehl Φ* (= Φ1) in die Magnetflusssteuerungseinheit 232 eingegeben wird, und zweite Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) als eine Gruppe aus einem zweiten γ-Achsen-Strombefehl und einem zweiten δ-Achsen-Strombefehl, welche Ausgaben sind, wenn der zweite Magnetflussbefehl eingegeben wird, an die Magnetflusssteuerungseinheit 232.
Als erstes werden die Magnetflussschätzeinheit 26a, die Strombefehlerzeugungseinheit 23a und die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24a, die von denen aus Ausführungsform 1 verschieden sind, beschrieben.
Die Magnetflussschätzeinheit 26a schätzt die Magnitude |Φ| des Ankerverkettungsflusses Φ und die γ-Achse (tatsächlich den Winkel ∠Φ0 der geschätzten γ-Achse in Bezug auf die d-Achse), welche die Erzeugungsrichtung des Ankerverkettungsflusses Φ ist, zusätzlich zu dem Ankerverkettungsfluss Φ der Synchronmaschine 3, genauer gesagt, der d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ. 6 ist ein Vektordiagramm der Synchronmaschine 3, die einen Permanentmagneten aufweist, der einen Feldmagneten eines Rotors bildet, und stellt eine Beziehung zwischen den γ-δ-Achsen und dem Winkel ∠Φ0 der γ-Achse bezüglich der d-Achse, oder Ähnlichem, dar.
Im Folgenden wird eine sehr geeignete Technik zum Schätzen der Magnitude |Φ| des Ankerverkettungsflusses Φ und des Winkels ∠Φ0 beschrieben. Wenn |Φ| und ∠Φ0 geschätzt werden, werden Φd und Φq zuerst auf Basis von Ausdruck (1) und Ausdruck (9) berechnet, der eine Beziehung der d-Achsen-Spannung vd und der q-Achsen-Komponente Φq des Ankerverkettungsflusses Φ in den d-q-Achsen ist, |Φ| wird berechnet unter Verwendung von Ausdruck (10) aus den berechneten Φd und Φq, und der Winkel ∠Φ0 wird unter Verwendung von Ausdruck (11) berechnet.
Da der tatsächliche Wert der d-Achsen-Spannung vd nicht klar ist, wird in der in 5 dargestellten Konfiguration die Operation von Ausdruck (9) ausgeführt unter Verwendung des d-Achsen-Spannungsbefehls vd* in den d-q-Achsen-Spannungsbefehlen, die von der Strombefehlserzeugungseinheit 23a ausgegeben werden, die später beschrieben wird, anstelle der d-Achsenspannung vd.
Die Strombefehlserzeugungseinheit 23a erzeugt die γ-δ-Strombefehle iγ* und iδ* auf der Basis des Drehmomentbefehls τ*. 7 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Strombefehlerzeugungseinheit 23a darstellt, die in 5 dargestellt ist.
Da in der Synchronmaschine 3, die einen Permanentmagneten aufweist, der einen Feldmagneten eines Rotors bildet, die Beziehung des Drehmoments τ und des δ-Achsen-Stroms iδ durch Ausdruck (12) ausgedrückt wird, unter Verwendung des Ankerverkettungsflusses Φ, ist es bekannt, dass die Anzahl von Kombinationen (Φ*, iδ*) des δ-Achsen-Strombefehls iδ* und des Magnetflussbefehls Φ*, die dasselbe Drehmoment τ erzeugen können, unzählig ist. Indem der Ankerverkettungsfluss Φ und der δ-Achsenstrom iδ direkt gesteuert bzw. geregelt werden, wird es möglich, eine Drehmomentsteuerungsgenauigkeit sicherzustellen, auch wenn eine thermische Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten aufgrund einer Temperaturänderung auftritt, und sich der Permanentmagnetfluss Φm ändert.
Die Steuerungsbefehlberechnungseinheit 231 der Strombefehlerzeugungseinheit 23a erzeugt daher zuerst eine erste Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ1 und Φ1) aus einem ersten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (= iδ1) und einem ersten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ1) und eine zweite Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ2 und Φ2) aus einem zweiten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (= iδ2) und einem zweiten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ2), die von der ersten Befehlsgruppe verschieden ist, auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0). Genauer gesagt, wenn ein vorbestimmter Drehmomentbefehl τ* eingegeben wird, werden die erste Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ1 und Φ1) und die zweite Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ2 und Φ2), basierend auf dem Drehmomentbefehl τ* im Voraus berechnet, auf der Basis von Ausdruck (12), und die Beziehungen werden in der Steuerungsbefehlberechnungseinheit 231 unter Verwendung einer Abbildung oder eines numerischen Ausdrucks gespeichert. Alternativ werden die erste Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ1 und Φ1) und die zweite Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ2 und Φ2) basierend auf dem Drehmomentbefehl τ*, bei welchem die gesamte Wandlungseffizienz der Synchronmaschine 3 oder des Synchronmaschinensystem 1 relativ geeignet ist, im Voraus berechnet auf der Basis von tatsächlichen Maschinen und tatsächlichen Messungen, und die Beziehungen dazwischen können in der Steuerungsbefehlberechnungseinheit 231 unter Verwendung einer Abbildung oder eines nummerischen Ausdrucks gespeichert werden. Die Magnetflusssteuerungseinheit 232 steuert bzw. regelt den γ-Achsenstrom iγ als einen Steuerungswert, so dass der Ankerverkettungsfluss Φ mit einem gewünschten Magnetflussbefehl Φ* übereinstimmt.
