JP2024036042A - motor control device - Google Patents

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尚礼 鈴木
峻 谷口
利貞 三井
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Abstract

【課題】磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を向上させる。【解決手段】モータの制御部10は、モータの回転数指令値、トルク指令値の何れかに基づいて演算されたq軸電圧指令値と、電気角速度と、電流検出値に基づいて演算されたd軸電流検出値及びq軸電流検出値と、を入力し、永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部40を備える。磁石温度推定部40は、q軸電圧指令値、電気角速度、d軸電流検出値及びq軸電流検出値を入力し、d軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量演算部41と、d軸磁束変動量を補正した補正後d軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量補正部42と、磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部43と、補正後d軸磁束変動量と磁石磁束基準値とに基づいて永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部44を備える。【選択図】図1The present invention improves the accuracy of magnet temperature estimation by correcting the current dependence of magnetic flux variation due to temperature change when estimating magnet temperature. [Solution] A motor control unit 10 calculates a q-axis voltage command value calculated based on either a motor rotation speed command value or a torque command value, an electrical angular velocity, and a detected current value. A magnet temperature estimation unit 40 is provided which inputs the d-axis current detection value and the q-axis current detection value and estimates the temperature of the permanent magnet. The magnet temperature estimating unit 40 includes a d-axis magnetic flux variation calculation unit 41 that receives the q-axis voltage command value, electrical angular velocity, d-axis current detection value, and q-axis current detection value and calculates the d-axis magnetic flux variation; A d-axis magnetic flux fluctuation amount correction unit 42 that calculates a corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount after correcting the axial magnetic flux fluctuation amount, a magnet magnetic flux reference value calculation unit 43 that calculates a magnet magnetic flux reference value, and a d-axis magnetic flux fluctuation amount after correction. The magnet temperature calculation unit 44 is provided to calculate an estimated magnet temperature value of the permanent magnet based on the magnet flux reference value and the magnet flux reference value. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.

モータの磁石温度を推定する技術として、例えば特許文献1及び特許文献2に記載の技術が提案されている。 As a technique for estimating the magnet temperature of a motor, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example, have been proposed.

特許文献1は、電圧指令値に基づいて異なる時刻間の磁石磁束の変動量を推定、磁石磁束変動量に相当する磁石温度変動量推定値を出力する永久磁石同期電動機の駆動装置を開示している。 Patent Document 1 discloses a driving device for a permanent magnet synchronous motor that estimates the variation amount of magnet magnetic flux between different times based on a voltage command value and outputs an estimated magnet temperature variation amount corresponding to the magnet magnetic flux variation amount. There is.

また、特許文献2は、目標電流値を変化させ、d軸磁束鎖交数に基づいて磁石磁束を算出し、算出した磁石磁束に応じて磁石温度を推定するモータの磁石温度の推定方法を開示している。 Further, Patent Document 2 discloses a method for estimating the magnet temperature of a motor, which changes the target current value, calculates the magnet magnetic flux based on the d-axis magnetic flux linkage, and estimates the magnet temperature according to the calculated magnet magnetic flux. are doing.

特開2021-2949号公報JP 2021-2949 Publication 特開2021-16226号公報JP 2021-16226 Publication

特許文献1に記載の技術は、モータの製造ばらつきなどに起因する個体間の定数誤差の影響を除き、磁石磁束または磁石温度を精度良く推定することを目的としている。そして特許文献1は、q軸電圧指令値と、制御で使用している定数に基づき算出した基準q軸電圧との差分からd軸磁束誤差を算出する方法を備え、基準温度におけるd軸磁束誤差φ0_errを算出し、基準温度から磁石温度が変化した際のd軸磁束誤差φ1_errを算出し、φ0_errとφ1_errの差から磁石磁束の変動量を算出、磁石磁束変動量に相当する磁石温度変動量推定値を出力する永久磁石同期電動機の駆動装置を開示している。 The technique described in Patent Document 1 aims to accurately estimate magnet magnetic flux or magnet temperature by eliminating the influence of constant errors between individual motors due to manufacturing variations in motors. Patent Document 1 provides a method for calculating a d-axis magnetic flux error from the difference between a q-axis voltage command value and a reference q-axis voltage calculated based on a constant used in control, and calculates a d-axis magnetic flux error at a reference temperature. Calculate φ0_err, calculate the d-axis magnetic flux error φ1_err when the magnet temperature changes from the reference temperature, calculate the amount of variation in magnet magnetic flux from the difference between φ0_err and φ1_err, and estimate the amount of magnet temperature variation corresponding to the amount of magnet magnetic flux variation. A drive device for a permanent magnet synchronous motor that outputs a value is disclosed.

特許文献1では、あるd軸電流、q軸電流となっている時にφ0_errとφ1_errの差から算出したd軸磁束の変動量をそのまま、磁石磁束変動量としている。磁石温度変化によるd軸磁束と磁石磁束の変動量には、d軸電流とq軸電流によって異なるという電流依存性が存在するため、d軸電流、q軸電流が非ゼロ時の推定では磁石磁束の変動量推定値に誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生するため、改善の余地がある。 In Patent Document 1, the variation amount of the d-axis magnetic flux calculated from the difference between φ0_err and φ1_err when a certain d-axis current and q-axis current are present is directly used as the magnet magnetic flux variation amount. The amount of variation in d-axis magnetic flux and magnet magnetic flux due to magnet temperature change has current dependence that differs depending on d-axis current and q-axis current. There is room for improvement because an error occurs in the estimated value of the variation amount and an error also occurs in the estimated value of the magnet temperature.

特許文献2は、目標電流を変化させる前後においてd軸磁束を求め、それぞれのd軸磁束に基づいて磁石磁束を算出し、算出した磁石磁束に応じて磁石温度を推定するモータの磁石温度の推定方法を開示している。特許文献2では、磁石磁束から磁石温度を推定する際に、磁石磁束、d軸電流、q軸電流のパラメータと磁石温度との対応関係を示すテーブルを用いており、温度変化による磁束変動量の電流依存性も考慮して磁石温度を推定しているが、三パラメータ入力のテーブルを用いるため、テーブルデータ数が大きくなり、テーブル作成のための測定作業時間やテーブル参照の処理負荷が大きいという点で、改善の余地がある。 Patent Document 2 discloses a motor magnet temperature estimation method that calculates d-axis magnetic flux before and after changing a target current, calculates magnet magnetic flux based on each d-axis magnetic flux, and estimates magnet temperature according to the calculated magnet magnetic flux. The method is disclosed. In Patent Document 2, when estimating the magnet temperature from the magnet magnetic flux, a table showing the correspondence relationship between the parameters of the magnet magnetic flux, d-axis current, and q-axis current and the magnet temperature is used, and the amount of magnetic flux fluctuation due to temperature change is estimated. Magnet temperature is estimated by taking current dependence into consideration, but since a table with three parameter input is used, the number of table data becomes large, and the measurement work time to create the table and the processing load of table reference are large. So, there is room for improvement.

本発明の目的は、磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を向上させるモータ制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor control device that improves magnet temperature estimation accuracy by correcting current dependence of magnetic flux variation due to temperature change when estimating magnet temperature.

上記目的を達成するために本発明のモータ制御装置は、永久磁石を有するモータを制御する制御部を備えたモータ制御装置において、前記制御部は、前記モータの回転数指令値、前記モータのトルク指令値の何れかに基づいて演算され、若しくは前記モータの電圧検出値に基づいて演算されたq軸電圧値と、前記モータの電気角に基づいて演算された電気角速度と、前記モータの電圧検出値又は前記モータの電流検出値に基づいて演算され、若しくは指令値に基づいたd軸電流値及びq軸電流値と、を入力し、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部を備え、前記磁石温度推定部は、前記q軸電圧値、前記電気角速度、前記d軸電流値及び前記q軸電流値を入力し、d軸磁束とd軸磁束基準値の差分であるd軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量演算部と、前記d軸電流値と前記q軸電流値に基づいて前記d軸磁束変動量を補正した補正後d軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量補正部と、前記q軸電流値に基づいて磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部と、前記補正後d軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて前記永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a motor control device of the present invention includes a control unit that controls a motor having a permanent magnet, wherein the control unit controls a rotational speed command value of the motor, a torque of the motor a q-axis voltage value calculated based on either a command value or a voltage detection value of the motor; an electrical angular velocity calculated based on the electrical angle of the motor; and a voltage detection of the motor. a magnet temperature estimating unit that inputs a d-axis current value and a q-axis current value calculated based on a value or a current detected value of the motor, or a command value, and estimates the temperature of the permanent magnet, The magnet temperature estimator inputs the q-axis voltage value, the electrical angular velocity, the d-axis current value, and the q-axis current value, and calculates a d-axis magnetic flux fluctuation amount that is the difference between the d-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux reference value. a d-axis magnetic flux fluctuation amount calculation unit that calculates a corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount that corrects the d-axis magnetic flux fluctuation amount based on the d-axis current value and the q-axis current value; a correction section, a magnet magnetic flux reference value calculation section that calculates a magnet magnetic flux reference value based on the q-axis current value, and a magnet magnetic flux reference value calculation section that calculates a magnet magnetic flux reference value of the permanent magnet based on the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount and the magnet magnetic flux reference value. The present invention is characterized in that it includes a magnet temperature calculation section that calculates an estimated temperature value.

本発明によれば、磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を高めることができる。 According to the present invention, the accuracy of magnet temperature estimation can be improved by correcting the current dependence of the amount of magnetic flux variation due to temperature change when estimating magnet temperature.

上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにする。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.

本発明の実施例1に係るモータ制御装置100の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a motor control device 100 according to a first embodiment of the present invention. PMモータ20の構造を模式的に示した図である。2 is a diagram schematically showing the structure of a PM motor 20. FIG. 回転子位置θdと固定子21の各巻線25の相との関係を示す図である。3 is a diagram showing the relationship between the rotor position θd and the phase of each winding 25 of the stator 21. FIG. インバータ30および電流検出部50の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing the configuration of an inverter 30 and a current detection section 50. FIG. 交流の電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an AC voltage command value and a triangular wave carrier signal for generating a drive signal. 電圧指令値演算部12の構成例を示す図である。3 is a diagram showing an example of the configuration of a voltage command value calculation section 12. FIG. あるq軸電流におけるd軸電流に対するd軸磁束の関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between d-axis magnetic flux and d-axis current at a certain q-axis current. 磁石温度推定部40の制御ブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of a magnet temperature estimating section 40. FIG. インバータ30の出力電圧を測定する電圧センサ70を備えたブロック図である。3 is a block diagram including a voltage sensor 70 that measures the output voltage of an inverter 30. FIG. d軸磁束変動量演算部41の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of a d-axis magnetic flux fluctuation amount calculating section 41. FIG. d軸磁束基準値演算部412にテーブルまたは数式として記憶される、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束基準値Ψd_stdの関係の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, which is stored in the d-axis magnetic flux reference value calculation unit 412 as a table or a mathematical formula. q軸電流値Iqと磁石磁束基準値Ψd0_stdの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between q-axis current value Iq and magnet magnetic flux reference value Ψd0_std. d軸磁束変動量補正部42の制御ブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section 42. FIG. 補正係数演算部421にテーブルまたは数式として記憶される、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対する補正係数Kの関係の一例を示す図である。7 is a diagram illustrating an example of a relationship between a correction coefficient K and a d-axis current value Id and a q-axis current value Iq, which is stored as a table or a formula in a correction coefficient calculation unit 421. FIG. 磁石温度演算部44の制御ブロック図である。4 is a control block diagram of a magnet temperature calculation section 44. FIG. 磁石温度換算部441にテーブルまたは数式として記憶される、磁束変化比率KΨに対する磁石温度推定値Tm_estの関係の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the estimated magnet temperature value Tm_est and the magnetic flux change ratio KΨ, which is stored in the magnet temperature conversion unit 441 as a table or a mathematical formula. d軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram showing a configuration example of a magnet temperature estimating section in a case where a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided and a magnet magnetic flux reference value is a constant. d軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合の磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a magnet temperature estimation error of a magnet temperature estimator in a case where a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided and a magnet magnetic flux reference value is a constant. d軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram illustrating a configuration example of a magnet temperature estimation section in a case where a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided. d軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a magnet temperature estimation error of a magnet temperature estimator in a case where a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided. 磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。It is a figure which shows the example of magnet temperature estimation error of a magnet temperature estimation part. 実施例1の変形例を示す制御ブロック図である。3 is a control block diagram showing a modification of the first embodiment. FIG. 本発明の実施例2に係る制御部10aの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of control part 10a concerning Example 2 of the present invention. トルク指令値制限部16、d軸電流指令値制限部17、q軸電流指令値制限部18の構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration example of a torque command value limiting section 16, a d-axis current command value limiting section 17, and a q-axis current command value limiting section 18. FIG. 本発明の実施例3に係る制御部10bの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the composition of control part 10b concerning Example 3 of the present invention.

