DE102016006338B4

DE102016006338B4 - Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor

Info

Publication number: DE102016006338B4
Application number: DE102016006338.6A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Senoo
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2036-05-21
Also published as: CN106208855B; US20160352275A1; JP2016226089A; JP6333772B2; US9825579B2; DE102016006338A1; CN106208855A

Abstract

Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor, die umfasst:- eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit (1) zum Steuern eines d-Phasenstroms durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl,- eine Spannungserfassungseinheit (2) zum Erfassen der d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms,- eine Drehzahlermittlungseinheit (3) zum Ermitteln einer Drehzahl des Synchronmotors,- eine Stromermittlungseinheit (4) zum Ermitteln des d-Phasenstroms und q-Phasenstroms,- eine Wicklungstemperaturerfassungseinheit (5) zum Erfassen einer Wicklungstemperatur des Synchronmotors,- eine Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit (6) zum Berechnen eines Wicklungswiderstands anhand der erfassten Wicklungstemperatur,- eine Induktivitätsberechnungseinheit (7) zum Berechnen einer d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl,- eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante (8) zum Berechnen einer gegenelektromotorischen Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität, und- eine Magnettemperaturschätzeinheit (9) zum Schätzen einer Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor und spezifischer eine Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor zum Überwachen einer Spannung zwischen den Anschlüssen, etc. durch Variieren des d-Phasenstroms und Schätzen einer Wicklungstemperatur durch Schätzen einer gegenelektromotorischen Spannung und eines Wicklungswiderstands.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Zur Steuerung eines Synchronmotors ist es wichtig, die Temperatur des Synchronmotors zu kennen. Es ist ein Verfahren zum Schätzen der Temperatur eines Synchronmotors bekannt, das basierend auf der Abnahmerate einer gegenelektromotorischen Spannung während des Ansteuerns des Synchronmotors eine Magnettemperatur schätzt. Die gegenelektromotorische Spannung kann durch Subtrahieren einer durch einen Strom induzierten Spannung von der Spannung zwischen den Anschlüssen berechnet werden. Als alternatives Verfahren ist ein Verfahren zum Schätzen einer Wicklungstemperatur basierend auf der Zunahmerate des Wicklungswiderstands bekannt.
Es ist ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Synchronelektromaschine bekannt, das die Drehzahl des Rotors der Synchronelektromaschine sowie die Spannungen und Ströme von drei Phasen unter Verwendung eines internen Temperaturmessgeräts misst, die internen Temperaturen (Spulen- und Magnettemperatur) in der Synchronelektromaschine unter Verwendung von Zustandsbeobachtern für den Widerstand der Spulen und den Magnetfluss des Magneten bestimmt und die Synchronelektromaschine basierend auf den derart bestimmten internen Temperaturen diagnostiziert und steuert (siehe z.B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2014 - 230 486 A
Eine Steuereinrichtung, die den Modellfehler eines Ankerverbindungsmagnetflusses reduzieren kann ist bekannt (siehe z.B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2008 - 92 649 A ). Ein Modell einer q-Achseninduktivität L_q wird unter Verwendung einer n-Punktapproximationsfunktion erhalten und es werden Berechnungen durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Berechnungsbedingungen erfüllt sind. Als Nächstes wird ein Ankerflussverbindungsmodell nur dann berechnet, wenn ein Berechnungsfreigabesignal ausgegeben wird. Als Nächstes wird durch Addieren eines Hauptstromkreiskabelwiderstands eines vorgegebenen Modells zu einem anhand eines Ankerwicklungstemperaturmodels erhaltenen Ankerwicklungswiderstandsmodell ein Ankerwiderstandsmodel berechnet. Dann wendet eine Motorkonstantenschätzeinheit eine korrigierende Berechnung auf eine Motorkonstante an, um ein Rotormagnetpolpositionsmodellsignal und ein Rotordrehzahlmodellsignal zu berechnen.