Genauer gesagt wird ein γ-Achsenstrombefehl iγ*, bei welchem die Flussdifferenz ΔΦ zwischen dem Magnetflussbefehl Φ* und der Magnitude |Φ| des Ankerverkettungsflusses, der von der Magnetflussschätzeinheit 26a geschätzt wird, 0 ist, erzeugt. Da der γ-Achsen-Strom iγ ein Magnetisierungsstrom ist, der eine Magnetisierungskomponente der Synchronmaschine 3 ist, kann der Ankerverkettungsfluss Φ unter Verwendung des γ-Achsenstroms iγ gesteuert bzw. geregelt werden. Insbesondere, da die Änderung bzw. Variation des Magnetisierungsstroms und die Änderung bzw. Variation des Ankerverkettungsflusses Φ eine proportionale Beziehung mit einem proportionalen Koeffizienten der γ-Achsen-Induktivität Lγ aufweisen, kann z. B. ein Integrator in sehr geeigneter Weise als die Steuerung bzw. Regelung zum Steuern bzw. Regeln der Flussdifferenz ΔΦ auf 0 verwendet werden, und der γ-Achsen-Strombefehl iγ* wird unter Verwendung der Integralsteuerungsoperation, die durch Ausdruck (13) ausgedrückt wird, erzeugt.
Hier stellt Kf einen Integralverstärkungsgrad dar.
Dementsprechend erzeugt die Strombefehlerzeugungseinheit 23a erste Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) als eine Gruppe aus einem ersten γ-Achsen-Strombefehl iγ* (= iγ1) und einem ersten δ-Achsen-Strombefehl iδ*, die Ausgaben sind, wenn der erste Magnetflussbefehl Φ* (Φ1) in die Magnetflusssteuerungseinheit 232 eingegeben wird, und zweite Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) als eine Gruppe aus einem zweiten γ-Achsenstrombefehl und einem zweiten δ-Achsenstrombefehl, die Ausgaben sind, wenn der zweite Magnetflussbefehl in die Magnetflusssteuerungseinheit 232 eingegeben wird.
Die Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24a gibt als erstes γ-δ-Achsen-Spannungsbefehle vγ* und vδ* aus, um die γ-δ-Achsen-Ströme iγ und iδ mit den Strombefehlen iγ* und iδ* in Übereinstimmung zu bringen, Koordinaten-transformiert dann einmal vγ* und vδ* in die d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq*, Koordinaten-transformiert vd* und vq* in die Mehrphasen(Dreiphasen-)AC-Spannungsbefehle vu*, vv* und vw*, und gibt dann das Ergebnis an die Leistungswandlungseinheit 25. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration der Spannungsbefehlerzeugungseinheit 24a darstellt, die in 5 dargestellt ist.
Die Koordinatentransformationseinheit 245 Koordinaten-transformiert die Ankerströme iu, iv und iw der Synchronmaschine 3 in die γ-δ-Achsenströme iγ und iδ auf der Basis der Position θ des Rotors und des Winkels ∠Φ0 der γ-Achse bezüglich der d-Achse unter Verwendung des Ausdrucks (14).
Die Stromsteuerungseinheit 244 führt z. B. eine bekannte Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) durch, auf den Differenzen zwischen den γ-δ-Achsen-Strombefehlen iγ* und iδ* und den γ-δ-Achsenströmen iγ und iδ, und führt eine sogenannte Stromrückkopplungssteuerung bzw. Regelung durch, um so γ-δ-Achsen-Spannungsbefehle vγ* und vδ* zu erzeugen. Obwohl in 8 nicht dargestellt, kann, ähnlich wie in Ausführungsform 1, die Entkopplungskompensierung für die γ-δ-Achsenspannungsbefehle vγ* und vδ* in einer Feed-Forward-Weise durchgeführt werden.
Die Koordinatentransformationseinheit 246 Koordinaten-transformiert die γ-δ-Achsenspannungsbefehle vγ* und vδ*, die aus der Stromsteuerungseinheit 244 ausgegeben werden, in die d-q-Achsenspannungsbefehle vd* und vq* unter Verwendung der Operation von Ausdruck (15) auf der Basis des Winkels ∠Φ0 der γ-Achse um die d-Achse. Die Koordinatentransformationseinheit 247 transformiert das Ergebnis in die Mehrphase-(Dreiphasen-)AC-Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* unter Verwendung der Operation von Ausdruck (3) auf der Basis der Position θ des Rotors und gibt das Ergebnis an die Leistungswandlungseinheit 25 aus.
Die Magnetzustandsschätzeinheit 27a wird unten zusammen mit einer Kompensierung für die Strombefehlerzeugungseinheit 23a beschrieben. 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms darstellt, das die Beziehung zwischen dem Drehmomentbefehl τ*, dem Magnetflussbefehl Φ* und dem δ-Achsen-Strombefehl iδ* in der Strombefehlerzeugungseinheit 23a darstellt.
Die erste Befehlsgruppe aus dem ersten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (iδ1) und dem ersten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ1) und die zweite Befehlsgruppe aus dem zweiten δ-Achsen-Strombefehl iδ* (= iδ2) und dem zweiten Magnetflussbefehl Φ* (= Φ2), die von der ersten Befehlsgruppe verschieden ist, werden auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* (= τ0) erzeugt, und die erste Befehlsgruppe und die zweite Befehlsgruppe werden kontinuierlich gegeben, wie in 9 dargestellt. Die Synchronmaschine 3 wird unter zwei Arten von Strombefehlsbedingungen der ersten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) angetrieben, als die Gruppe aus dem ersten γ-Achsen-Strombefehl iγ* (= iγ1) und dem ersten δ-Achsen-Strombefehl, die ausgegeben werden, wenn der erste Magnetflussbefehl Φ* (= Φ1) in die Magnetflusssteuerungseinheit 232 eingegeben wird, und der zweiten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) als die Gruppe aus dem zweiten γ-Achsen-Strombefehl und dem zweiten δ-Achsen-Strombefehl, die ausgegeben werden, wenn der zweite Magnetflussbefehl in die Magnetflusssteuerungseinheit 232 eingegeben wird. In 9 ist dieselbe erste Befehlsgruppe iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) gegeben, bevor die Magnettemperaturschätzoperation durchgeführt wird und kurz nachdem die Magnettemperaturschätzoperation begonnen wird, jedoch kann eine dritte Befehlsgruppe iγ* und iδ* (= iγ3 und iδ3) gegeben werden, die von der kurz nach dem Beginn der Magnettemperaturschätzoperation verschieden ist und auf der Basis desselben Drehmomentbefehls τ* erzeugt wird, bevor die Magnettemperaturschätzoperation begonnen wird.