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Similar components are given the same reference numerals, and the same description will not be repeated.

本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。 The various constituent elements of the present invention do not necessarily have to exist individually and independently; a plurality of constituent elements may be formed as a single member, or one constituent element may be formed from a plurality of members. , it is allowed that a certain component is a part of another component, that a part of a certain component overlaps with a part of another component, etc.

<モータ制御装置の概略構成>
図1は、本発明の実施例1に係るモータ制御装置100の概略構成図である。モータ制御装置100は、制御部10、PMモータ20、インバータ30、電流検出手段50、レゾルバやエンコーダ等の角度センサ60、を備えている。PMモータ20には、図示はしていないが機械的あるいは磁気的に機械出力を伝える機構が接続されており、モータ制御装置100によってPMモータ20の回転数またはトルクを所望の値に制御する。
<Schematic configuration of motor control device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a motor control device 100 according to a first embodiment of the present invention. The motor control device 100 includes a control section 10, a PM motor 20, an inverter 30, a current detection means 50, and an angle sensor 60 such as a resolver or encoder. Although not shown, a mechanism for mechanically or magnetically transmitting a mechanical output is connected to the PM motor 20, and the motor control device 100 controls the rotation speed or torque of the PM motor 20 to a desired value.

以下の説明では、電動機の一例としてPMモータ20、すなわち永久磁石を有する永久磁石同期モータ(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)を用いた例で説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。回転子の温度によって永久磁石の磁束が変化する特性を持つ電動機であれば、本発明が適用できる。 In the following description, a PM motor 20, that is, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) having a permanent magnet will be used as an example of an electric motor, but the present invention is not limited to this. . The present invention can be applied to any electric motor that has the characteristic that the magnetic flux of the permanent magnet changes depending on the temperature of the rotor.

インバータ30は、バッテリーなどの直流電圧源120(図4参照)と、スイッチング素子から成るブリッジ回路を有し、入力されるドライブ信号に応じてスイッチング素子をスイッチングして電圧を出力する。スイッチング素子のスイッチング動作が遅れ無く理想的に切り替わると仮定して説明すると、インバータ30から出力される電圧はパルス状の電圧となる。公知のパルス幅変調の考えを用いると、パルス状電圧は交流電圧として見なすことができる。 The inverter 30 has a DC voltage source 120 (see FIG. 4) such as a battery, and a bridge circuit including a switching element, and outputs a voltage by switching the switching element according to an input drive signal. If the switching operation of the switching element is assumed to ideally switch without delay, the voltage output from the inverter 30 will be a pulse voltage. Using the well-known concept of pulse width modulation, the pulsed voltage can be viewed as an alternating voltage.

尚、パルス幅変調においては、等価的な交流電圧の周波数(ここでは単相モータの回転周波数に相当する)に対し、スイッチング素子をオンオフする周期、つまりスイッチング周波数を十分に高くすることが一般的である。しかしながら、パルス状電圧の基本波成分を考えることも可能である。例えば、スイッチング周波数がPMモータの回転周波数の1~3倍程度といった近い場合においては、パルス状電圧の基本波成分がPMモータ20に印加されているとして考えることができる。従って、本明細書においては、インバータ30の出力電圧は交流波形であるとして、以下を説明する。 In addition, in pulse width modulation, it is common to set the period at which the switching element is turned on and off, that is, the switching frequency, to be sufficiently high relative to the frequency of the equivalent AC voltage (corresponding to the rotational frequency of a single-phase motor in this case). It is. However, it is also possible to consider the fundamental wave component of the pulsed voltage. For example, when the switching frequency is close to the rotational frequency of the PM motor, such as 1 to 3 times, it can be considered that the fundamental wave component of the pulsed voltage is applied to the PM motor 20. Therefore, in this specification, the following description will be made assuming that the output voltage of the inverter 30 has an AC waveform.

尚、直流電圧源ではなく、交流電力源を整流などによって直流電力に変換する構成としても良い。または、ある電圧の直流電圧源を基に、異なる電圧に制御するDC/DCコンバータを用いる構成としても良い。 Note that instead of using a DC voltage source, a configuration may be used in which an AC power source is converted into DC power by rectification or the like. Alternatively, a configuration using a DC/DC converter that controls a DC voltage source of a certain voltage to a different voltage may be used.

制御部10は構成例として、電流指令値演算部11、電圧指令値演算部12、PWM信号生成部14、座標変換部13、角速度演算部15、磁石温度推定部40を有する。 The control unit 10 includes, as a configuration example, a current command value calculation unit 11, a voltage command value calculation unit 12, a PWM signal generation unit 14, a coordinate conversion unit 13, an angular velocity calculation unit 15, and a magnet temperature estimation unit 40.

座標変換部13は、電流検出手段50によって得られたPMモータ20に流れる電流情報である電流検出値、角度センサ60によって得られるモータ電気角検出値を入力し、三相のUVW軸から、定義を後述するdq軸への変換し、d軸電流検出値(d軸電流値)、q軸電流検出値(q軸電流値)を出力する。 The coordinate conversion unit 13 inputs the current detection value, which is information on the current flowing through the PM motor 20 obtained by the current detection means 50, and the motor electrical angle detection value obtained by the angle sensor 60, and converts the defined value from the three-phase UVW axis. is converted into a dq-axis, which will be described later, and outputs a d-axis current detection value (d-axis current value) and a q-axis current detection value (q-axis current value).

角速度演算部15は、角度センサ60によって得られるモータ電気角検出値を入力し、電気角速度を出力する。 The angular velocity calculation unit 15 inputs the motor electrical angle detection value obtained by the angle sensor 60 and outputs the electrical angular velocity.

電流指令値演算部11は、回転数指令値またはトルク指令値を入力し、d軸電流指令値、q軸電流指令値を出力する。 The current command value calculation unit 11 inputs a rotation speed command value or a torque command value, and outputs a d-axis current command value and a q-axis current command value.

電圧指令値演算部12は、d軸電流指令値、q軸電流指令値、d軸電流検出値、q軸電流検出値、電気角速度を入力し、これらを基に、d軸電圧指令値、q軸電圧指令値(q軸電圧値)を生成する。 The voltage command value calculation unit 12 inputs the d-axis current command value, the q-axis current command value, the d-axis current detection value, the q-axis current detection value, and the electrical angular velocity, and based on these, calculates the d-axis voltage command value, q Generate the axis voltage command value (q-axis voltage value).

PWM信号生成部14は、d軸電圧指令値とq軸電圧指令値を入力し、これら基にインバータ30を構成するスイッチング素子のオンオフを制御するPWM信号を出力する。 The PWM signal generation unit 14 inputs the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value, and outputs a PWM signal that controls on/off of the switching elements constituting the inverter 30 based on these.

図1において、回転数指令値やトルク指令値は、制御部10の中に示しているが、例えば、図示していない上位制御系や他の制御系などから得る構成でも構わない。 In FIG. 1, the rotational speed command value and the torque command value are shown in the control unit 10, but they may be obtained from a higher-level control system or another control system (not shown), for example.

<PMモータ20の構造例>
図2は、PMモータ20の構造を模式的に示した図である。PMモータ20は、固定子21と、固定子21の内周側に配置された回転子22から構成されている。固定子21は、固定子コア(固定子鉄心)26に巻線(コイル)25が巻かれた固定子磁極28を複数有している。回転子22は永久磁石27を有している。
<Structure example of PM motor 20>
FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the PM motor 20. As shown in FIG. The PM motor 20 includes a stator 21 and a rotor 22 arranged on the inner peripheral side of the stator 21. The stator 21 has a plurality of stator magnetic poles 28 each having a winding (coil) 25 wound around a stator core (stator iron core) 26 . The rotor 22 has permanent magnets 27 .

図2は、固定子21の磁極の数(スロット数とも呼ぶ)が6、回転子22の磁極の数が2の例を示している。固定子21と回転子22の磁極の数は自由に選ぶことができ、固定子21と回転子22の磁極の数が等しい構成であっても良く、また、固定子21と回転子22の磁極の数が異なる構成であっても良い。また、複数ある巻線の接続は、並列接続でも直列接続でも問題無い。本実施例では対向する固定子磁極28の巻線25が直列接続されて一相を構成し、PMモータ20としては三相の巻線で構成されている例として説明する。 FIG. 2 shows an example in which the number of magnetic poles of the stator 21 (also referred to as the number of slots) is six, and the number of magnetic poles of the rotor 22 is two. The number of magnetic poles of the stator 21 and the rotor 22 can be freely selected, and the number of magnetic poles of the stator 21 and the rotor 22 may be equal. The configuration may have a different number of . Furthermore, there is no problem in connecting the plurality of windings, whether they are connected in parallel or in series. In this embodiment, the windings 25 of the opposing stator magnetic poles 28 are connected in series to constitute one phase, and the PM motor 20 will be described as an example constituted by three-phase windings.

固定子磁極28は巻線25に電流を流す事により、電磁石の要領で磁極が生じ、巻線25の電流の向きによって極性(N極、S極)を変えられる。本実施例では、巻線25に正の直流電流を流した際に固定子磁極28がS極となり、回転子22の永久磁石27のN極が引きつけられる際の、回転子22の回転角度(回転角度位置)をゼロ度と定義する。尚、これ以降、回転子の回転角度位置を回転子位置θdと表記する。固定子磁極28が複数ある場合は、いずれかの一つを基準の位置として定める。本実施例では、図2の右側にある巻線25(U相との記載に一番近い巻線)を基準位置として説明する。本願においては、回転子22は反時計回りに回転する方向を正回転と定義する。 The stator magnetic pole 28 generates a magnetic pole in the manner of an electromagnet by passing a current through the winding 25, and the polarity (N pole, S pole) can be changed depending on the direction of the current in the winding 25. In this embodiment, the rotation angle of the rotor 22 ( The rotational angular position) is defined as zero degrees. Note that from now on, the rotational angular position of the rotor will be referred to as rotor position θd. If there are multiple stator magnetic poles 28, one of them is determined as the reference position. In this embodiment, the winding 25 on the right side of FIG. 2 (the winding closest to the U-phase) will be described as a reference position. In this application, the direction in which the rotor 22 rotates counterclockwise is defined as normal rotation.

モータ制御装置100内における処理では、PMモータ20の回転子22の回転子位置θdの情報を利用するが、角度センサ60としてレゾルバやエンコーダ等によって位置情報を検出する構成として説明する。当然ながら、PMモータ20に流れる電流およびPMモータ20への印加電圧からPMモータ20の推定回転角度位置を出力する位置推定手段を用いた位置センサレス制御によって得る構成でも構わない。 In the processing within the motor control device 100, information on the rotor position θd of the rotor 22 of the PM motor 20 is used, but the description will be made assuming that the angle sensor 60 is configured to detect position information using a resolver, an encoder, or the like. Of course, a configuration may also be used in which the position is obtained by position sensorless control using position estimating means that outputs the estimated rotation angle position of the PM motor 20 from the current flowing through the PM motor 20 and the voltage applied to the PM motor 20.

<座標軸の説明>
ここで座標軸の定義について説明する。図3は、回転子位置θdと固定子21の各巻線25の相との関係を示す図である。UVWの三相の巻線は、電気角で120度の差をもって配置されている。回転子22に設けられた永久磁石の主磁束方向をd軸とし、d軸から回転方向に電気的に90度(電気角90度)進んだq軸とからなるd-q軸を定義する。このd-q軸は回転座標系である。d軸の定義は、基準の巻線25に鎖交する永久磁石27の磁束が最大となる回転角度位置とも言い換えることができる。
<Explanation of coordinate axes>
Here, the definition of the coordinate axes will be explained. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotor position θd and the phase of each winding 25 of the stator 21. The three-phase windings of the UVW are arranged with a difference of 120 electrical degrees. The d-q axis is defined as the main magnetic flux direction of the permanent magnet provided in the rotor 22 as the d-axis, and the q-axis electrically extending 90 degrees (electrical angle 90 degrees) from the d-axis in the rotational direction. The dq axes are a rotating coordinate system. The definition of the d-axis can also be expressed as the rotational angular position where the magnetic flux of the permanent magnet 27 interlinking with the reference winding 25 is maximum.