Aus DE 100 02 242 A1 ist ein Verfahren zum Schutz eines Elektromotors vor thermischer Überbelastung bekannt. Darin wird eine mindestens einen temperaturabhängigen Motorparameter und mindestens eine Motorkenngröße verknüpfende Motorengleichung anhand eines Motorenmodells für den Elektromotor definiert. In mindestens zwei aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten eines Messvorgangs werden die aktuellen Werte der mindestens einen Motorkenngröße bestimmt. Der Wert des mindestens einen temperaturabhängigen Motorparameters wird anhand der Motorengleichungen für die Messzeitpunkte eines Messvorgangs bestimmt. Der Absolutwert der Temperatur des Elektromotors wird anhand der in den Messzeitpunkten eines Messvorgangs abgeleiteten Motorengleichungen unter Berücksichtigung des funktionalen Zusammenhangs zwischen dem mindestens einen temperaturabhängigen Motorparameter und der Temperatur ermittelt. Falls der ermittelte Absolutwert der Temperatur des Elektromotors eine vorgegebene Grenztemperatur erreicht, werden für den Stromfluss durch den Elektromotor definierte Maßnahmen getroffen.
Aus DE 602 232 466 T2 ist eine Temperaturschätzvorrichtung und ein Verfahren für einen Synchronmotor bekannt. Das Verfahren umfasst das Erhalten eines Temperaturwerts als Antwort auf ein Temperatursignal von einem außerhalb der elektrischen Maschine vorhandenen Temperatursensor und das Filtern des Temperatursignals durch einen Temperaturschätzprozess, um ein gefiltertes Temperatursignal zu erzeugen. Die geschätzte Temperatur der elektrischen Maschine spricht auf das gefilterte Temperatursignal an. Die Temperaturschätzvorrichtung umfasst einen Controller, einen Temperatursensor, der mit dem Controller funktional verbunden ist und ein Temperatursignal sendet, das einer gemessenen Temperatur des Controllers entspricht, der einen Temperaturschätzprozess ausführt; wobei der Controller eine Schaltvorrichtung enthält, die funktional zwischen die elektrische Maschine und eine Leistungsquelle geschaltet ist, wobei die Schaltvorrichtung auf die Ansteuerungssignale des Controllers anspricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Da jedoch die Variation der q-Achseninduktivität L_q aufgrund des Stroms groß ist, besteht das Problem, dass die Berechnung der aus einer Stromänderung resultierenden Spannung nicht genau ist. Des Weiteren besteht, da der Magnet am Rotor angebracht ist und sich mit ihm dreht, das Problem, dass es schwierig ist, die Temperatur unter Verwendung einer Einrichtung direkt zu messen.
Eine Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit zum Steuern eines d-Phasenstroms durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl, eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen der d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms, eine Drehzahlermittlungseinheit zum Ermitteln einer Drehzahl des Synchronmotors, eine Stromermittlungseinheit zum Ermitteln des d-Phasenstroms und q-Phasenstroms, eine Wicklungstemperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Wicklungstemperatur des Synchronmotors, eine Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit zum Berechnen eines Wicklungswiderstands anhand der erfassten Wicklungstemperatur, eine Induktivitätsberechnungseinheit zum Berechnen einer d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl, eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante zum Berechnen einer gegenelektromotorischen Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität, und eine Magnettemperaturschätzeinheit zum Schätzen einer Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.
Figurenliste
Das vorstehende und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Beschreibung der nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen dargelegten bevorzugten Ausführungsformen genauer hervor. Es zeigt:

1 ein Schaubild, das die Konfiguration einer Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Abfolge von Operationen, die durch die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden;
3A ein Diagramm, das die Beziehung des d-Phasenstroms, des q-Phasenstroms, der Drehzahl, des Wicklungswiderstands, der d-Achseninduktivität und der gegenelektromotorischen Spannungskonstante in Bezug auf einen Vektor der Spannung zwischen den Anschlüssen vor dem Variieren des d-Phasenstroms in der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3B ein Diagramm, das die Beziehung des d-Phasenstroms, des q-Phasenstroms, der Drehzahl, des Wicklungswiderstands, der d-Achseninduktivität und der gegenelektromotorischen Spannungskonstante in Bezug auf einen Vektor der Spannung zwischen den Anschlüssen nach dem Variieren des d-Phasenstroms in der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein Schaubild, das die Konfiguration einer Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Abfolge von Operationen, die durch die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.

Genaue Beschreibung
Eine Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch eine bestimmte hierin beschriebene Ausführungsform begrenzt ist, sondern sich auf die in den anhängigen Ansprüchen und deren Äquivalenten beschriebene Erfindung erstreckt.