Daher kann die Magnetzustandschätzeinheit 27a, die später beschrieben wird, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 schätzen, ohne das Drehmoment, das normal erzeugt wird zu der Zeit des Schätzens des Magnetflusses, groß zu ändern.
Da, wie oben beschrieben, die (Zeitkonstante der) Temperaturänderung bzw. Variation des Permanentmagneten im Allgemeinen kleiner ist als die (Zeitkonstante der) Temperaturänderung bzw. Variation der Ankerwicklung, kann angenommen werden, dass die Temperatur (bzw. der Magnetfluss) des Permanentmagneten sich kaum ändert, indem die Synchronmaschine angetrieben wird, während kontinuierlich zwei Arten von Strombefehlen innerhalb einer Zeit gegeben werden, in welcher die Temperaturvariation bzw. Änderung des Permanentmagneten klein ist.
Die Magnetzustandschätzeinheit 27a schätzt die Temperatur oder den Magnetfluss des Permanentmagneten aus dem d-Achsen-Strom id unter den jeweiligen Strombefehlsbedingungen und der d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ, geschätzt durch die Magnetflussschätzeinheit 26a. Die Operation des Schätzens der Temperatur oder des Magnetflusses des Permanentmagneten wird durchgeführt mit demselben Timing wie in Ausführungsform 1. Der d-Achsen-Strom id, der für die Schätzung verwendet wird, kann erlangt werden auf der Basis der Ankerströme iu, iv und iw der Synchronmaschine 3 und der Position θ des Rotors unter Verwendung der Operation von Ausdruck (2).
Wenn der d-Achsen-Strom zu der Zeit, zu der die ersten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) gegeben werden, als id11 definiert ist, die d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses Φ zu dieser Zeit als Φd11 definiert ist, der d-Achsen-Strom zu der Zeit, zu der die zweiten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) gegeben werden, als id21 definiert ist, die d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses Φ zu dieser Zeit als Φd21 definiert ist, und die d-Achsen-Induktivität Ld abhängig von dem Strom variiert, aufgrund des Einflusses von magnetischer Sättigung mit einem Fehler ΔLd in der d-Achsen-Induktivität Ld in derselben Weise wie in Ausführungsform 1, wird die Beziehung von Ausdruck (16) erhalten.
Hier stellt Ld11 den tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der ersten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) dar, Ld'11 stellt den geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter derselben Bedingung dar, Ld21 stellt den tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter Bedingung der zweiten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) dar, und Ld'21 stellt den geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld unter derselben Bedingung dar.
Da in Ausdruck (16) eine Unbekannte der Fehler ΔLd zwischen dem geschätzten Wert und dem tatsächlichen Wert der d-Achsen-Induktivität Ld ist, kann der Permanentmagnetfluss Φm unter Verwendung von Ausdruck (17) berechnet werden, indem der Fehler ΔLd aus den oberen und unteren Ausdrücken davon gekürzt bzw. gelöscht wird.
Wenn hier beide Einstellungen einander ähnlich werden beim Einstellen der ersten Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ1 und Φ1) und der zweiten Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ2 und Φ2), werden die d-Achsen-Ströme id11 und id21, die gemäß den Befehlen fließen, einander ähnlich, der Nenner von Ausdruck (17) wird kleiner, ein kleiner Fehler, der in dem Nenner enthalten ist, wird verstärkt und dadurch wird die Schätzgenauigkeit des Permanentmagnetflusses Φm schlechter. Die Einstellung des Verhältnisses von iδ* und Φ* ist aufgrund von Strombeschränkungen beschränkt, die in Abhängigkeit von der Synchronmaschine 3 oder der Leistungswandlungseinheit 25 bestimmt werden.
Beim Einstellen der ersten Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ1 und Φ1) und der zweiten Befehlsgruppe iδ* und Φ* (= iδ2 und Φ2) befindet sich das Verhältnis von Φ2 zu Φ1 vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 0,8 oder in einem Bereich von 1,25 bis 2.
Indem im Voraus der geschätzte Wert Ld'11 der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der ersten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ1 und iδ1) und der geschätzte Wert Ld'21 der d-Achsen-Induktivität Ld unter der Bedingung der zweiten Strombefehle iγ* und iδ* (= iγ2 und iδ2) eingestellt werden, der erste Strombefehl und der zweite Strombefehl als der Strombefehl kontinuierlich gegeben werden und der d-Achsen-Strom und die d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses Φ unter der Bedingung der Strombefehle berechnet werden, während die Synchronmaschine 3 unter zwei Arten von Strombefehlsbedingungen angetrieben wird, kann der Permanentmagnetfluss Φm auf der Basis von Ausdruck (17) geschätzt werden. Wie oben beschrieben, kann der geschätzte Permanentmagnetfluss Φm in die Permanentmagnettemperatur Tmag gewandelt werden.
Wie in dem Zeitdiagramm von 9 dargestellt, werden, auch wenn dieselben Befehle kontinuierlich gegeben werden, Pulsierungskomponenten wie zum Beispiel ein bekanntes Stromrauschen aufgrund der PWM-Steuerung der Leistungswandlungseinheit 25 oder der Form der Synchronmaschine 3 tatsächlich auf den d-Achsen-Strom oder die d-Achsen-Komponente des Ankerverkettungsflusses Φ überlagert, aufgrund einer Variation des γ-Achsen-Strombefehls iγ* durch eine Störung aufgrund der Magnetflusssteuerungseinheit 232. Dementsprechend kann, wenn die Strombefehle für eine vorbestimmte Zeitperiode gegeben werden, ein Mittelungsprozess oder ein Filterprozess zuerst für id11, Φd11, id21 und Φd21 durchgeführt werden und dann kann die Operation von Ausdruck (17) durchgeführt werden.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 2, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsform 1, da der Ankerverkettungsfluss und der δ-Achsen-Strombefehl, die unmittelbar relevant für das Drehmoment sind, direkt gesteuert werden können, durch ein Erzeugen des γ-Achsen-Strombefehls aus dem Ankerverkettungsfluss, ist es möglich, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten genau zu schätzen, ohne das normale Drehmoment groß zu ändern, auch wenn eine thermische Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten aufgrund einer Temperaturänderung auftritt.