<インバータ30>
次に、図4に示すブロック図を参照し、インバータ30および電流検出部50の構成を説明する。図4は、インバータ30および電流検出部50の構成を示すブロック図である。
<Inverter 30>
Next, the configurations of the inverter 30 and the current detection section 50 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the inverter 30 and the current detection section 50.

インバータ30は、図4に示すように、インバータモジュール131と、直流電圧源120と、ゲートドライバ回路123とを有している。ここでは直流電圧源120の出力は直流電圧Edcとする。 The inverter 30 includes an inverter module 131, a DC voltage source 120, and a gate driver circuit 123, as shown in FIG. Here, the output of the DC voltage source 120 is assumed to be the DC voltage Edc.

インバータモジュール131は、スイッチング素子32a~32f(例えば、IGBTやMOS-FET等の半導体スイッチング素子)と、これらに並列に接続された還流用ダイオードとを有している。なお、スイッチング素子32a~32fを総称して「スイッチング素子32」と呼ぶ。 The inverter module 131 includes switching elements 32a to 32f (for example, semiconductor switching elements such as IGBTs and MOS-FETs) and a freewheeling diode connected in parallel to these switching elements. Note that the switching elements 32a to 32f are collectively referred to as "switching elements 32."

直流電圧源120には、シャント抵抗135が直列接続されている。これは、過大な電流が流れないようにスイッチング素子32を保護するものである。 A shunt resistor 135 is connected in series to the DC voltage source 120. This protects the switching element 32 from excessive current flow.

これらのスイッチング素子32は、2組のスイッチング素子32が直列に接続されることにより、各相の上下アームを構成している。図4の例においては、スイッチング素子32a,32bによりU相、スイッチング素子32c,32dによりV相、スイッチング素子32e,32fによりW相の上下アームが構成されている。各相の上下アームの接続点は、PMモータ20へ接続されている。 These switching elements 32 constitute upper and lower arms of each phase by connecting two sets of switching elements 32 in series. In the example of FIG. 4, the switching elements 32a and 32b constitute the U-phase, the switching elements 32c and 32d constitute the V-phase, and the switching elements 32e and 32f constitute the W-phase upper and lower arms. The connection point of the upper and lower arms of each phase is connected to the PM motor 20.

ゲートドライバ回路123は、図1に示すPWM信号生成部14が出力するパルス状のドライブ信号(詳細は後述する)を受信し、これに基づいてドライブ信号34a~34fを出力する。ドライブ信号の生成方法は公知の技術を用いることができるが、その一例を図5に示す。 The gate driver circuit 123 receives a pulse-like drive signal (details will be described later) output from the PWM signal generation section 14 shown in FIG. 1, and outputs drive signals 34a to 34f based on this. A known technique can be used to generate the drive signal, and an example thereof is shown in FIG.

図5は、交流の電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示す図である。図5に示すように、三角波キャリア信号と各相の電圧指令値の大小関係から、図中のように上アームのドライブ信号Gpおよび下アームのドライブ信号Gnを生成する。 FIG. 5 is a diagram showing an AC voltage command value and a triangular wave carrier signal for generating a drive signal. As shown in FIG. 5, an upper arm drive signal Gp and a lower arm drive signal Gn are generated as shown in the figure from the magnitude relationship between the triangular wave carrier signal and the voltage command value of each phase.

インバータモジュール131は、これらドライブ信号34a~34fに基づいて、各スイッチング素子32がスイッチング制御される。 In the inverter module 131, the switching of each switching element 32 is controlled based on these drive signals 34a to 34f.

上下アームのスイッチングの状態によって、インバータ30の各相の電圧は、直流電圧Edcまたは零電圧の何れかになる。インバータ30においては、PMモータ20に現れる交流電圧の周波数よりも充分に高い周波数でスイッチングを行うため、インバータ30の各相の出力電圧は、上下アームのスイッチングの比率(スイッチングデューティ)を変えることにより自由に調整できる。すなわち、任意の周波数の三相交流電圧をPMモータ20に印加することができ、これによってPMモータ20の可変速駆動や、トルク制御を実現することができる。 Depending on the switching state of the upper and lower arms, the voltage of each phase of the inverter 30 is either DC voltage Edc or zero voltage. Since the inverter 30 performs switching at a frequency sufficiently higher than the frequency of the AC voltage appearing at the PM motor 20, the output voltage of each phase of the inverter 30 can be adjusted by changing the switching ratio (switching duty) of the upper and lower arms. Can be adjusted freely. That is, a three-phase AC voltage of any frequency can be applied to the PM motor 20, thereby realizing variable speed drive and torque control of the PM motor 20.

<電流検出手段50>
電流検出手段50は、インバータ30からPMモータ20に流れる三相の交流電流のうち、U相とW相に流れる電流を検出し、その結果を交流電流検出値Iu,Iwとして出力する。勿論、全相の交流電流を検出しても差支えないが、キルヒホッフの第1法則から、三相のうち2相が検出できれば、他の1相は検出した2相から算出できる。インバータモジュール131の下アームには、例えばCT(カレントトランス)等の電流検出手段50を設けることができる。
<Current detection means 50>
The current detection means 50 detects the currents flowing in the U phase and W phase among the three-phase alternating currents flowing from the inverter 30 to the PM motor 20, and outputs the results as alternating current detection values Iu and Iw. Of course, there is no problem in detecting the alternating currents of all phases, but according to Kirchhoff's first law, if two of the three phases can be detected, the other one phase can be calculated from the detected two phases. The lower arm of the inverter module 131 can be provided with a current detection means 50 such as a CT (current transformer).

電流検出手段50としては、例えば、CTに代えてインバータモジュール130の下アームにシャント抵抗を付加し、シャント抵抗に流れる電流からインバータ30に流れる各相の電流を検出する相シャント電流方式を採用することができる。電流検出手段50に代えて又は追加して、インバータ30の直流側に付加されたシャント抵抗135に流れる直流電流から、インバータ30の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式を採用しても良い。シングルシャント電流検出方式は、インバータ30を構成するスイッチング素子32の通電状態によって、シャント抵抗135に流れる電流が時間的に変化することを利用している。 As the current detection means 50, for example, a phase shunt current method is adopted in which a shunt resistor is added to the lower arm of the inverter module 130 instead of the CT, and the current of each phase flowing through the inverter 30 is detected from the current flowing through the shunt resistor. be able to. Instead of or in addition to the current detection means 50, a single shunt current detection method may be adopted in which the current on the AC side of the inverter 30 is detected from the DC current flowing through the shunt resistor 135 added to the DC side of the inverter 30. good. The single shunt current detection method utilizes the fact that the current flowing through the shunt resistor 135 changes over time depending on the energization state of the switching element 32 that constitutes the inverter 30.

<PMモータ20の駆動方法>
回転子22に永久磁石27を有するモータを駆動する場合、永久磁石27による磁束に対し、回転方向に電気角90度進んだ位置に、巻線25による磁束を発生させると、最小の電流で最大のトルクを得ることができる。このように駆動することにより、モータの小型化や軽量化を実現できるだけでなく、インバータ30も小型化できる効果がある。
<How to drive PM motor 20>
When driving a motor having a permanent magnet 27 in the rotor 22, if the magnetic flux by the winding 25 is generated at a position 90 electrical degrees ahead of the magnetic flux by the permanent magnet 27 in the direction of rotation, the maximum current can be achieved with the minimum current. of torque can be obtained. By driving in this manner, not only the motor can be made smaller and lighter, but also the inverter 30 can be made smaller.

前述のd軸およびq軸は、d軸が磁石磁束軸、q軸が巻線磁束軸とも言う事が出来、特にq軸の電流を適切に制御することが重要である。回転座標軸でモータに流れる電流を界磁成分とトルク成分に分離し、モータの回転速度あるいはトルクを制御するために、電圧の位相と大きさを制御することを一般的にベクトル制御と呼んでいる。尚、PMモータの駆動方法として、dq軸上で制御を行うが、三相のUVW軸からdq軸への変換は、公知の座標変換技術を用いることができる。 Regarding the d-axis and q-axis mentioned above, the d-axis can also be said to be the magnet magnetic flux axis, and the q-axis can be said to be the winding magnetic flux axis, and it is particularly important to appropriately control the current on the q-axis. Separating the current flowing through the motor into a field component and a torque component on the rotating coordinate axis, and controlling the phase and magnitude of the voltage in order to control the motor's rotational speed or torque is generally called vector control. . Although the PM motor is controlled on the dq axes as a driving method, a known coordinate conversion technique can be used to convert the three-phase UVW axes to the dq axes.

電圧指令値演算部12としては、例えば特開2005-39912号公報に記載の構成や手段がある。これを用いた場合の電圧指令値演算部12の構成例を図6に示す。 As the voltage command value calculation section 12, there is a structure and means described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-39912. An example of the configuration of the voltage command value calculation unit 12 using this is shown in FIG.

図6の電圧指令値演算部12では、電流指令値演算部11が算出したd軸およびq軸電流指令値(IdおよびIq)と、電気角速度ωeを入力し、(1)式、(2)式の様にベクトル演算を行い、d軸電圧指令値Vdとq軸電圧指令値Vqを得る。
Vd=R×Id**-ωe×Lq×Iq**_fil …(1)
Vq=R×Iq**+ωe×Ld×Id** _fil + ωe×Ke …(2)
なお、(1)式と(2)式で、RはPMモータ20(電動機)の1相あたりの巻線抵抗値、Ldはd軸のインダクタンス、Lqはq軸のインダクタンス、Keは誘起電圧定数である。
The voltage command value calculation unit 12 in FIG. 6 inputs the d-axis and q-axis current command values (Id * and Iq * ) calculated by the current command value calculation unit 11 and the electrical angular velocity ωe, and calculates the equation (1), ( 2) Perform vector calculation as shown in the formula to obtain the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * .
Vd * =R×Id ** -ωe×Lq×Iq ** _ fil …(1)
Vq * =R×Iq ** +ωe×Ld×Id ** _ fil + ωe×Ke …(2)
In addition, in equations (1) and (2), R is the winding resistance value per phase of the PM motor 20 (electric motor), Ld is the d-axis inductance, Lq is the q-axis inductance, and Ke is the induced voltage constant. It is.

dq軸の電流が指令通りに流れるようにするために、図6ではd軸電流制御器114a、q軸電流制御器114bの構成を用いている。この図6の回路構成のd軸電流制御器114aにおいて、減算器91dは、d軸電流指令値Idからdc軸電流検出値Idcを減算する。比例器92c,92dは、この減算結果に対して、各々所定のゲインKp_acrd,Ki_acrdを乗算する。積分器94cは、比例器92dの出力結果、すなわち「Ki_acrd×(Id-Idc)」を積分する。加算器90bは、比例器92cの乗算結果と、積分器94cの積分結果とを加算し、その加算結果をd軸電流指令値Id**として出力する。 In order to cause the dq-axis current to flow as instructed, a configuration of a d-axis current controller 114a and a q-axis current controller 114b is used in FIG. In the d-axis current controller 114a having the circuit configuration of FIG. 6, the subtracter 91d subtracts the d-axis current detected value Idc from the d-axis current command value Id * . Proportional units 92c and 92d multiply this subtraction result by predetermined gains Kp_acrd and Ki_acrd, respectively. The integrator 94c integrates the output result of the proportional device 92d, ie, “Ki_acrd×(Id * −Idc)”. Adder 90b adds the multiplication result of proportional device 92c and the integration result of integrator 94c, and outputs the addition result as d-axis current command value Id ** .

同様に、q軸電流制御器114bにおいて、減算器91eはq軸電流指令値Iqからqc軸電流検出値Iqcを減算する。比例器92e,92fは、この減算結果に対して、各々ゲインKp_acrq,Ki_acrqを乗算する。積分器94dは、比例器92fの出力結果、すなわち「Ki_acrq×(Iq-Iqc)」を積分する。加算器90cは、比例器92eの乗算結果と、積分器94dの積分結果とを加算し、その加算結果をq軸電流指令値Iq**として出力する。このように、d軸電流制御器14aおよびq軸電流制御器14bは、各々比例積分演算器を構成している。 Similarly, in the q-axis current controller 114b, the subtracter 91e subtracts the qc-axis current detection value Iqc from the q-axis current command value Iq * . Proportional units 92e and 92f multiply this subtraction result by gains Kp_acrq and Ki_acrq, respectively. The integrator 94d integrates the output result of the proportional device 92f, ie, “Ki_acrq×(Iq * −Iqc)”. Adder 90c adds the multiplication result of proportional device 92e and the integration result of integrator 94d, and outputs the addition result as q-axis current command value Iq ** . In this way, the d-axis current controller 14a and the q-axis current controller 14b each constitute a proportional-integral calculator.