[Erste Ausführungsform]
Zunächst wird eine Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt die Konfiguration der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1, eine Spannungserfassungseinheit 2, eine Drehzahlermittlungseinheit 3, eine Stromermittlungseinheit 4, eine Wicklungstemperaturerfassungseinheit 5, eine Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit 6, eine Induktivitätsberechnungseinheit 7, eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante 8 und eine Magnettemperaturschätzeinheit 9. Die Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1 steuert einen d-Phasenstrom durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl. Die Spannungserfassungseinheit 2 erfasst die d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms. Die Drehzahlermittlungseinheit 3 ermittelt die Drehzahl des Synchronmotors. Die Stromermittlungseinheit 4 ermittelt den d-Phasenstrom und q-Phasenstrom. Die Wicklungstemperaturerfassungseinheit 5 erfasst die Wicklungstemperatur des Synchronmotors. Die Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit 6 berechnet den Wicklungswiderstand anhand der erfassten Wicklungstemperatur. Die Induktivitätsberechnungseinheit 7 berechnet die d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl. Die Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante 8 berechnet eine gegenelektromotorische Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität. Die Magnettemperaturschätzeinheit 9 schätzt die Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.
Die in 1 gezeigte Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend genauer beschrieben.
Eine Drei-Phasen-Wechselspannung von einer Drei-Phasen-Wechselstromversorgung 30 wird in einen Umsetzer 20 eingegeben, der die eingegebene Wechselspannung zur Ausgabe in eine Gleichspannung umsetzt. Die derart ausgegebene Gleichspannung wird durch einen Glättungskondensator 31 geglättet. Die Spannung wird dann in einen Inverter 40 eingegeben, der eine PWM-Steuerung durchführt und die eingegebene Spannung in eine Wechselspannung einer zum Ansteuern des Synchronmotors 50 gewünschten Frequenz umsetzt. Der Synchronmotor 50 treibt ein angetriebenes Element 60 an. Der dem Synchronmotor 50 zugeführte U-Phasenstrom I_u, V-Phasenstrom I_v und W-Phasenstrom I_w werden durch die U-Phasen-, V-Phasen- bzw. W-Phasenstromdetektoren 4_u, 4_v und 4_w ermittelt. Die ermittelten Ergebnisse werden an die Stromermittlungseinheit 4 gesendet. Die Stromermittlungseinheit 4 berechnet den d-Phasenstrom I_d und q-Phasenstrom I_q anhand des U-Phasenstroms I_u, V-Phasenstroms I_v und W-Phasenstroms I_w.
Der Synchronmotor 50 umfasst einen Stator 53 mit den Wicklungen 55_u, 55_v und 55_w. Der Synchronmotor 50 umfasst ferner die Magnetpolstücke 54a und 54d im Stator 53 und einen Rotor 52, der sich um eine Mittelachse 51 dreht. Ein Drehwinkeldetektor 70 zum Ermitteln des Drehwinkels θ des Synchronmotors 50 ist nahe dem Synchronmotor 50 bereitgestellt. Der ermittelte Drehwinkel θ wird an die Drehzahlermittlungseinheit 3 gesendet, die die Drehzahl ω durch Differenzieren des Drehwinkels θ berechnet. Alternativ kann die Drehzahl ω anhand der Frequenz des Ansteuerstroms berechnet werden.
Eine Synchronmotorsteuervorrichtung 100 umfasst eine q-Phasenstrombefehlswerterzeugungseinheit 12, eine d-Phasenstrombefehlswerterzeugungseinheit 13, eine Ansteuereinheit 14 und die Stromermittlungseinheit 4. Die q-Phasenstrombefehlswerterzeugungseinheit 12 empfängt einen Drehzahlbefehl ω_com von einer Host-Steuereinrichtung 21 und berechnet unter Verwendung eines Subtrahierers 12a eine Differenz Δω durch Subtrahieren der von der Drehzahlermittlungseinheit 3 eingegebenen Drehzahl ω vom Drehzahlbefehl ω_com. Die Differenz Δω wird in eine PI-Steuereinheit 12b eingegeben, die dann einen q-Phasenstrombefehl I_qcom ausgibt.