Ausführungsform 3
10 ist ein Diagramm, das eine Geschwindigkeitszone darstellt, in welcher eine Operation zum Schätzen einer Permanentmagnettemperatur (bzw. eines Flusses) in einer Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 durchgeführt wird. 11 ist ein Diagramm, das einen Spannungsbereich darstellt, in welchem eine Operation zum Schätzen einer Permanentmagnettemperatur (bzw. eines Flusses) in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 durchgeführt wird. In der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 ist der Bereich begrenzt, in welchem die Operation zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten durch die Magnetzustandsschätzeinheit 27 oder 27a gemäß Ausführungsform 1 oder 2 durchgeführt wird. Die Bestandteile der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3 sind dieselben wie in Ausführungsform 1 oder 2 und daher wird eine Beschreibung davon nicht wiederholt.
In einem Ablauf bis die Magnetzustandsschätzeinheit 27 oder 27a den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 schätzt, führt die Magnetflussschätzeinheit 26 oder 26a eine Operation durch, unter Verwendung der d-q-Achsen-Spannungsbefehle vd* und vq* anstelle der d-q-Achsen- (tatsächlichen) Spannungen vd und vq. Dies geschieht unter der Prämisse, dass es keinen Unterschied zwischen den d-q-Achsen-Spannungsbefehlen vd* und vq* und den d-q-Achsen- (tatsächlichen) Spannungen vd und vq gibt, sondern der Spannungsausgabefehler (zum Beispiel, ein Spannungsfehler aufgrund der Totzeit eines Inverters) der Leistungswandlungseinheit 25 tatsächlich einen Bereich beeinflussen kann, in welchem die Magnitude der Spannung klein ist oder eine Niedriggeschwindigkeitszone, in welcher die Spannung abfällt.
Unter Berücksichtigung dieser Situation wird in Ausführungsform 3 die Operation zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 durch die Verwendung der Magnetzustandschätzeinheit 27 oder 27a nur durchgeführt, wenn der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit ω der Synchronmaschine 3, berechnet aus der Änderung der Position θ des Rotors, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, oder nur, wenn die Magnituden der Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert sind.
Insbesondere wenn das Drehmoment, das durch die Synchronmaschine selbst erzeugt wird, zur Beschleunigung verwendet wird, übersteigt die Operation des Startens einer Leistungsversorgung von der Nullgeschwindigkeit und des Erzeugens eines Drehmoments oft einen Geschwindigkeitsbereich, welcher leicht von der Spannungsausgabegenauigkeit der Leistungswandlungseinheit 25 beeinflusst wird, vor dem Einfluss der Entmagnetisierung des Permanentmagneten aufgrund eines Temperaturanstiegs. In diesem Fall, da die Notwendigkeit zum Schätzen der Temperatur (bzw. des Magnetflusses) des Permanentmagneten in einer Niedriggeschwindigkeitszone klein ist, ist es effektiv, dass die Operation zum Schätzen der Temperatur (bzw. des Magnetflusses) des Permanentmagneten nur ausgeführt wird, wenn der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit ω der Synchronmaschine 3 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
10 ist ein Diagramm, das eine Geschwindigkeitszone darstellt, in welcher die Operation zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten durchgeführt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Operation zum Schätzen der Temperatur (bzw. des Magnetflusses) des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 nicht durchgeführt durch die Magnetzustandschätzeinheit 27 oder 27a unter der Bedingung, in welcher die Drehgeschwindigkeit gleich oder geringer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ω1 ist (ein Bereich von –ω1 bis ω1 unter Berücksichtigung einer negativen Geschwindigkeit), welche von der Spannungsgenauigkeit beeinflusst werden kann, d. h. unter der Bedingung, in welcher |ω| < ω1 erfüllt ist.
In Hinblick auf eine Reduzierung des Einflusses des Spannungsausgabefehlers der Leistungswandlungseinheit 25, kann ein Verfahren basierend auf der Magnitude |V| der Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* anstelle der Rotationsgeschwindigkeit ω der Synchronmaschine 3 eingesetzt werden. In der Erfindung wird die Magnitude |V| der Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* durch Ausdruck (18) definiert (entsprechend der Spannungsamplitude), jedoch kann die Magnitude (Amplitude oder Effektivwert) der Spannungsbefehle vu*, vv* und vw* berechnet werden ohne Ausdruck (18) zu erfüllen.
11 ist ein Diagramm, das einen Spannungsbereich darstellt, in welchem der Betrieb zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten durchgeführt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird die Operation zum Schätzen der Temperatur (bzw. des Magnetflusses) des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 nicht von der Magnetzustandschätzeinheit 27 oder 27a unter der Bedingung durchgeführt, in welcher die Spannung gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Spannungsaaglitude V1 ist, welche von der Spannungsgenauigkeit beeinflusst werden kann, d. h. unter der Bedingung, in welcher |V| < V1 erfüllt ist.