Id**およびIq**には乗算器92g、92iにおいてPMモータ20の1相あたりの巻線抵抗値Rが乗算されて、(1)式と(2)式右辺の第1項が求められる。 Id ** and Iq ** are multiplied by the winding resistance value R per phase of the PM motor 20 in multipliers 92g and 92i to obtain the first term on the right side of equations (1) and (2). .

(1)式と(2)式右辺の第2項でd軸およびq軸電流指令値(Idf**およびIqf**)は、q軸およびd軸電流指令値(Iq**およびId**)を図6のフィルタ回路98a,98bでフィルタリングして得た値である。Idf*およびIqf**に対しては乗算器92h,92jにおいてq軸のインダクタンスLq,d軸のインダクタンスLdがそれぞれ乗算されるとともに、電気角速度ωeも合わせて乗算して(1)式と(2)式右辺の第2項を求める。さらに乗算器92kでは、電気角速度ωeにd軸のインダクタンスLdを乗算して(2)式右辺の第3項を求める。 The d-axis and q-axis current command values (Idf ** and Iqf**) in the second term on the right-hand side of equations (1) and (2) are the q-axis and d-axis current command values (Iq ** and Id ** ) is obtained by filtering with the filter circuits 98a and 98b in FIG. Idf * * and Iqf ** are multiplied by q-axis inductance Lq and d-axis inductance Ld in multipliers 92h and 92j, respectively, and are also multiplied by electrical angular velocity ωe to obtain equation (1) and ( 2) Find the second term on the right side of the equation. Furthermore, the multiplier 92k multiplies the electrical angular velocity ωe by the d-axis inductance Ld to obtain the third term on the right side of equation (2).

減算器91fでは、乗算器92gの出力から、乗算器92hの出力を差し引くことで、(1)式のd軸電圧指令値Vd*を得る。加算器90dでは、乗算器92iの出力と、乗算器92jの出力と、乗算器92kの出力の和を求めることで、(2)式のq軸電圧指令値Vq*を得る。 The subtracter 91f subtracts the output of the multiplier 92h from the output of the multiplier 92g to obtain the d-axis voltage command value Vd* of equation (1). The adder 90d obtains the q-axis voltage command value Vq* of equation (2) by calculating the sum of the output of the multiplier 92i, the output of the multiplier 92j, and the output of the multiplier 92k.

図6の回路構成例では、電圧指令値演算部12の中に、d軸電流制御器114a、q軸電流制御器114bが電圧演算に直列に入っている点、電動機の電気時定数相当の遮断周波数を有する一次遅れフィルタ(低域通過フィルタ)98aおよび98bがある点が特長である。これらによって電動機の逆モデルを成立させているため、制御部10の演算周期に制約がある場合においても理想的なベクトル制御を実現できる効果がある。 In the circuit configuration example of FIG. 6, in the voltage command value calculation unit 12, a d-axis current controller 114a and a q-axis current controller 114b are connected in series to the voltage calculation, and a cutoff corresponding to the electric time constant of the motor The feature is that there are first-order lag filters (low-pass filters) 98a and 98b having frequencies. Since the inverse model of the electric motor is established by these, there is an effect that ideal vector control can be realized even when there is a restriction on the calculation cycle of the control section 10.

<トルク高精度化の課題>
モータ制御装置100はPMモータ20の回転数またはトルクを所望の値に制御をするが、PMモータの駆動においては、磁石の温度が変わると温度に応じて磁束が変わるため、何らかの対応をしない場合はトルク精度が悪化するという課題がある。
<Issues of increasing torque accuracy>
The motor control device 100 controls the rotation speed or torque of the PM motor 20 to a desired value, but when driving the PM motor, if the temperature of the magnet changes, the magnetic flux changes depending on the temperature, so if no countermeasure is taken. However, there is a problem that torque accuracy deteriorates.

磁石温度が測定できる場合は、電流指令値を温度によって調整することで、トルク精度を向上させることが可能である。しかし、回転子内に存在する磁石に温度センサを直接接続することは、耐久性や生産性の問題で困難である。そこで、磁石温度を推定することが有効策である。磁石温度の推定については、例えば、前述の特許文献1(特開2021-2949号公報)や特許文献2(特開2021-16226号公報)等に記載の構成や手段がある。 If the magnet temperature can be measured, torque accuracy can be improved by adjusting the current command value depending on the temperature. However, it is difficult to directly connect the temperature sensor to the magnets present in the rotor due to durability and productivity issues. Therefore, an effective measure is to estimate the magnet temperature. Regarding estimation of the magnet temperature, there are configurations and means described in, for example, the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2021-2949) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2021-16226).

特許文献1では、課題の欄でも述べたように、磁石温度変化による磁束の変動量には、d軸電流とq軸電流によって異なるという電流依存性が存在するため、d軸電流、q軸電流が非ゼロ時の推定では磁石磁束の変動量推定値に誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生するという課題がある。 In Patent Document 1, as mentioned in the problem section, the amount of variation in magnetic flux due to magnet temperature change has current dependence that differs depending on the d-axis current and the q-axis current. Estimation when is non-zero causes a problem in that an error occurs in the estimated value of the variation amount of the magnet magnetic flux, and an error also occurs in the estimated value of the magnet temperature.

また、特許文献2では、磁石磁束から磁石温度を推定する際に、磁石磁束、d軸電流、q軸電流のパラメータと磁石温度との対応関係を示すテーブルを用いており、温度変化による磁束変動量の電流依存性も考慮して磁石温度を推定しているが、三パラメータ入力のテーブルを用いるため、テーブルデータ数が大きくなり、テーブル作成のための測定作業時間やテーブル参照の処理負荷が大きいという課題がある。以下、この課題を解決するための手段について説明する。 Furthermore, in Patent Document 2, when estimating the magnet temperature from the magnet magnetic flux, a table showing the correspondence between the parameters of the magnet magnetic flux, d-axis current, and q-axis current and the magnet temperature is used, and magnetic flux fluctuations due to temperature changes are used. The magnet temperature is estimated by taking into account the current dependence of the quantity, but since a table with three parameter input is used, the number of table data becomes large, and the measurement work time to create the table and the processing load of table reference are large. There is a problem. Hereinafter, means for solving this problem will be explained.

<本発明の構想>
本発明では、まずd軸磁束とd軸磁束基準値の差分であるd軸磁束変動量を算出する。次にd軸電流値とq軸電流値に基づいてd軸磁束変動量を、d軸電流ゼロ時相当の変動量に補正する。q軸電流値に基づき磁石磁束基準値を演算し、補正後のd軸磁束変動量と磁石磁束基準値とに基づき磁石温度推定値を算出する。
<Concept of the present invention>
In the present invention, first, the d-axis magnetic flux fluctuation amount, which is the difference between the d-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux reference value, is calculated. Next, based on the d-axis current value and the q-axis current value, the d-axis magnetic flux fluctuation amount is corrected to the amount of fluctuation equivalent to when the d-axis current is zero. A magnet magnetic flux reference value is calculated based on the q-axis current value, and an estimated magnet temperature value is calculated based on the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount and the magnet magnetic flux reference value.

<本発明における磁石温度推定の動作の概略>
定常状態におけるq軸電圧方程式は、微分項を無視すると共に各値を平均値とすると次式で表せる。
<Outline of operation of magnet temperature estimation in the present invention>
The q-axis voltage equation in a steady state can be expressed by the following equation if the differential term is ignored and each value is taken as an average value.

Vq = Vdrop_q + ωe×Ψd …(3)
ここで、q軸電圧指令値Vq、電気角速度ωe、d軸磁束Ψd、q軸電圧降下成分Vdrop_qである。Vdrop_qは、速度起電力(誘起電圧)であるωeΨdと、q軸電圧指令値Vq*との差分であり、巻線抵抗による電圧降下、スイッチング素子32での電圧降下、デッドタイムに起因する誤差電圧、PWM方式に起因する誤差電圧等を包含したq軸における全体の電圧降下成分である。d軸磁束Ψdは次式で表せる。
Vq * = Vdrop_q + ωe×Ψd…(3)
Here, they are the q-axis voltage command value Vq * , the electrical angular velocity ωe, the d-axis magnetic flux Ψd, and the q-axis voltage drop component Vdrop_q. Vdrop_q is the difference between ωeΨd, which is the speed electromotive force (induced voltage), and the q-axis voltage command value Vq*, and is the error voltage caused by the voltage drop due to the winding resistance, the voltage drop at the switching element 32, and the dead time. , is the entire voltage drop component on the q-axis including error voltage caused by the PWM method. The d-axis magnetic flux Ψd can be expressed by the following equation.

Ψd=Ld×Id+Ψd0 …(4)
ここで、d軸インダクタンスLd、d軸電流値Id、磁石磁束Ψd0である。(4)式から、Idがゼロの時、d軸磁束Ψdは磁石磁束Ψd0となる。
Ψd=Ld×Id+Ψd0…(4)
Here, they are the d-axis inductance Ld, the d-axis current value Id, and the magnet magnetic flux Ψd0. From equation (4), when Id is zero, the d-axis magnetic flux Ψd becomes the magnet magnetic flux Ψd0.

次に図7を用いて、磁石温度推定の動作の概略を説明する。図7は、あるq軸電流におけるd軸電流に対するd軸磁束の関係を示した図である。(4)式において、d軸インダクタンスLdと磁石磁束Ψd0は、d軸電流値Idとq軸電流値Iqによって変化する。そのため、d軸磁束Ψdはd軸電流だけでなくq軸電流によっても値が変化する。そのため、図4におけるd軸磁束曲線は、q軸電流の値により変化する。 Next, an outline of the operation of estimating the magnet temperature will be explained using FIG. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the d-axis magnetic flux and the d-axis current at a certain q-axis current. In equation (4), the d-axis inductance Ld and the magnet magnetic flux Ψd0 change depending on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq. Therefore, the value of the d-axis magnetic flux Ψd changes depending not only on the d-axis current but also on the q-axis current. Therefore, the d-axis magnetic flux curve in FIG. 4 changes depending on the value of the q-axis current.

まず、事前に基準温度時のd軸磁束であるd軸磁束基準値Ψd_stdを測定し記憶しておく。図7における基準温度時d軸磁束曲線を測定・記憶することに相当するが、前述した通りd軸磁束はq軸電流値Iqによっても変化するため、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束を測定し、Ψd_stdとして記憶する。 First, the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std, which is the d-axis magnetic flux at the reference temperature, is measured and stored in advance. This corresponds to measuring and storing the d-axis magnetic flux curve at the reference temperature in FIG. 7, but as mentioned above, the d-axis magnetic flux also changes depending on the q-axis current value Iq, so The d-axis magnetic flux is measured and stored as Ψd_std.

次に磁石温度推定時の動作を説明する。推定時の磁石温度が基準温度と異なる場合、図7に示すように推定時のd軸磁束曲線は基準温度時d軸磁束曲線と異なる。ネオジム磁石のような磁石温度が低下すると磁石磁束が大きくなる磁石を使用したモータでは、基準温度に比べて推定時磁石温度が低いと、図7に示すように推定時d軸磁束曲線は基準温度時d軸磁束曲線よりd軸磁束軸正方向に移動する。逆に、基準温度に比べて推定時磁石温度が高い場合は、推定時d軸磁束曲線は基準温度時d軸磁束曲線よりd軸磁束軸負方向に移動する。 Next, the operation when estimating the magnet temperature will be explained. When the magnet temperature at the time of estimation is different from the reference temperature, the d-axis magnetic flux curve at the time of estimation is different from the d-axis magnetic flux curve at the reference temperature, as shown in FIG. In motors that use magnets such as neodymium magnets whose magnetic flux increases as the magnet temperature decreases, if the magnet temperature at the time of estimation is lower than the reference temperature, the d-axis magnetic flux curve at the time of estimation will change to the reference temperature as shown in Figure 7. When the d-axis magnetic flux curve moves in the positive direction of the d-axis magnetic flux axis. Conversely, when the magnet temperature at the time of estimation is higher than the reference temperature, the d-axis magnetic flux curve at the time of estimation moves in the negative direction of the d-axis magnetic flux axis from the d-axis magnetic flux curve at the reference temperature.