Die d-Phasenstrombefehlswerterzeugungseinheit 13 gibt basierend auf einem in einem Speicher 90 gespeicherten d-Phasenstromwert I_dk und der von der Drehzahlermittlungseinheit 3 eingegebenen Drehzahl ω einen d-Phasenstrombefehl I_dcom aus.
Der d-Phasenstrombefehl I_dcom wird in einen Subtrahierer 14a in der Ansteuereinheit 14 eingegeben. Der Subtrahierer 14a gibt durch Subtrahieren des von der Stromermittlungseinheit 4 eingegebenen d-Phasenstroms I_d vom d-Phasenstrombefehl I_dcom eine Differenz ΔI_d aus. Die derart ausgegebene ΔI_d wird durch eine PI-Steuereinheit 14c in eine d-Phasenspannung V_d umgesetzt. Die d-Phasenspannung V_d wird in die Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1 eingegeben.
Der q-Phasenstrombefehl I_qcom wird in einen Subtrahierer 14b in der Ansteuereinheit 14 eingegeben. Der Subtrahierer 14b gibt durch Subtrahieren des von der Stromermittlungseinheit 4 eingegebenen q-Phasenstroms I_q vom q-Phasenstrombefehl I_qcom eine Differenz ΔI_q aus. Die derart ausgegebene ΔI_q wird durch eine PI-Steuereinheit 14d in eine q-Phasenspannung V_q umgesetzt. Die q-Phasenspannung V_q wird in die Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1 eingegeben.
Die Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1 setzt die d-Phasenspannung V_d und q-Phasenspannung V_q in die U-Phasenspannung V_u, V-Phasenspannung V_v und W-Phasenspannung V_w um, die an eine PWM-Signalerzeugungseinheit 14f ausgegeben werden. Bei einer Vektorsteuerung werden der d-Phasenstrom I_d und q-Phasenstrom I_q durch Erhöhen oder Verringern der d-Phasenspannung V_d und q-Phasenspannung V_q durch einen Befehl gesteuert.
Die Spannungserfassungseinheit (V_d-, V_q-, ΔV_d-, ΔV_q-Erfassungseinheit) 2 erfasst die d-Phasenspannung V_d und q-Phasenspannung V_q von der jeweiligen PI-Steuereinheit 14c und 14d beim Variieren des d-Phasenstroms. Anstelle der d-Phasenspannung V_d und q-Phasenspannung V_q können die Befehlswerte der jeweiligen Spannungen verwendet werden. Wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen unter Verwendung eines externen Messgeräts direkt beobachtet werden kann, kann es möglich sein, sie in Sinus- und Cosinuskomponenten zu zerlegen und diese als V_d und V_q zu verwenden. Bei einer Vektorsteuerung ist selbstverständlich die Phase des q-Achsenstroms bekannt. Daher können die Sinus- und Cosinuskomponenten durch Berechnen der Differenz zwischen der Phase der Spannung zwischen den Anschlüssen und der Phase der q-Achse berechnet werden.
Die Wicklungstemperaturerfassungseinheit 5 erfasst die Temperatur T_c der Wicklungen 55_u, 55_v und 55_w des Synchronmotors 50. Die Wicklungstemperatur T_c kann durch Anbringen einer Temperaturermittlungseinrichtung (nicht gezeigt) an den Wicklungen 55_u, 55_v und 55_w erfasst werden.
Die Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit (R-Umsetzungseinheit) 6 erfasst die Wicklungstemperatur T_c von der Wicklungstemperaturerfassungseinheit 5 und berechnet den Wicklungswiderstand R.
Die Induktivitätsberechnungseinheit (L_d-Berechnungseinheit) 7 berechnet die d-Achseninduktivität L_d basierend auf der Variation des d-Phasenstroms (I_d2-I_d1) und der Variation der q-Phasenspannung ΔV_q, wenn der d-Phasenstrom von I_d1 zu I_d2 variiert wird, sowie der Drehzahl ω.
Die Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante (K_v-Berechnungseinheit) 8 berechnet die gegenelektromotorische Spannungskonstante K_v anhand der q-Phasenspannung V_q, des d-Phasenstroms I_d2 nach dessen Variation, der Drehzahl ω, des q-Phasenstroms I_q, des Wicklungswiderstands R und der d-Achseninduktivität L_d.