Dementsprechend, da der Betrieb zum Schätzen der Temperatur (bzw. des Magnetflusses) des Permanentmagneten nur in einer Hochgeschwindigkeitszone oder einer Hochspannungszone durchgeführt wird, in welcher die Spannungsausgabegenauigkeit der Leistungswandlungseinheit 25 höher ist, ist es möglich, die Schätzgenauigkeit zu verbessern.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 3, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsform 1 oder 2, indem die Operation zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten nur in einer Geschwindigkeitszone durchgeführt wird, in welcher die Spannungsausgabegenauigkeit der Leistungswandlungseinheit höher ist, wird die Operation zum Schätzen des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten nur durchgeführt, wenn die Schätzgenauigkeit hoch ist in der Magnetflussschätzeinheit, die den Ankerverkettungsfluss der Synchronmaschine schätzt auf der Basis des Spannungsbefehls, und es ist daher möglich die Schätzung mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen.
Ausführungsform 4
12 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 4 und eine Synchronmaschine umfasst. Die Synchronmaschinensteuerung 200 gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass die Strombefehlerzeugungseinheit 23b den Drehmomentbefehl τ* an die Synchronmaschine 3 auf Basis des Permanentmagnetflusses Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag begrenzt, ausgegeben von der Magnetzustandschätzeinheit 27, und die d-q-Achsen-Strombefehle id* und iq* auf der Basis des begrenzten Drehmomentbefehls τ0* erzeugt werden. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie in Ausführungsform 1 und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Wie oben beschrieben, wenn die Synchronmaschine 3 mit einem Rotor, in welchem ein Feldmagnet aus einem Permanentmagneten gebildet wird, mit der Synchronmaschinensteuerung 2 gesteuert wird, die die Leistungswandlungseinheit 25 aufweist, tritt ein Phänomen auf, das „Entmagnetisierung” genannt wird, bei welchem die Intensität der Magnetisierung, d. h. der Magnetfluss, des Permanentmagneten als ein Feldmagnet mit einem Anstieg der Temperatur abfällt, aufgrund einer Zufuhr von Strom an eine Ankerwicklung der Synchronmaschine 3, und ein Phänomen tritt auf, das „irreversible Entmagnetisierung” genannt wird, bei welchem der Magnetfluss nicht zu dem Zustand vor dem Auftritt der Entmagnetisierung zurückkehrt, auch wenn die Temperatur einmal eine erlaubte Temperatur übersteigt und dann auf die normale Temperatur abfällt. Dementsprechend muss wenigstens die Temperatur des Permanentmagneten unterdrückt werden, so dass sie gleich oder kleiner als die erlaubte Temperatur ist, bei welcher die irreversible Entmagnetisierung auftritt. Insbesondere wenn das Drehmoment, das in der Synchronmaschine erzeugt wird, steigt, ist es wahrscheinlich, dass die Temperatur des Permanentmagneten ansteigt.
Insbesondere wenn die Funktionen von Ausführungsform 4 der Ausführungsform 2 hinzugefügt werden, entspricht der γ-Achsen-Strom iγ dem Magnetisierungsstrom, der den Ankerverkettungsfluss Φ der Synchronmaschine 3 steuert, wie oben beschrieben. Wenn die Entmagnetisierung (Abfall des Magnetflusses, der ΔΦmag entspricht) des Permanentmagneten aufgrund eines Anstiegs der Temperatur auftritt und der Magnetflussbefehl Φ* gleich dem bevor der Entmagnetisierung ist, wird der Magnetfluss, der der Entmagnetisierung entspricht, kompensiert durch eine Erhöhung des γ-Achsen-Stroms iγ.
Daher, da der Ankerstrom (Effektivwert) der Synchronmaschine 3 mit dem Anstieg des γ-Achsen-Stroms iγ ansteigt, steigt die Temperatur der gesamten Synchronmaschine 3, die den Permanentmagneten umfasst, aufgrund von Wärme an (zum Beispiel Wärme, die aufgrund des Widerstandes der Ankerwicklung erzeugt wird), erzeugt in der Synchronmaschine 3, und daher kann die Entmagnetisierung des Permanentmagneten weiter voranschreiten.
Daher, um einen zusätzlichen Anstieg der Temperatur zu vermeiden und das Übersteigen der oberen Grenze des Ankerstroms der Synchronmaschine 3 zu verhindern, wenn die Temperatur der Synchronmaschine 3 ansteigt, werden die Magnituden (Absolutwerte) von Φ* und iδ* in den d-q-Achsen-Strombefehlen id* und iq* oder der Gruppe aus dem δ-Achsen-Strombefehl iδ* und dem Magnetflussbefehl Φ* indirekt reduziert, um einen Anstieg des Ankerstroms (Effektivwert) zu reduzieren, indem der Temperaturanstieg des Permanentmagneten bestimmt wird auf der Basis des Permanentmagnetflusses Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag, die aus der Magnetzustandschätzeinheit 27 oder 27a ausgegeben wird, und indem der Drehmomentbefehl τ* abhängig von Φmag (oder Tmag) begrenzt wird. Die Korrelation zwischen dem geschätzten Wert Φmag (oder Tmag), geschätzt durch die Magnetzustandschätzeinheit 27 oder 27a und dem Begrenzungswert τ0* des Drehmomentbefehls wird eingestellt abhängig von der Antriebsbedingung, der Wärmekapazität oder der Kühlleistung der Synchronmaschine 3, oder der Leistung der Leistungswandlungseinheit 25.
Wenn der geschätzte Wert Φmag, der von der Magnetzustandsschätzeinheit 27 oder 27a geschätzt wird, gleich oder kleiner als ein bestimmter Wert ist, oder Tmag höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird bestimmt, dass sich die Permanentmagnettemperatur der Temperatur nähert, bei welcher die irreversible Entmagnetisierung auftritt, ein Prozess zum Absenken des Drehmomentbefehls τ*, im Extremfall auf „0”, wird durchgeführt, und dann wird der Drehmomentbefehl τ0* (nachdem er begrenzt wurde) ausgegeben.