推定時はd軸電流値Id、q軸電流値Iqがトルク指令値や回転数指令値に従って制御されているため、推定時d軸磁束曲線を全て測定することはできない。そこで、まず推定時のd軸電流値Id、q軸電流値Iqにおけるd軸磁束Ψdを次式(5)で算出する。 At the time of estimation, the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq are controlled according to the torque command value and the rotation speed command value, so it is not possible to measure the entire d-axis magnetic flux curve at the time of estimation. Therefore, first, the d-axis magnetic flux Ψd at the estimated d-axis current value Id and q-axis current value Iq is calculated using the following equation (5).

Ψd=(Vq-Vdrop_q)/ωe …(5)
q軸電圧降下成分Vdrop_qは様々な要因による電圧降下を含んでいるが、最も支配的な成分となる巻線、ケーブル、スイッチング素子32などの全抵抗成分による電圧降下のみを考えると、次式(6)で算出できる。
Ψd=(Vq * -Vdrop_q)/ωe...(5)
The q-axis voltage drop component Vdrop_q includes voltage drops due to various factors, but considering only the voltage drop due to all resistance components such as the windings, cables, and switching elements 32, which are the most dominant components, the following equation ( 6) can be calculated.

Vdrop_q=Rall×Iq …(6)
ここで、Rallは巻線、ケーブル、スイッチング素子32などを含む全抵抗値である。全抵抗値Rallは測定により求めても良いし、巻線・ケーブルの導体断面積・長さ、スイッチング素子の電流電圧特性から計算しても良い。
Vdrop_q=Rall×Iq…(6)
Here, Rall is the total resistance value including the winding, cable, switching element 32, etc. The total resistance value Rall may be determined by measurement, or may be calculated from the conductor cross-sectional area and length of the winding and cable, and the current-voltage characteristics of the switching element.

推定時のd軸電流、q軸電流に基づいて、事前に記憶してあるd軸磁束基準値Ψd_stdを算出する。そして次式(7)よりd軸磁束変動量ΔΨdを算出する。 A pre-stored d-axis magnetic flux reference value Ψd_std is calculated based on the estimated d-axis current and q-axis current. Then, the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd is calculated from the following equation (7).

ΔΨd=Ψd―Ψd_std …(7)
d軸磁束変動量ΔΨdは、d軸電流値Id、q軸電流値Iqによって異なるという電流依存性を持つ。これは、磁石温度変化により磁石磁束が変化し、モータ内部の鉄心の磁束密度が変化した結果、インダクタンスが変化することが主要因である。したがってd軸磁束変動量ΔΨdから磁石温度を推定する場合、d軸磁束変動量ΔΨdの電流依存性を考慮する必要がある。
ΔΨd=Ψd−Ψd_std…(7)
The d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd has current dependence that differs depending on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq. The main reason for this is that the magnet magnetic flux changes due to a change in magnet temperature, and the magnetic flux density of the iron core inside the motor changes, resulting in a change in inductance. Therefore, when estimating the magnet temperature from the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd, it is necessary to consider the current dependence of the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd.

そこで、推定時のd軸電流値Id、q軸電流値Iqにおけるd軸磁束変動量ΔΨdを、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0相当になるように補正を行う。補正後のd軸磁束変動量を補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpとする。ΔΨd_cmpは、ΔΨd、Id、Iqから算出する。ΔΨd_cmpとΔΨd0の差分が小さいことが望ましい。 Therefore, the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd at the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq at the time of estimation is corrected so that it corresponds to the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero. The corrected d-axis magnetic flux variation amount is defined as the corrected d-axis magnetic flux variation amount ΔΨd_cmp. ΔΨd_cmp is calculated from ΔΨd, Id, and Iq. It is desirable that the difference between ΔΨd_cmp and ΔΨd0 is small.

ΔΨd_cmpのΔΨd、Id、Iqからの算出方法を説明する。まず、事前にある温度条件2条件において算出したΔΨd0とΔΨdの比率を、補正係数Kとして記録する。補正係数Kは次式(8)で表される。 A method of calculating ΔΨd_cmp from ΔΨd, Id, and Iq will be explained. First, the ratio of ΔΨd0 and ΔΨd calculated in advance under two temperature conditions is recorded as a correction coefficient K. The correction coefficient K is expressed by the following equation (8).

K=ΔΨd0/ΔΨd …(8)
ΔΨd0はq軸電流値Iqによって変化し、ΔΨdはd軸電流値Id、q軸電流値Iqによって変化するため、補正係数Kをd軸電流値Id、q軸電流値Iqに対して記録する。
K=ΔΨd0/ΔΨd…(8)
Since ΔΨd0 changes depending on the q-axis current value Iq, and ΔΨd changes depending on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, the correction coefficient K is recorded for the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq.

推定時には次式(9)でΔΨd_cmpを算出する。 At the time of estimation, ΔΨd_cmp is calculated using the following equation (9).

ΔΨd_cmp=ΔΨd×K …(9)
補正係数Kを求めた際の温度条件2条件と基準温度と推定時温度が一致する場合は、ΔΨd_cmpはΔΨd0と一致するが、補正係数Kを求めた際の温度条件2条件と基準温度と推定時温度が異なる場合、ΔΨd_cmpはΔΨd0は一致しない。しかし、温度条件2条件の選択によらず、ΔΨd0とΔΨdの比率である補正係数Kはほぼ一定となるため、補正係数Kを求めた際の温度条件2条件と、基準温度と推定時温度が一致しない場合でも、ΔΨd_cmpとΔΨd0の差分は小さい。
ΔΨd_cmp=ΔΨd×K…(9)
If the 2nd temperature condition when calculating the correction coefficient K, the reference temperature, and the temperature at the time of estimation match, ΔΨd_cmp will match ΔΨd0, but the 2nd temperature condition when calculating the correction coefficient K and the estimated reference temperature When the temperature is different, ΔΨd_cmp does not match ΔΨd0. However, regardless of the selection of the two temperature conditions, the correction coefficient K, which is the ratio of ΔΨd0 and ΔΨd, remains almost constant. Even if they do not match, the difference between ΔΨd_cmp and ΔΨd0 is small.

以上により、d軸磁束変動量ΔΨdから、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0相当である補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpを算出できる。 As described above, the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp, which is equivalent to the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero, can be calculated from the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd.

次に、推定時のq軸電流値Iqに基づいて、基準温度における磁石磁束である磁石磁束基準値Ψd0_stdを算出する。d軸電流値Idがゼロ時のd軸磁束である磁石磁束は、q軸電流値Iqによって変化する。磁石磁束基準値Ψd0_stdは事前に基準温度において測定して記憶しておいても良く、またはd軸磁束基準値Ψd_stdにおいてd軸電流値Idがゼロ時のデータから取得しても良い。 Next, a magnet magnetic flux reference value Ψd0_std, which is the magnet magnetic flux at the reference temperature, is calculated based on the estimated q-axis current value Iq. Magnet magnetic flux, which is the d-axis magnetic flux when the d-axis current value Id is zero, changes depending on the q-axis current value Iq. The magnet magnetic flux reference value Ψd0_std may be measured and stored in advance at a reference temperature, or may be obtained from data when the d-axis current value Id is zero at the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std.

最後に、補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpと磁石磁束基準値Ψd0_stdから磁石温度推定値Tm_estを算出する。ΔΨd_cmpとΨd0_stdの比率である磁束変化比率KΨを次式(10)で算出する。 Finally, the estimated magnet temperature value Tm_est is calculated from the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std. The magnetic flux change ratio KΨ, which is the ratio between ΔΨd_cmp and Ψd0_std, is calculated using the following equation (10).

KΨ=ΔΨd_cmp/Ψd0_std …(10)
磁束変化比率KΨと磁石温度の関係から、磁石温度推定値を算出する。磁束変化比率KΨと磁石温度の対応関係は、事前に磁石温度を変化させ磁束変化比率KΨを測定または電磁界シミュレーションにより算出して記憶しておき、テーブルとして実装する。または、磁束変化比率KΨを入力とする数式により磁石温度を算出しても良い。
KΨ=ΔΨd_cmp/Ψd0_std…(10)
An estimated magnet temperature value is calculated from the relationship between the magnetic flux change ratio KΨ and the magnet temperature. The correspondence relationship between the magnetic flux change ratio KΨ and the magnet temperature is stored by changing the magnet temperature in advance and calculating the magnetic flux change ratio KΨ by measuring or electromagnetic field simulation, and implementing it as a table. Alternatively, the magnet temperature may be calculated using a formula using the magnetic flux change ratio KΨ as input.

以上により本発明における磁石温度推定動作の概略を説明した。次に、磁石温度推定部40の構成と動作の詳細を説明する。 The outline of the magnet temperature estimation operation in the present invention has been described above. Next, details of the configuration and operation of the magnet temperature estimating section 40 will be explained.

<磁石温度推定部の構成と動作>
図8は、磁石温度推定部40の制御ブロック図である。図9は、インバータ30の出力電圧を測定する電圧センサ70を備えたブロック図である。以下モータを駆動中に磁石温度を推定する際の動作を説明する。
<Configuration and operation of magnet temperature estimator>
FIG. 8 is a control block diagram of the magnet temperature estimation section 40. FIG. 9 is a block diagram including a voltage sensor 70 that measures the output voltage of the inverter 30. The operation when estimating the magnet temperature while driving the motor will be described below.

q軸電圧値Vq、電気角速度ωe、d軸電流値Id、q軸電流値Iqから磁石温度推定値Tm_estを算出する。各ブロックの詳細については後述する。 The estimated magnet temperature value Tm_est is calculated from the q-axis voltage value Vq, the electrical angular velocity ωe, the d-axis current value Id, and the q-axis current value Iq. Details of each block will be described later.

まず、d軸電流値、q軸電流値については、図1の接続のようにd軸電流検出値、q軸電流検出値とするか、指令値に基づいたd軸電流指令値、q軸電流指令値としても良い。また、q軸電圧値は図1の接続のようにq軸電圧指令値とするか、図9に示すように電圧センサ70によりインバータ30の出力電圧を測定し、電圧検出値を制御部10に入力し、座標変換部13aにより電圧検出値を三相のUVW軸からdq軸へ変換し、d軸電圧検出値とq軸電圧検出値を得る構成として、q軸電圧値をq軸電圧検出値としても良い。 First, regarding the d-axis current value and q-axis current value, either use the d-axis current detection value and q-axis current detection value as shown in the connection in Figure 1, or set the d-axis current command value and q-axis current based on the command value. It may also be used as a command value. In addition, the q-axis voltage value may be set as the q-axis voltage command value as shown in the connection in FIG. input, the voltage detection value is converted from the three-phase UVW axis to the dq axis by the coordinate conversion unit 13a, and the d-axis voltage detection value and the q-axis voltage detection value are obtained. It's good as well.

d軸磁束変動量演算部41において、q軸電圧値Vqと電気角速度ωeとd軸電流値Idとq軸電流値Iqからd軸磁束変動量ΔΨdを算出する。ΔΨdは推定時のd軸磁束Ψdと、基準温度におけるd軸磁束であるd軸磁束基準値Ψd_stdとの差分である。 The d-axis magnetic flux fluctuation amount calculation unit 41 calculates the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd from the q-axis voltage value Vq, the electrical angular velocity ωe, the d-axis current value Id, and the q-axis current value Iq. ΔΨd is the difference between the estimated d-axis magnetic flux Ψd and the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std, which is the d-axis magnetic flux at the reference temperature.

次に、d軸磁束変動量補正部において、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに基づいて、d軸磁束変動量ΔΨdをIdゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0相当に補正し、補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpを算出する。 Next, the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction unit corrects the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd to the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero based on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq. The rear d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp is calculated.

磁石磁束基準値演算部43において、q軸電流値Iqに基づき磁石磁束基準値Ψd0_stdを算出する。 The magnet magnetic flux reference value calculation unit 43 calculates the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std based on the q-axis current value Iq.

最後に磁石温度演算部44において、補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpと磁石磁束基準値Ψd0_stdから磁石温度推定値Tm_estを算出する。 Finally, the magnet temperature calculation unit 44 calculates the estimated magnet temperature value Tm_est from the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std.