Die Magnettemperaturschätzeinheit 9 schätzt die Magnettemperatur T_m des Synchronmotors 50 basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante K_v.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 die Abfolge von Operationen beschrieben, die durch die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zunächst wird in Schritt S101 der d-Phasenstrom I_d von I_d1 zu I_d2 variiert. Die 3A und 3B zeigen die Beziehung des d-Phasenstroms, des q-Phasenstroms, der Drehzahl, des Wicklungswiderstands, der d-Achseninduktivität und der gegenelektromotorischen Spannungskonstante in Bezug auf den Vektor der Spannung zwischen den Anschlüssen vor und nach dem Variieren des d-Phasenstroms. In den 3A und 3B sind I_d1 und I_d2 der d-Phasenstrom (Blindstrom), I_q ist der q-Phasenstrom (drehmomentbildende Strom), R der Wicklungswiderstand, L_q die q-Achseninduktivität, L_d die d-Achseninduktivität, ω die Drehzahl und K_v die gegenelektromotorische Spannungskonstante.
Bei der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vektorsteuerung durchgeführt, um den Synchronmotor unter Annahme der folgenden zwei Vorbedingungen zu steuern.
(Vorbedingung 1) Da die Variation von I_d1 zu I_d2 in kurzer Zeit durchgeführt wird, bleiben die Wicklungstemperatur und Magnettemperatur vor und nach der Variation unverändert.
(Vorbedingung 2) Die Variation der d-Achseninduktivität L_d, die durch die Variation von I_d1 zu I_d2 verursacht wird, ist gering.
Des Weiteren ist es erforderlich, dass K_vω, I_qR und I_qωL_q vor und nach der Variation von I_d gleich sind. Das bedeutet, es ist erforderlich, dass nicht nur die Drehzahl ω, sondern auch das Drehmoment unverändert bleiben. Dies entspricht der Situation, in der der Motor mit einer konstanten Drehzahl dreht, ohne dass eine externe Kraft auf ihn wirkt. In diesem Fall wird berücksichtigt, dass ein nahezu konstantes Drehmoment ausgegeben wird, das der dynamischen Reibung der Achse entspricht.
Als Nächstes wird in Schritt S102 die d-Achseninduktivität L_d berechnet. Aus den 3A und 3B ist ersichtlich, dass die Differenz zwischen I_d2ωL_d und I_d1ωL_d die Differenz ΔV_q darstellt. Somit wird die folgende Gleichung (1) erhalten. $Δ V_{q} = I_{d 2} ω L_{d} - I_{d 1} ω L_{d}$
Demgemäß kann durch Transformieren der Gleichung (1) die d-Achseninduktivität L_d anhand der folgenden Gleichung (2) berechnet werden. $L_{d} = Δ V_{q} / (I_{d 2} - I_{d 1}) ω$
In Schritt S103 wird die Wicklungstemperatur unter Verwendung einer Temperaturermittlungseinrichtung ausgelesen. Als Nächstes wird in Schritt S104 der Wicklungswiderstand R gemäß der folgenden Gleichung (3) umgesetzt: $R = R_{1} \times (T_{1} + 234,5 (Eigenwert von Kupfer) / (Wicklungstemperatur + 234,5)$
wobei R₁ ein Wicklungswiderstand bei einer Wicklungstemperatur T₁ ist.