In Ausführungsform 2 kann eine Konfiguration eingesetzt werden, bei welcher die Steuerungsbefehlberechnungseinheit 231 den Drehmomentbefehl τ* an die Synchronmaschine 3 abhängig von dem Permanentmagnetfluss Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag begrenzt, ausgegeben von der Magnetzustandsschätzeinheit, und der δ-Achsen-Strombefehl iδ* und der Magnetflussbefehl Φ* auf der Basis des begrenzten Drehmomentbefehls τ0* erzeugt werden.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 4, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsform 1 oder 2, indem der Drehmomentbefehl zu einer Zeit eines Anstiegs der Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine begrenzt wird, so dass ein zusätzlicher Anstieg der Temperatur unterdrückt wird, ist es möglich, einen Anstieg des Ankerstroms (Effektivwert) zu begrenzen und somit die irreversible Entmagnetisierung zu vermeiden.
Ausführungsform 5
Anders als die Magnetzustandschätzeinheiten 27 und 27a in Ausführungsformen 1 bis 4 ist die Magnetzustandschätzeinheit einer Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 5 konfiguriert, eine Funktion aufzuweisen zum Schätzen des Fehlers ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld zu einer Zeit des Schätzens des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine 3 und Speichern des geschätzten Fehler ΔLd. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie in Ausführungsform 1 und daher wird eine Beschreibung davon nicht wiederholt.
In den Ausführungsformen 1 bis 4, wenn der Permanentmagnetfluss Φm geschätzt wird auf der Basis von Ausdruck (7) oder (17), sind die d-Achsen-Komponente Φd des Ankerverkettungsflusses Φ und der Permanentmagnetfluss Φm bekannt und es ist daher möglich den Fehler ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld zu berechnen und auch den tatsächlichen der d-Achsen-Induktivität zu berechnen. In Ausführungsform 1, zum Beispiel, kann der Fehler ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld berechnet werden unter Verwendung von Ausdruck (19) aus der Beziehung mit dem Permanentmagnetfluss Φm, der aus dem d-Achsen-Strom id10, der d-Achsen-Komponente Φd10 des Ankerverkettungsflusses Φ, und dem geschätzten Wert Ld'10 der d-Achsen-Induktivität Ld geschätzt wird, unter der Bedingung, bei welcher die ersten Strombefehle id* und iq* (= id1 und iq1) gegeben sind.
Der Fehler ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld kann auch in ähnlicher Weise berechnet werden unter Verwendung der Werte unter den Bedingungen, in welchen die zweiten Strombefehle id* und iq* (= id2 und iq2) in Ausführungsform 1 gegeben sind, oder unter Verwendung der Werte unter der Bedingung, in welcher die ersten oder zweiten Strombefehle in Ausführungsform 2 gegeben sind.
Zu der Zeit des Schätzens des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten schätzt die Magnetzustandschätzeinheit 27 den Fehler ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld auf der Basis von Ausdruck (19) und speichert den geschätzten Fehler ΔLd. Der gespeicherte Fehler ΔLd wird verwendet zu der Zeit, zu der der Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten erneut geschätzt wird. Dementsprechend, auch wenn zwei Muster von Strombefehlen aus dem ersten Strombefehl und dem zweiten Strombefehl der von dem ersten Strombefehl verschieden ist, nicht gegeben sind auf der Basis desselben Drehmomentbefehls, ist nur der Permanentmagnetfluss Φmag in der Beziehung von Ausdruck (6) oder (16) unbekannt, und es ist daher möglich, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten unter Verwendung von nur einer Gruppe von Strombefehlen zu schätzen, erzeugt auf der Basis des Drehmomentbefehls τ*.
Daher wird zu der Zeit des erneuten Schätzens des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten das Verfahren zur Bereitstellung eines Strombefehls von zwei Gruppen auf eine Gruppe geändert, und es ist daher möglich die Zeit zu verkürzen, die nötig ist, um den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten zu schätzen.
Indem die Tatsache genutzt wird, dass der tatsächliche Wert der d-Achsen-Induktivität Ld aus dem Fehler ΔLd der d-Achsen-Induktivität Ld und dem geschätzten Wert der d-Achsen-Induktivität Ld berechnet werden kann, kann der geschätzte Wert durch den berechneten tatsächlichen Wert ersetzt werden, wenn die Korrelation des d-Achsen-Stroms, des q-Achsen-Stroms, und der d-Achsen-Induktivität Ld (geschätzter Wert) wie oben beschrieben gespeichert wird.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 5, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsformen 1 bis 4, indem der Fehler der d-Achsen-Induktivität zu der Zeit des Schätzens des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten geschätzt und gespeichert wird, ist es möglich, den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten unter der Bedingung zu schätzen, dass eine Gruppe von Strombefehlen zu einer Zeit des erneuten Schätzens des Magnetflusses oder der Temperatur des Permanentmagneten bereitgestellt wird, wodurch die Zeit verkürzt wird, die für die Schätzung benötigt wird.
Ausführungsform 6
13 ist ein Diagramm, das ein Gesamtsynchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 6 und eine Synchronmaschine umfasst. Die Synchronmaschinensteuerung 2000 gemäß Ausführungsform 6 unterscheidet sich von der Synchronmaschinensteuerung 2 gemäß Ausführungsform 1 darin, dass ferner eine Kühleinheit 5 zum Kühlen der Synchronmaschine 3 bereitgestellt wird, und die Kühleinheit 5 abhängig von dem Permanentmagnetfluss Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag gesteuert wird, die aus der Magnetzustandschätzeinheit 27 ausgegeben wird. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie in Ausführungsform 1 und eine Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Die Kühleinheit 5 erfasst einen Anstieg der Temperatur der Synchronmaschine 3 auf der Basis des Permanentmagnetflusses Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag, die aus der Magnetzustandschätzeinheit 27 ausgegeben wird, und aktiviert einen Kühler, um so die Temperatur der Synchronmaschine 3 abzusenken, wenn z. B. die Temperatur höher als ein vorbestimmter Temperaturschwellenwert ist. In einem spezifischen Beispiel umfasst der Kühler ein Kühlgebläse und ist konfiguriert, die Drehzahl des Kühlgebläses zu erhöhen, um so eine Menge an geblasenem Wind zu erhöhen, aus der Synchronmaschine 3, wenn die Temperatur ansteigt.