<d軸磁束変動量演算部の構成と動作>
図10は、d軸磁束変動量演算部41の制御ブロック図である。d軸磁束演算部411は、q軸電圧値Vq、電気角速度ωe、q軸電流値Iqを入力として、d軸磁束Ψdを演算する。
<Configuration and operation of d-axis magnetic flux fluctuation calculation section>
FIG. 10 is a control block diagram of the d-axis magnetic flux fluctuation amount calculating section 41. The d-axis magnetic flux calculation unit 411 calculates the d-axis magnetic flux Ψd by inputting the q-axis voltage value Vq, the electrical angular velocity ωe, and the q-axis current value Iq.

d軸磁束Ψdの演算方法の一つとして、(5)式、(6)式に基づく方法がある。また、(6)式に示したように、電圧降下成分のうち全抵抗成分Rallによる電圧降下だけではなく、スイッチング素子32のq軸電流値Iqに対する非線形な電圧降下成分もVdrop_qに加算することで、d軸磁束Ψdの算出精度を向上できる。この場合は、q軸電流値Iqを入力としてスイッチング素子32の電圧降下を出力とするテーブルや、数式を用いる。また、デッドタイムに起因する誤差電圧、PWM方式に起因する誤差電圧を、q軸電流値Iqや、図10においてd軸磁束演算部411の入力として、図示していないd軸電流値Id、DC電圧Edc、スイッチング周波数fswに基づいて算出し、Vdrop_qに加算しても良い。 One method for calculating the d-axis magnetic flux Ψd is a method based on equations (5) and (6). Furthermore, as shown in equation (6), not only the voltage drop due to the total resistance component Rall among the voltage drop components, but also the nonlinear voltage drop component with respect to the q-axis current value Iq of the switching element 32 is added to Vdrop_q. , the calculation accuracy of the d-axis magnetic flux Ψd can be improved. In this case, a table or formula is used in which the q-axis current value Iq is input and the voltage drop across the switching element 32 is output. In addition, the error voltage caused by the dead time and the error voltage caused by the PWM method are input to the q-axis current value Iq, the d-axis current value Id (not shown), and the DC It may be calculated based on the voltage Edc and the switching frequency fsw and added to Vdrop_q.

d軸磁束基準値演算部412は、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに基づいて、基準温度におけるd軸磁束基準値Ψd_stdを演算する。d軸電流値Idとq軸電流値Iqからd軸磁束基準値Ψd_stdを算出できれば良く算出方法は問わない。 The d-axis magnetic flux reference value calculation unit 412 calculates the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std at the reference temperature based on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq. Any calculation method may be used as long as the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std can be calculated from the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq.

d軸磁束基準値Ψd_stdの算出方法の一例として、事前にd軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束を測定または電磁界シミュレーションにより算出、記憶しておき、IdとIqをパラメータするΨd_stdのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束基準値Ψd_stdの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。数式を用いる例として、基準温度時におけるd軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸インダクタンスLd_stdの関係を記憶しておき、次式(11)でd軸磁束基準値Ψd_stdを算出する構成がある。 As an example of a method for calculating the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std, the d-axis magnetic flux for the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq is calculated and stored in advance by measurement or electromagnetic field simulation, and Id and Iq are set as parameters. There is a configuration in which a table of Ψd_std is created and used during estimation. Alternatively, the relationship between the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq may be expressed mathematically and used at the time of estimation. As an example of using a mathematical formula, there is a configuration in which the relationship between the d-axis inductance Ld_std and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq at a reference temperature is memorized, and the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std is calculated using the following equation (11). There is.

Ψd_std=Ld_std×Id+Ψd0_std …(11)
また、モータ駆動中に磁石温度が基準温度とみなせる場合において、その時のd軸磁束演算部が出力するd軸磁束Ψdを、その時のd軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束基準値Ψd_stdとして記憶し、Ψd_stdのテーブルを更新、Ψd_stdを算出する数式の更新を行っても良い。
Ψd_std=Ld_std×Id+Ψd0_std…(11)
In addition, when the magnet temperature can be regarded as the reference temperature while the motor is being driven, the d-axis magnetic flux Ψd output by the d-axis magnetic flux calculation unit at that time is the d-axis magnetic flux reference for the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq at that time. It is also possible to store the value Ψd_std, update the Ψd_std table, and update the formula for calculating Ψd_std.

d軸磁束変動量演算部41では最後に、(7)式に基づいてd軸磁束Ψdとd軸磁束基準値Ψd_stdの差分から、d軸磁束変動量ΔΨdを算出する。 Finally, the d-axis magnetic flux variation calculation unit 41 calculates the d-axis magnetic flux variation ΔΨd from the difference between the d-axis magnetic flux Ψd and the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std based on equation (7).

d軸磁束基準値演算部412にテーブルまたは数式として記憶される、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対するd軸磁束基準値Ψd_stdの関係の一例を図11に示す。d軸電流が負に大きくなるほど、磁石磁束を弱める磁束が発生するように設計された磁石モータでは、図11に示すようにd軸電流値が負に大きくなるほど、d軸磁束が減少する。 FIG. 11 shows an example of the relationship between the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, which is stored in the d-axis magnetic flux reference value calculation unit 412 as a table or a mathematical expression. In a magnet motor designed to generate a magnetic flux that weakens the magnet magnetic flux as the d-axis current becomes more negative, the d-axis magnetic flux decreases as the d-axis current value becomes more negative, as shown in FIG.

また、q軸電流値によってもd軸磁束は変化する。磁石磁束を一定とする、またはd軸インダクタンスを一定としてd軸磁束基準値を算出すると、d軸磁束変動量ΔΨdには誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生する。d軸電流、q軸電流によって変化するd軸磁束基準値Ψd_stdを記憶しておき、推定時にd軸電流値Idとq軸電流値Iqに基づいて算出することで、d軸磁束変動量ΔΨdを正確に算出できる。 Furthermore, the d-axis magnetic flux also changes depending on the q-axis current value. If the d-axis magnetic flux reference value is calculated with the magnet magnetic flux constant or the d-axis inductance constant, an error will occur in the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd, and an error will also occur in the estimated magnet temperature value. By storing the d-axis magnetic flux reference value Ψd_std, which changes depending on the d-axis current and the q-axis current, and calculating it based on the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq at the time of estimation, the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd can be calculated. Can be calculated accurately.

<磁石磁束基準値演算部の構成と動作>
磁石磁束基準値演算部43は、q軸電流値Iqに基づき磁石磁束基準値Ψd0_stdを演算する。q軸電流値Iqと磁石磁束基準値Ψd0_stdの関係の一例を図12に示す。磁石磁束基準値演算部43では、q軸電流値Iqから磁石磁束基準値Ψd0_stdを算出できれば良く算出方法は問わない。
<Configuration and operation of magnet magnetic flux reference value calculation section>
The magnet magnetic flux reference value calculation unit 43 calculates the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std based on the q-axis current value Iq. FIG. 12 shows an example of the relationship between the q-axis current value Iq and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std. The magnet magnetic flux reference value calculation unit 43 does not care about the calculation method as long as it can calculate the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std from the q-axis current value Iq.

磁石磁束基準値Ψd0_stdの算出方法の一例として、事前に基準温度におけるq軸電流値Iqに対する磁石磁束基準値Ψd0_stdを測定または電磁界シミュレーションにより算出、記憶しておき、IqをパラメータするΨd0_stdのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、q軸電流値Iqに対する磁石磁束基準値Ψd0_stdの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。また、磁石磁束基準値Ψd0_stdは、d軸磁束基準値演算部412において記憶される基準d軸磁束Ψd_stdにおけるd軸電流値Idがゼロ時の磁束値と同値である。そのため、d軸磁束基準値演算部412において基準d軸磁束Ψd_stdを演算する際に、d軸電流値Idがゼロ時の磁束値を算出し、磁石磁束基準値演算部43の出力である磁石磁束基準値Ψd0_stdとしても良い。 As an example of a method for calculating the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std, the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std for the q-axis current value Iq at the reference temperature is calculated and stored in advance by measurement or electromagnetic field simulation, and a table of Ψd0_std in which Iq is a parameter is created. There is a configuration that is created and used during estimation. Alternatively, the relationship between the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std and the q-axis current value Iq may be expressed mathematically and used at the time of estimation. Further, the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std is the same value as the magnetic flux value when the d-axis current value Id in the reference d-axis magnetic flux Ψd_std stored in the d-axis magnetic flux reference value calculation unit 412 is zero. Therefore, when calculating the reference d-axis magnetic flux Ψd_std in the d-axis magnetic flux reference value calculation unit 412, the magnetic flux value when the d-axis current value Id is zero is calculated, and the magnet magnetic flux which is the output of the magnet magnetic flux reference value calculation unit 43 is calculated. The reference value Ψd0_std may also be used.

<d軸磁束変動量補正部の構成と動作>
図13は、d軸磁束変動量補正部42の制御ブロック図である。推定時のd軸電流値Id、q軸電流値Iqに基づき、d軸磁束変動量ΔΨdから、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0相当である補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpを算出する。補正係数演算部421は、d軸電流値Id、q軸電流値Iqを入力として、補正係数Kを演算する。補正係数演算部421は、d軸電流値Idとq軸電流値Iqから補正係数Kを算出できれば良く算出方法は問わない。
<Configuration and operation of the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section>
FIG. 13 is a control block diagram of the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section 42. Based on the estimated d-axis current value Id and q-axis current value Iq, a corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp, which is equivalent to the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero, is calculated from the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd. The correction coefficient calculation unit 421 calculates a correction coefficient K by inputting the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq. The correction coefficient calculation unit 421 may use any calculation method as long as it can calculate the correction coefficient K from the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq.

補正係数Kの算出方法の一例として、事前にある温度条件2条件においてd軸電流値Id、q軸電流値Iqに対して測定または電磁界シミュレーションにより算出したΔΨd0とΔΨdから、式(8)に基づいて補正係数Kを算出・記憶しておき、Id、Iqをパラメータする補正係数Kのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対する補正係数Kの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。 As an example of how to calculate the correction coefficient K, from ΔΨd0 and ΔΨd calculated by measurement or electromagnetic field simulation for the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq under two predetermined temperature conditions, formula (8) is used. There is a configuration in which a correction coefficient K is calculated and stored based on the above, and a table of correction coefficients K is created in which Id and Iq are parameters, and the table is used at the time of estimation. Alternatively, the relationship between the correction coefficient K and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq may be expressed mathematically and used at the time of estimation.

d軸磁束変動量補正部42では最後に、式(9)に基づいて補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpを算出する。 Finally, the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction unit 42 calculates the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp based on equation (9).

補正係数演算部421にテーブルまたは数式として記憶される、d軸電流値Idとq軸電流値Iqに対する補正係数Kの関係の一例を図14に示す。補正係数Kは、d軸磁束変動量ΔΨdとIdゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0の比率であるため、d軸電流値Idがゼロの直線上では補正係数Kは1となる。モータの構造によって特性は異なるが、d軸電流が負に大きくなるほど、d軸磁束変動量ΔΨdの絶対値が大きくなるモータの場合は、図14のように、d軸電流が負に大きくなるほど補正係数Kは小さくなる。また、q軸電流によってもd軸磁束変動量ΔΨdは変化するため、補正係数Kもq軸電流によって異なる値となる。 FIG. 14 shows an example of the relationship between the correction coefficient K and the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, which is stored as a table or a formula in the correction coefficient calculation unit 421. Since the correction coefficient K is the ratio of the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd to the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero, the correction coefficient K is 1 on the straight line where the d-axis current value Id is zero. Characteristics vary depending on the structure of the motor, but in the case of a motor in which the absolute value of the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd increases as the d-axis current becomes more negative, as shown in Figure 14, the more negative the d-axis current becomes, the greater the correction becomes. The coefficient K becomes smaller. Furthermore, since the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd also changes depending on the q-axis current, the correction coefficient K also takes a different value depending on the q-axis current.

ΔΨd0とΔΨdの比率である補正係数Kを用いる構成を説明したが、ΔΨd_cmpは、別の補正方法を用いてΔΨd、Id、Iqから算出しても良い。補正方法を問わず、ΔΨd0相当のΔΨd_cmpを算出できれば良い。 Although the configuration using the correction coefficient K, which is the ratio of ΔΨd0 and ΔΨd, has been described, ΔΨd_cmp may be calculated from ΔΨd, Id, and Iq using another correction method. Regardless of the correction method, it is sufficient if ΔΨd_cmp equivalent to ΔΨd0 can be calculated.