Als Nächstes wird in Schritt S105 die gegenelektromotorische Spannungskonstante K_v berechnet. In 3B ist V_q als q-Achsenkomponente des Vektors der Spannung zwischen den Anschlüssen durch K_vω + I_qR + I_d2ωL_d angegeben. Hier wird für I_d2 die Richtung des Pfeils in der Figur als positiv angenommen. Daher kann K_v anhand der folgenden Gleichung (4) berechnet werden. $K_{v} = (V_{q} - I_{d 2} ω L_{d} - I_{q} R) / ω$
Als Nächstes wird in Schritt S106 die Magnettemperatur unter Verwendung der gegenelektromotorischen Spannungskonstante K_v geschätzt. Das bedeutet, die Magnetflussdichte wird anhand der gegenelektromotorischen Spannungskonstante K_v berechnet und die Magnettemperatur anhand der Temperaturcharakteristika des Magneten gemäß der folgenden Gleichung (5) geschätzt. $α (T - T_{1}) = 1 - (K_{v} / K_{v 1})$
wobei α die durch den Typ des Magneten bestimmte Konstante, T die geschätzte Temperatur und K_v1 die gegenelektromotorische Spannungskonstante bei der Temperatur T₁ (z.B. 20°C) ist.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spannung zwischen den Anschlüssen, etc. durch Variieren des d-Phasenstroms überwacht und die gegenelektromotorische Spannung und der Wicklungswiderstand werden ohne Verwendung der q-Achseninduktivität L_q geschätzt, dementsprechend kann die Temperatur des Synchronmotors mit guter Genauigkeit geschätzt werden. Daher kann die Erfindung beispielsweise einen geeigneten Motorüberhitzungsschutz erreichen und die Genauigkeit der ausgegebenen Schätzung erhöhen.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 zeigt die Konfiguration der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1, eine Spannungserfassungseinheit 2, eine Drehzahlermittlungseinheit 3, eine Stromermittlungseinheit 4, eine Wicklungswiderstandsberechnungseinheit 10, eine Wicklungstemperaturschätzeinheit 11, eine Induktivitätsberechnungseinheit 7, eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante 8 und eine Magnettemperaturschätzeinheit 9. Die Spannungsbefehlserzeugungseinheit 1 steuert einen d-Phasenstrom durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl. Die Spannungserfassungseinheit 2 erfasst die d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms. Die Drehzahlermittlungseinheit 3 ermittelt die Drehzahl des Synchronmotors. Die Stromermittlungseinheit 4 ermittelt den d-Phasenstrom und q-Phasenstrom. Die Wicklungswiderstandsberechnungseinheit 10 berechnet einen Wicklungswiderstand anhand der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der d-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms. Die Wicklungstemperaturschätzeinheit 11 schätzt die Wicklungstemperatur des Synchronmotors anhand des Wicklungswiderstands. Die Induktivitätsberechnungseinheit 7 berechnet die d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl. Die Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante 8 berechnet eine gegenelektromotorische Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität. Die Magnettemperaturschätzeinheit 9 schätzt die Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.
Die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform in folgender Hinsicht. Das bedeutet, bei der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform erfasst die Wicklungstemperaturerfassungseinheit 5 die Wicklungstemperatur des Synchronmotors und die Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit 6 berechnet den Wicklungswiderstand anhand der erfassten Wicklungstemperatur. Im Gegensatz dazu berechnet bei der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform die Wicklungswiderstandsberechnungseinheit 10 den Wicklungswiderstand anhand der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der d-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms und die Wicklungstemperaturschätzeinheit 11 schätzt die Wicklungstemperatur des Synchronmotors anhand des Wicklungswiderstands. Ansonsten entspricht die Konfiguration der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform derjenigen der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, weshalb die Details der Konfiguration hierin nicht weiter beschrieben sind.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 5 die Abfolge von Operationen beschrieben, die durch die Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zunächst wird in Schritt S201 der d-Phasenstrom I_d von I_d1 zu I_d2 variiert. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Beziehung des d-Phasenstroms, des q-Phasenstroms, der Drehzahl, des Wicklungswiderstands, der d-Achseninduktivität und der gegenelektromotorischen Spannungskonstante in Bezug auf den Vektor der Spannung zwischen den Anschlüssen vor und nach dem Variieren des d-Phasenstroms der in den 3A und 3B der ersten Ausführungsform gezeigten.
Als Nächstes wird in Schritt S202 der Wicklungswiderstand R berechnet. Da ΔV_d = I_d2R - I_d1R aus 3A und 3B ist, kann der Wicklungswiderstand R anhand der folgenden Gleichung (6) erhalten werden. $R = Δ V_{d} / (I_{d 2} - I_{d 1})$
In Schritt S203 wird die Wicklungstemperatur des Synchronmotors auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform anhand des berechneten Wicklungswiderstands geschätzt.
Dann wird in Schritt S204 die d-Achseninduktivität L_d berechnet. Die d-Achseninduktivität L_d kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) berechnet werden.