In einem weiteren Beispiel der Kühleinheit 5 kann eine kombinierte Konfiguration aus einem bekannten Radiator bzw. Kühlkörper oder Kühlrippe und einer Zirkulationspumpe, in welcher ein Fließkanal in einem Gehäuseteil der Synchronmaschine 3 gebildet wird, eingesetzt werden, und die Synchronmaschine 3 wird gekühlt, indem bewirkt wird, dass eine Flüssigkeit wie zum Beispiel Wasser durch den Fließkanal fließt. In diesem Fall wird die Fließrate der Zirkulationspumpe angepasst, so dass sie variabel ist auf der Basis des Permanentmagnetflusses Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag, die von der Magnetzustandschätzeinheit 27 aufgegeben wird.
Die Konfiguration wie zum Beispiel die Kühleinheit 5, die in Ausführungsform 6 hinzugefügt ist, kann auf Ausführungsformen 2 bis 5 angewendet werden.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 6, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsformen 1 bis 5, da die Synchronmaschine in geeigneter Weise gekühlt werden kann, ist es möglich, den Anstieg der Temperatur der gesamten Synchronmaschine oder des Permanentmagneten der Synchronmaschine zu unterdrücken, und eine Verschlechterung der gesamten Synchronmaschine oder die irreversible Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu verhindern.
Ausführungsform 7
14 ist ein Diagramm, das ein gesamtes Synchronmaschinensystem darstellt, das eine Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 7 und eine Synchronmaschine umfasst. Die Synchronmaschinensteuerung 20000 gemäß Ausführungsform 7 unterscheidet sich von der Synchronmaschinensteuerung 2 oder 20 gemäß Ausführungsform 1 oder 2 dadurch, dass der Strombefehl, der auf der Basis von dem Drehmomentbefehl τ* an die Synchronmaschine 3 durch die Strombefehlerzeugungseinheit 23c erzeugt wird, auf einen Befehl eingestellt ist zum Reduzieren des absoluten Werts der Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine 3 abhängig von dem Permanentmagnetfluss Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag, die aus der Magnetzustandschätzeinheit 27 ausgegeben wird, und somit wird die Synchronmaschine 3 abgebremst. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie in Ausführungsformen 1 oder 2 und die Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Um ein Voranschreiten der Entmagnetisierung des Permanentmagneten mit einem Anstieg der Temperatur der Synchronmaschine 3 zu unterdrücken, dient diese Ausführungsform dazu, „iron loss” (Wirbelstromverlust), der mit (dem Absolutwert von) der Drehgeschwindigkeit verknüpft ist und in der Synchronmaschine 3 erzeugt wird, zu reduzieren, und den Anstieg der Temperatur der Synchronmaschine 3 aufgrund des Iron-Loss (Wirbelstromverlusts) zu unterdrücken, indem der Anstieg der Temperatur des Permanentmagneten auf der Basis des Permanentmagnetflusses Φmag oder der Permanentmagnettemperatur Tmag bestimmt wird, ausgegeben von der Magnetzustandsschätzeinheit 27a, und indem der Strombefehl, der auf Basis des Drehmomentbefehls τ* erzeugt wird, auf einen Befehl eingestellt wird zum Reduzieren des Absolutwerts der Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine 3 abhängig von Φmag (oder Tmag) um die Synchronmaschine 3 abzubremsen.
In einem Beispiel, bei welchem der Strombefehl erzeugt wird, wird ein Drehmomentbefehl τ* eines vorbestimmten Negativwerts in die Strombefehlerzeugungseinheit 23c eingegeben, um einen Strombefehl zu erzeugen, indem der Drehmomentbefehl τ* geändert wird, der in die Strombefehlerzeugungseinheit 23c eingegeben wird, zu einem vorbestimmten negativen Wert, oder indem ein Systems einer höheren Ebene des Synchronmaschinensystems 1 aufgefordert wird, einen vorbestimmten negativen Wert als den Drehmomentbefehl τ* in die Strombefehlerzeugungseinheit 23c von dem System der höheren Ebene einzugeben. Dementsprechend werden die d-q-Achsen-Strombefehle id* und iq* oder die Gruppe aus dem δ-Achsen-Strombefehl iδ* und dem Magnetflussbefehl Φ* indirekt zu einem Befehl für eine regenerative Operation geändert, um die Synchronmaschine 3 abzubremsen.
Die Korrelation zwischen dem geschätzten Wert Φmag (oder Tmag), der von der Magnetzustandsschätzeinheit 27 oder 27a geschätzt wird, und dem Drehmomentbefehl τ0*, der in der Lage ist, die Synchronmaschine 3 abzubremsen, wird abhängig von der Antriebsbedingung eingestellt, der Wärmekapazität oder der Kühlleistung der Synchronmaschine 3 oder der Leistung der Leistungswandlungseinheit 25.
In dieser Weise, in der Synchronmaschinensteuerung gemäß Ausführungsform 7, zusätzlich zu den Vorteilen von Ausführungsform 1 oder 2, indem ein Befehl zum Reduzieren des Absolutwerts der Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine 3 eingestellt wird, wenn die Temperatur des Permanentmagneten der Synchronmaschine ansteigt, und indem die Synchronmaschine 3 abgebremst wird, ist es möglich, den Iron-Loss (Wirbelstromverlust) zu reduzieren, der in der Synchronmaschine 3 erzeugt wird, um einen Anstieg der Temperatur aufgrund des Iron-Loss (Wirbelstromverlusts) zu unterdrücken, und somit die irreversible Entmagnetisierung zu vermeiden.
In den oben genannten Ausführungsformen wurden die Strombefehle und die Operationen beschrieben, wenn der Magnetfluss oder die Temperatur periodisch geschätzt werden, jedoch muss die Synchronmaschine zu der normalen Zeit nur unter Verwendung einer Gruppe von Strombefehlen angetrieben werden, und zwei Gruppen von Strombefehlen müssen nicht immer gegeben werden.