<磁石温度演算部の構成と動作>
図15は、磁石温度演算部44の制御ブロック図である。補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpと磁石磁束基準値Ψd0_stdから磁石温度推定値Tm_estを算出する。まず、(10)式に基づいてΔΨd_cmpとΨd0_stdの比率である磁束変化比率KΨを算出する。次に磁石温度換算部441において、磁束変化比率KΨと磁石温度の関係から、磁石温度推定値Tm_estを算出する。
<Configuration and operation of magnet temperature calculation section>
FIG. 15 is a control block diagram of the magnet temperature calculation section 44. The estimated magnet temperature value Tm_est is calculated from the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std. First, the magnetic flux change ratio KΨ, which is the ratio between ΔΨd_cmp and Ψd0_std, is calculated based on equation (10). Next, the magnet temperature conversion unit 441 calculates the estimated magnet temperature value Tm_est from the relationship between the magnetic flux change ratio KΨ and the magnet temperature.

磁束変化比率KΨと磁石温度の対応関係は、事前に磁石温度を変化させ磁束変化比率KΨを測定または電磁界シミュレーションにより算出して記憶しておき、テーブルとして実装する。または、磁束変化比率KΨを入力とする数式により磁石温度を算出しても良い。 The correspondence relationship between the magnetic flux change ratio KΨ and the magnet temperature is stored by changing the magnet temperature in advance and calculating the magnetic flux change ratio KΨ by measuring or electromagnetic field simulation, and implementing it as a table. Alternatively, the magnet temperature may be calculated using a formula using the magnetic flux change ratio KΨ as input.

磁石温度換算部441にテーブルまたは数式として記憶される、磁束変化比率KΨに対する磁石温度推定値Tm_estの関係の一例を図16に示す。磁束変化比率KΨがゼロであるとき、磁石温度変化に起因する磁束変化がゼロであることから、磁石温度推定値Tm_estは基準磁石温度と等しい。温度変化に対する磁束変化比率は、磁石の温度特性によって異なる。ネオジム磁石のように温度が高くなると磁石磁束が減少する特性を持つ場合は、図16に示すように、磁束変化比率が正方向に大きくなるにつれ、磁石温度推定値は小さくなる関係となる。 FIG. 16 shows an example of the relationship between the estimated magnet temperature value Tm_est and the magnetic flux change ratio KΨ, which is stored as a table or a formula in the magnet temperature conversion unit 441. When the magnetic flux change ratio KΨ is zero, the magnetic flux change due to the magnet temperature change is zero, so the magnet temperature estimated value Tm_est is equal to the reference magnet temperature. The magnetic flux change ratio with respect to temperature change varies depending on the temperature characteristics of the magnet. When a neodymium magnet has a characteristic in which the magnetic flux decreases as the temperature increases, as shown in FIG. 16, as the magnetic flux change ratio increases in the positive direction, the estimated magnet temperature value decreases.

補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpと磁石磁束基準値Ψd0_stdの比率である磁束変化比率KΨを算出し、磁石温度換算部441によって磁石温度推定値Tm_estを算出する構成を説明したが、Tm_estは、別の算出方法を用いてΔΨd_cmpとΨd0_stdから算出しても良い。 Although we have described a configuration in which the magnetic flux change ratio KΨ, which is the ratio between the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std, is calculated and the magnet temperature conversion unit 441 calculates the magnet temperature estimated value Tm_est, Tm_est is different. The calculation method may be used to calculate from ΔΨd_cmp and Ψd0_std.

<本発明の効果>
本発明における磁石温度推定の構成と動作では、基準温度と推定時磁石温度の差によって、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0と磁石磁束基準値Ψd0_stdの比率がほぼ一意に定まることを利用している。Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0とは異なるd軸磁束変動量ΔΨdを、そのまま磁石温度推定に用いると推定温度誤差が発生するため、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0相当である補正後d軸磁束変動量ΔΨd_cmpを用いる。さらに、磁石磁束基準値Ψd0_stdを一定として磁石温度推定に用いると推定温度誤差が発生するため、Ψd0_stdはq軸電流値Iqに基づいて算出した値を用いる。ΔΨdのΔΨd0相当であるΔΨd_cmpへの補正と、q軸電流値Iqに基づいたΨd0_stdの算出により、温度変化によるd軸磁束変動量ΔΨdの電流依存性を適切に補正することができ、磁石温度推定精度を高めることができる。
<Effects of the present invention>
The configuration and operation of magnet temperature estimation in the present invention utilizes the fact that the ratio between the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 at Id zero and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std is almost uniquely determined by the difference between the reference temperature and the magnet temperature at the time of estimation. ing. If the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd, which is different from the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 at the time of Id zero, is used as is for estimating the magnet temperature, an estimation temperature error will occur. The rear d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd_cmp is used. Furthermore, if the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std is kept constant and used for magnet temperature estimation, an estimated temperature error will occur, so a value calculated based on the q-axis current value Iq is used as Ψd0_std. By correcting ΔΨd to ΔΨd_cmp, which is equivalent to ΔΨd0, and calculating Ψd0_std based on the q-axis current value Iq, it is possible to appropriately correct the current dependence of the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd due to temperature changes, and the magnet temperature estimation Accuracy can be increased.

さらに、d軸電流値Idとq軸電流値Iqの2パラメータに基づいてd軸磁束変動量ΔΨdを補正、q軸電流値Iqに基づいて磁石磁束基準値Ψd0_stdを算出するため、d軸電流値Id、q軸電流値Iq、d軸磁束Ψdまたは磁石磁束の3パラメータを入力として磁石温度を直接算出する方式と比較して、事前に必要な調整作業の負担や時間と推定時の処理負荷が大幅に小さい。
次に、ΔΨdのΔΨd0相当であるΔΨd_cmpへの補正と、q軸電流値Iqに基づいたΨd0_stdの算出による、磁石温度推定値の精度向上について説明する。
Furthermore, the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd is corrected based on two parameters, the d-axis current value Id and the q-axis current value Iq, and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std is calculated based on the q-axis current value Iq. Compared to the method of directly calculating the magnet temperature by inputting three parameters: Id, q-axis current value Iq, d-axis magnetic flux Ψd, or magnet magnetic flux, the burden and time of adjustment work required in advance and the processing load during estimation are reduced. Significantly smaller.
Next, a description will be given of improving the accuracy of the estimated magnet temperature value by correcting ΔΨd to ΔΨd_cmp, which is equivalent to ΔΨd0, and calculating Ψd0_std based on the q-axis current value Iq.

図17は、d軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。d軸磁束変動量補正部が存在せず、磁石磁束基準値演算部43aは一定値の磁石磁束基準値を出力する。d軸磁束変動量演算部41aはd軸磁束変動量演算部41と同一である。 FIG. 17 is a control block diagram illustrating a configuration example of the magnet temperature estimating section in a case where the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided and the magnet magnetic flux reference value is a constant. There is no d-axis magnetic flux variation correction section, and the magnet magnetic flux reference value calculation section 43a outputs a constant value of the magnet magnetic flux reference value. The d-axis magnetic flux variation calculation section 41a is the same as the d-axis magnetic flux variation calculation section 41.

d軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合の磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を図18に示す。推定時磁石温度真値を基準温度とは異なる値に設定した場合の推定結果であり、回転数とトルクに対して磁石温度推定値から推定時磁石温度真値を引いた、推定温度誤差をプロットしている。d軸磁束変動量補正を行わず、磁石磁束基準値を一定としているため、100℃と大きな推定誤差が発生している。特に、q軸電流が大きくなる高トルク領域では、磁石磁束基準値の誤差が大きくなり、磁石温度推定値にも大きな誤差が発生している。 FIG. 18 shows an example of the magnet temperature estimation error of the magnet temperature estimating section when the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided and the magnet magnetic flux reference value is a constant. This is the estimation result when the true value of the magnet temperature at the time of estimation is set to a value different from the reference temperature, and the estimated temperature error is plotted by subtracting the true value of the magnet temperature at the time of estimation from the estimated value of the magnet temperature against the rotation speed and torque. are doing. Since the d-axis magnetic flux variation amount correction is not performed and the magnet magnetic flux reference value is kept constant, a large estimation error of 100° C. occurs. In particular, in the high torque region where the q-axis current increases, the error in the magnet magnetic flux reference value becomes large, and a large error also occurs in the estimated magnet temperature value.

図19は、d軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。
d軸磁束変動量補正部が存在しないが、磁石磁束基準値演算部43bは磁石磁束基準値演算部43と同一、d軸磁束変動量演算部41aはd軸磁束変動量演算部41と同一である。
FIG. 19 is a control block diagram showing an example of the configuration of the magnet temperature estimating section in the case where the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided.
Although there is no d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section, the magnet magnetic flux reference value calculation section 43b is the same as the magnet magnetic flux reference value calculation section 43, and the d-axis magnetic flux fluctuation amount calculation section 41a is the same as the d-axis magnetic flux fluctuation amount calculation section 41. be.

d軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を図20に示す。推定時磁石温度真値の条件、プロット方法は図18と同一である。図18と比較すると、磁石磁束基準値をq軸電流に基づいて算出することにより、推定温度誤差が小さくなっている。しかし、Idゼロ時のd軸磁束変動量ΔΨd0とは異なるd軸磁束変動量ΔΨdを、そのまま磁石温度推定に用いているため、20℃程度の推定温度誤差が発生している。 FIG. 20 shows an example of the magnet temperature estimation error of the magnet temperature estimation section when the d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section is not provided. The conditions and plotting method for the true value of the magnet temperature during estimation are the same as in FIG. 18. Compared with FIG. 18, the estimated temperature error is reduced by calculating the magnet magnetic flux reference value based on the q-axis current. However, since the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd, which is different from the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd0 when Id is zero, is used as is for estimating the magnet temperature, an estimated temperature error of about 20° C. occurs.

磁石温度推定部40による磁石温度推定結果の例を図21に示す。ΔΨdのΔΨd0相当であるΔΨd_cmpへの補正と、q軸電流値Iqに基づいたΨd0_stdの算出により、温度変化によるd軸磁束変動量ΔΨdの電流依存性を適切に補正することができ、推定温度誤差は5℃程度と小さくなる。 FIG. 21 shows an example of the magnet temperature estimation result by the magnet temperature estimation unit 40. By correcting ΔΨd to ΔΨd_cmp, which is equivalent to ΔΨd0, and calculating Ψd0_std based on the q-axis current value Iq, it is possible to appropriately correct the current dependence of the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd due to temperature changes, and reduce the estimated temperature error. The temperature decreases to around 5℃.

<実施例1の変形例>
上記の説明では、補正係数Kと、磁石磁束基準値Ψd0_stdをそれぞれ別の演算部で算出する構成としていた。(9)式と(10)式より磁束変化比率KΨは次式(12)で表される。
<Modification of Example 1>
In the above description, the correction coefficient K and the magnet magnetic flux reference value Ψd0_std were each calculated by separate calculation units. From equations (9) and (10), the magnetic flux change ratio KΨ is expressed by the following equation (12).

KΨ=ΔΨd×K/Ψd0_std …(12)
ここで、K/Ψd0_stdを一つの変換係数Ktとしてまとめ、変換係数Ktをd軸電流値とq軸電流値から演算する構成とすることもできる。この場合のd軸磁束変動量から磁束変化比率を算出する箇所の制御ブロック図を図22に示す。(12)式に基づいて変換係数演算部45で変換係数Ktを算出し、d軸磁束変動量ΔΨdに掛けることで、磁束変化比率KΨを算出できる。
KΨ=ΔΨd×K/Ψd0_std…(12)
Here, it is also possible to adopt a configuration in which K/Ψd0_std is combined into one conversion coefficient Kt, and the conversion coefficient Kt is calculated from the d-axis current value and the q-axis current value. FIG. 22 shows a control block diagram of a portion where the magnetic flux change ratio is calculated from the d-axis magnetic flux fluctuation amount in this case. The conversion coefficient calculation unit 45 calculates the conversion coefficient Kt based on equation (12), and multiplies it by the d-axis magnetic flux fluctuation amount ΔΨd, thereby calculating the magnetic flux change ratio KΨ.

本発明の実施例2について説明する。実施例1と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Example 2 of the present invention will be described. Components that are common to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施例の構成は、下記の点を除き実施例1と同様にできる。本実施例は、磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する制御部10に関する。 The configuration of this embodiment is the same as that of embodiment 1 except for the following points. The present embodiment relates to a control unit 10 having means for using information on the estimated magnet temperature value estimated by the magnet temperature estimating unit 40.