Als Nächstes wird in Schritt S205 die gegenelektromotorische Spannungskonstante K_v berechnet. K_v kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung (4) berechnet werden.
In Schritt S206 wird die Magnettemperatur unter Verwendung der elektromotorischen Kraftkonstante K_v geschätzt.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie auch bei der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung der ersten Ausführungsform die Spannung zwischen den Anschlüssen, etc. durch Variieren des d-Phasenstroms überwacht und die gegenelektromotorische Spannung und der Wicklungswiderstand werden ohne Verwendung der q-Achseninduktivität L_q geschätzt, dementsprechend kann die Temperatur des Synchronmotors mit guter Genauigkeit geschätzt werden. Daher kann die Erfindung beispielsweise einen geeigneten Motorüberhitzungsschutz erreichen und die Genauigkeit der ausgegebenen Schätzung erhöhen. Außerdem kann, da die Wicklungstemperatur basierend auf dem Wicklungswiderstand geschätzt wird, der anhand der ermittelten Werte des d-Phasenstroms und der d-Phasenspannung berechnet wird, auf die Bereitstellung von Wicklungstemperaturermittlungseinrichtungen verzichtet werden.
Gemäß der Synchronmotor-Temperaturschätzvorrichtung einer beliebigen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die q-Achseninduktivität L_q nicht zum Berechnen der Temperatur verwendet. Folglich kann die Temperatur des Synchronmotors mit guter Genauigkeit geschätzt werden. Daher kann die Erfindung beispielsweise einen geeigneten Überhitzungsschutz für den Synchronmotor erreichen und die Genauigkeit der ausgegebenen Schätzung erhöhen.

Claims

Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor, die umfasst: - eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit (1) zum Steuern eines d-Phasenstroms durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl, - eine Spannungserfassungseinheit (2) zum Erfassen der d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms, - eine Drehzahlermittlungseinheit (3) zum Ermitteln einer Drehzahl des Synchronmotors, - eine Stromermittlungseinheit (4) zum Ermitteln des d-Phasenstroms und q-Phasenstroms, - eine Wicklungstemperaturerfassungseinheit (5) zum Erfassen einer Wicklungstemperatur des Synchronmotors, - eine Wicklungswiderstandsumsetzungseinheit (6) zum Berechnen eines Wicklungswiderstands anhand der erfassten Wicklungstemperatur, - eine Induktivitätsberechnungseinheit (7) zum Berechnen einer d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl, - eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante (8) zum Berechnen einer gegenelektromotorischen Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität, und - eine Magnettemperaturschätzeinheit (9) zum Schätzen einer Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.
Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor, die umfasst: - eine Spannungsbefehlserzeugungseinheit (1) zum Steuern eines d-Phasenstroms durch Erhöhen oder Verringern einer d-Phasenspannung und q-Phasenspannung durch einen Befehl, - eine Spannungserfassungseinheit (2) zum Erfassen der d-Phasenspannung und q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms, - eine Drehzahlermittlungseinheit (3) zum Ermitteln einer Drehzahl des Synchronmotors, - eine Stromermittlungseinheit (4) zum Ermitteln des d-Phasenstroms und q-Phasenstroms, - eine Wicklungswiderstandsberechnungseinheit (10) zum Berechnen eines Wicklungswiderstands anhand der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der d-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms, - eine Wicklungstemperaturschätzeinheit (11) zum Schätzen einer Wicklungstemperatur des Synchronmotors anhand des Wicklungswiderstands, - eine Induktivitätsberechnungseinheit (7) zum Berechnen einer d-Achseninduktivität basierend auf der Variation des d-Phasenstroms und der Variation der q-Phasenspannung beim Variieren des d-Phasenstroms sowie der Drehzahl, - eine Berechnungseinheit für eine gegenelektromotorische Spannungskonstante (8) zum Berechnen einer gegenelektromotorischen Spannungskonstante anhand der q-Phasenspannung, des d-Phasenstroms nach dessen Variation, der Drehzahl, des q-Phasenstroms, des Wicklungswiderstands und der d-Achseninduktivität, und - eine Magnettemperaturschätzeinheit (9) zum Schätzen einer Magnettemperatur des Synchronmotors basierend auf der gegenelektromotorischen Spannungskonstante.