In der obigen Beschreibung der Ausführungsformen wird angenommen, dass ein Synchronelektromotor als die Synchronmaschine verwendet wird, aber dieselben Vorteile können erwartet werden, wenn ein Synchronleistungsgenerator oder eine synchrone AC-Maschine unter Verwendung eines Permanentmagneten eingesetzt wird.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und die Ausführungsformen können geändert oder ausgelassen werden wie geeignet, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung sind dem Fachmann ersichtlich, ohne von dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte verstanden werden, dass diese nicht auf die illustrativen Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-110141 A [0003, 0006]
JP 2005-51892 A [0004, 0007]
JP 2005-1922325 A [0005]
JP 2005-192325 A [0008]

Claims

Synchronmaschinensteuerung (2) mit einem Leistungswandlungsmittel zum Antreiben einer Synchronmaschine (3), umfassend: eine Positionserfassungseinheit (21), die eine Position eines Rotors einer Synchronmaschine (3) erfasst, einschließlich des Rotors, bei welchem ein Feldmagnet aus einem Permanentmagneten gebildet wird, oder eine Positionsschätzeinheit (21a), die die Position des Rotors schätzt; eine Stromerfassungseinheit (22), die einen Ankerstrom der Synchronmaschine (3) erfasst; eine Strombefehlerzeugungseinheit (23), die erste und zweite Strombefehle erzeugt, die in ein Orthogonal-Zwei-Achsen-Koordinatensystem transformiert sind, auf der Basis eines Drehmomentbefehls; eine Spannungsbefehlerzeugungseinheit (24), die einen Spannungsbefehl auf der Basis der ersten und zweiten Strombefehle, der Position des Rotors, und des Ankerstroms erzeugt; eine Leistungswandlungseinheit (25), die eine Spannung an die Synchronmaschine (3) ausgibt, auf der Basis des Spannungsbefehls; eine Magnetflussschätzeinheit (26), die einen Ankerverkettungsfluss der Synchronmaschine (3) schätzt, auf der Basis einer Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine (3), berechnet aus einer Änderung der Position des Rotors, des Spannungsbefehls, und des Ankerstroms; und eine Magnetzustandschätzeinheit (27), die einen Magnetfluss oder eine Temperatur des Permanentmagneten schätzt, aus der Position des Rotors, dem Ankerstrom und dem Ankerverkettungsfluss.
Synchronmaschinensteuerung gemäß Anspruch 1, wobei das Orthogonal-Zwei-Achsen-Koordinatensystem ein Dreh-Orthogonal-Zwei-Achsen-(d-q-Achsen)-Koordinatensystem ist, und wobei die Strombefehlerzeugungseinheit (23) den ersten Strombefehl erzeugt, der eine Gruppe aus einem ersten d-Achsen-Strombefehl und einem ersten q-Achsen-Strombefehl ist, und den zweiten Strombefehl, der eine Gruppe aus einem zweiten d-Achsen-Strombefehl und einem zweiten q-Achsen-Strombefehl ist, auf der Basis des Drehmomentbefehls.
Synchronmaschinensteuerung gemäß Anspruch 1, wobei das Orthogonal-Zwei-Achsen-Koordinatensystem ein Orthogonal-Zwei-Achsen-(γ-δ-Achsen)-Koordinatensystem ist, bei welchem eine Erzeugungsrichtung des Ankerverkettungsflusses, geschätzt durch die Magnetflussschätzeinheit (26), eine γ-Achse ist und eine Richtung senkrecht zu der γ-Achse eine δ-Achse ist, und wobei die Strombefehlerzeugungseinheit (23) eine Steuerungsbefehlberechnungseinheit (231) umfasst, die einen δ-Achsen-Strombefehl ausgibt und einen Ankerverkettungsflussbefehl auf der Basis des Drehmomentbefehls, und eine Magnetflusssteuerungseinheit (232), die einen γ-Achsen-Strombefehl ausgibt, auf der Basis des Ankerverkettungsflussbefehls und des Ankerverkettungsflusses, geschätzt von der Magnetflussschätzeinheit (26), und den ersten Strombefehl erzeugt, der eine Gruppe aus einem ersten γ-Achsen-Strombefehl und einem ersten δ-Achsen-Strombefehl ist, und den zweiten Strombefehl, der eine Gruppe aus einem zweiten γ-Achsen-Strombefehl und einem zweiten δ-Achsen-Strombefehl ist.
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten von der Magnetzustandschätzeinheit (27) nur geschätzt wird, wenn der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine (3), berechnet aus der Änderung der Position des Rotors, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten von der Magnetzustandschätzeinheit (27) nur geschätzt wird, wenn die Magnitude des Spannungsbefehls gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strombefehlerzeugungseinheit (23) die Strombefehle abhängig von dem Magnetfluss oder der Temperatur des Permanentmagneten, ausgeben von der Magnetzustandschätzeinheit (27), begrenzt.
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strombefehlerzeugungseinheit (23) die Strombefehle so erzeugt, dass der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit der Synchronmaschine (3) reduziert wird, abhängig von dem Magnetfluss oder der Temperatur des Permanentmagneten, ausgegeben von der Magnetzustandschätzeinheit (27).
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Magnetzustandschätzeinheit (27) den Magnetfluss oder die Temperatur des Permanentmagneten schätzt, einen Fehler zwischen einem geschätzten Wert und einem tatsächlichen Wert einer Induktivität der Synchronmaschine (3) schätzt, und den geschätzten Wert speichert.
Synchronmaschinensteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Kühleinheit (5), die die Synchronmaschine (3) kühlt, wobei die Kühleinheit (5) abhängig von dem Magnetfluss oder der Temperatur des Permanentmagneten gesteuert wird, ausgegeben von der Magnetzustandschätzeinheit (27).