回転子に永久磁石を有するモータの課題として、永久磁石の熱減磁がある。永久磁石の温度が一定以上に上昇すると、不可逆的な減磁に至ることがある。永久磁石が減磁してしまうと、モータの回転数またはトルクを所望の値に制御をすることが難しくなる。また、発生トルクを確保するために、モータやインバータに流れる電流が増加する場合もある。 A problem with motors that have permanent magnets in their rotors is thermal demagnetization of the permanent magnets. When the temperature of a permanent magnet rises above a certain level, irreversible demagnetization may occur. If the permanent magnet becomes demagnetized, it becomes difficult to control the rotational speed or torque of the motor to a desired value. Furthermore, in order to ensure the generated torque, the current flowing through the motor or inverter may increase.

図23は、本発明の実施例2に係る制御部10aの構成を示すブロック図である。実施例2の制御部10aでは、磁石温度推定の情報を用いる手段を有している。 FIG. 23 is a block diagram showing the configuration of the control section 10a according to the second embodiment of the present invention. The control unit 10a of the second embodiment includes means for using information on magnet temperature estimation.

図23に示す構成では、トルク指令値制限部16と、d軸電流指令値を制限するd軸電流指令値制限部17と、q軸電流指令値を制限するq軸電流指令値制限部18を有している。トルク指令値制限部16は、制御部10aの中、あるいは図示していない上位制御系や他の制御系などから得る速度指令値やトルク指令を磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値により、トルク指令値を制限する。 In the configuration shown in FIG. 23, a torque command value limiter 16, a d-axis current command value limiter 17 that limits the d-axis current command value, and a q-axis current command value limiter 18 that limits the q-axis current command value. have. The torque command value limiter 16 uses the magnet temperature estimate estimated by the magnet temperature estimator 40 to calculate the speed command value and torque command obtained from the controller 10a or from a higher-level control system or other control system (not shown). , limits the torque command value.

図24は、トルク指令値制限部16、d軸電流指令値制限部17、q軸電流指令値制限部18の構成例を示す図である。磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値を指令リミット値演算部101に入力する。指令リミット値演算部101は、入力された磁石温度推定値に応じて指令リミット値を出力する。 FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of the torque command value limiting section 16, the d-axis current command value limiting section 17, and the q-axis current command value limiting section 18. The estimated magnet temperature value estimated by the magnet temperature estimation section 40 is input to the command limit value calculation section 101 . The command limit value calculation unit 101 outputs a command limit value according to the input estimated magnet temperature value.

例えば、熱減磁の恐れのない磁石温度推定値が判定閾値Th以下の場合には、指令リミット値は十分に磁石温度が低い場合と同じ値とし、磁石温度推定値が判定閾値Thを超えたら、指令リミット値を減少させて出力する。磁石温度推定値が高く熱減磁の恐れが高い場合は、指令値リミット値をゼロとして、モータ出力をゼロとしても良い。 For example, if the estimated magnet temperature with no risk of thermal demagnetization is below the judgment threshold Th, the command limit value is set to the same value as when the magnet temperature is sufficiently low, and if the estimated magnet temperature exceeds the judgment threshold Th. , the command limit value is decreased and output. If the estimated magnet temperature value is high and there is a high possibility of thermal demagnetization, the command value limit value may be set to zero and the motor output may be set to zero.

指令値リミッタ102では、指令値リミット値に基づいてトルク指令値またはd軸電流指令値またはq軸電流指令値の最大値と最小値を制限する。ここで、最大値と最小値の制限値を符号は異なるが絶対値が指令値リミット値として設定しても良い。または、最大値用の指令値リミット値演算部と最小値用指令値リミット値演算部を備え、別の値に最大値と最小値の制限値を設定しても良い。 The command value limiter 102 limits the maximum and minimum values of the torque command value, d-axis current command value, or q-axis current command value based on the command value limit value. Here, although the maximum value and the minimum value limit values have different signs, the absolute value may be set as the command value limit value. Alternatively, a maximum value command value limit value calculation section and a minimum value command value limit value calculation section may be provided, and the maximum value and minimum value limit values may be set to different values.

このように、磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する構成とすることにより、PMモータの永久磁石の熱減磁や、PMモータやインバータ30に流れる電流の過度な増加を事前に防止することができる。つまり、信頼性の高いモータ制御装置を提供することができる。ここで、トルク指令値制限部16、d軸電流指令値制限部17、q軸電流指令値制限部18のうち少なくとも一つ有する構成としても良い。一つの指令値制限部でPMモータの永久磁石の熱減磁や、PMモータやインバータ30に流れる電流の過度な増加を事前に防止することができるが、冗長性の確保や段階的な出力低減を目的として、複数の指令値制限部を備える構成としても良い。 In this way, by having a configuration that includes means for using information on the estimated magnet temperature value estimated by the magnet temperature estimating section 40, thermal demagnetization of the permanent magnet of the PM motor and excessive current flowing through the PM motor and the inverter 30 can be prevented. It is possible to prevent such an increase in advance. In other words, a highly reliable motor control device can be provided. Here, the configuration may include at least one of the torque command value limiting section 16, the d-axis current command value limiting section 17, and the q-axis current command value limiting section 18. One command value limiting section can prevent thermal demagnetization of the permanent magnet of the PM motor and an excessive increase in the current flowing through the PM motor and inverter 30, but it is also possible to prevent redundancy and gradual output reduction. For this purpose, a configuration including a plurality of command value limiting sections may be used.

また、PMモータの永久磁石温度を推定する手段を持たない場合は、熱減磁を防止するために連続定格出力を最大出力に対してマージンを取った小さな値に設定することがある。本実施例により、磁石温度推定値に基づいて指令値を制限し出力を抑制する手段を有する場合は、最大出力に対するマージンを最小化して連続定格出力を設定可能である。つまり、モータ構造は同一としたまま連続定格出力を向上可能である。 Furthermore, if there is no means for estimating the permanent magnet temperature of the PM motor, the continuous rated output may be set to a small value with a margin for the maximum output in order to prevent thermal demagnetization. According to the present embodiment, if there is a means for limiting the command value and suppressing the output based on the estimated magnet temperature value, it is possible to set the continuous rated output by minimizing the margin with respect to the maximum output. In other words, it is possible to improve the continuous rated output while keeping the motor structure the same.

本発明の実施例3について説明する。実施例1、2と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Example 3 of the present invention will be described. Components that are common to Examples 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施例の構成は、下記の点を除き実施例1と同様にできる。本実施例は、磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する制御部10bに関する。 The configuration of this embodiment is the same as that of embodiment 1 except for the following points. The present embodiment relates to a control section 10b having means for using information on the estimated magnet temperature value estimated by the magnet temperature estimating section 40.

回転子に永久磁石を有するモータのトルクを所望の値に制御する場合においては、磁石の温度が変わると温度に応じて磁束が変わるため、何らかの対応をしない場合はトルク精度が悪化するという課題がある。トルク精度が悪化する場合、モータ制御装置を電動車両システムに搭載することを例とすると、乗り心地の悪化や自動運転の精度悪化などが発生してしまう。 When controlling the torque of a motor that has a permanent magnet in its rotor to a desired value, if the temperature of the magnet changes, the magnetic flux will change depending on the temperature, so if some measure is not taken, the torque accuracy will deteriorate. be. When torque accuracy deteriorates, for example, when a motor control device is installed in an electric vehicle system, ride comfort and automatic driving accuracy deteriorate.

図25は、本発明の実施例3に係る制御部10bの構成を示すブロック図である。実施例3の制御部10bでは、トルク指令値に加え、磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値を入力として、d軸電流指令値とq軸電流指令値を算出する電流指令値演算部11aを有している。 FIG. 25 is a block diagram showing the configuration of the control section 10b according to the third embodiment of the present invention. The control unit 10b of the third embodiment includes a current command value calculation unit that calculates a d-axis current command value and a q-axis current command value by inputting the magnet temperature estimated value estimated by the magnet temperature estimation unit 40 in addition to the torque command value. 11a.

電流指令値演算部11aは磁石温度が基準温度の場合において、トルク指令値とモータの実トルクの差が小さくなるように、d軸電流指令値とq軸電流指令値を算出する。磁石温度が基準温度と異なる場合は、トルク誤差が発生する。そこで、磁石温度変化によるトルク誤差が小さくなるように、磁石温度推定値とトルク指令値に基づいて、d軸電流指令値とq軸電流指令値を算出する。 The current command value calculation unit 11a calculates the d-axis current command value and the q-axis current command value so that the difference between the torque command value and the actual torque of the motor becomes small when the magnet temperature is the reference temperature. If the magnet temperature differs from the reference temperature, a torque error will occur. Therefore, the d-axis current command value and the q-axis current command value are calculated based on the magnet temperature estimation value and the torque command value so that the torque error due to the magnet temperature change is reduced.

このように、磁石温度推定部40で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する構成とすることにより、磁石温度変化によるトルク精度悪化を軽減でき、トルク精度の高いモータ制御装置を提供することができる。 In this way, by having a configuration that includes means for using information on the estimated magnet temperature value estimated by the magnet temperature estimating section 40, it is possible to reduce deterioration of torque accuracy due to changes in magnet temperature, thereby providing a motor control device with high torque accuracy. be able to.

以上のように、磁石モータの電圧測定値、または前記磁石モータのトルクまたは電流が指令値と一致するように演算された電圧指令値に基づいて、q軸電圧値を演算するq軸電圧値演算部と、前記q軸電圧値と電気角速度とd軸電流値とq軸電流値を入力として、d軸磁束とd軸磁束基準値の差分であるd軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量演算部と、前記d軸電流値と前記q軸電流値に基づき、補正後d軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量補正部と、前記q軸電流値に基づき、磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部と、前記補正後d軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づき、磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部と、を備えることで、磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正し磁石温度推定精度を高めると共に、事前に必要な調整作業の負担や時間と推定時の処理負荷を低減することができる。 As described above, the q-axis voltage value calculation calculates the q-axis voltage value based on the voltage measurement value of the magnet motor or the voltage command value calculated so that the torque or current of the magnet motor matches the command value. and d-axis magnetic flux fluctuation, which calculates the d-axis magnetic flux fluctuation amount, which is the difference between the d-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux reference value, using the q-axis voltage value, electrical angular velocity, d-axis current value, and q-axis current value as input. a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction section that calculates a corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount based on the d-axis current value and the q-axis current value, and a magnet magnetic flux reference value based on the q-axis current value. and a magnet temperature calculation unit that calculates an estimated magnet temperature value based on the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount and the magnet magnetic flux reference value. In this case, it is possible to correct the current dependence of the amount of magnetic flux fluctuation due to temperature change, improve the accuracy of magnet temperature estimation, and reduce the burden and time of adjustment work required in advance and the processing load at the time of estimation.

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。 Further, each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing procedures, etc. may be partially or entirely realized in hardware by, for example, designing an integrated circuit. Furthermore, each of the configurations and functions described above may be realized by software by having a processor interpret and execute programs for realizing the respective functions.

また、信号線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、必ずしも物理的に同じ場所にある必要は無く、例えば、一部が通信などを介してネットワーク上やクラウド上にあっても良い。 In addition, the signal lines and information lines shown are those considered necessary for explanation, and do not necessarily show all control lines and information lines. Further, each of the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing procedures, etc. do not necessarily need to be located in the same physical location; for example, some of them may be located on a network or cloud via communication.

また、モータは固定子の内側に回転子が配置されたインナーロータの構造として説明したが、アウターロータの構造でも良い。また、ラジアルギャップモータでも、アキシャルギャップモータでも構わない。PMSM以外にも、磁石を配置したシンクロナスモータやSRMでも良い。 Furthermore, although the motor has been described as having an inner rotor structure in which the rotor is disposed inside the stator, it may have an outer rotor structure. Further, a radial gap motor or an axial gap motor may be used. In addition to the PMSM, a synchronous motor with magnets arranged therein or an SRM may be used.

10,10a,10b…制御部
11,11a…電流指令値演算部
12…電圧指令値演算部
13…座標変換部
14…PWM信号生成部
15…角速度演算部
16…トルク指令値制限部
17…d軸電流指令値制限部
18…q軸電流指令値制限部
20…PMモータ
27…永久磁石
30…インバータ
40…磁石温度推定部
41…d軸磁束変動量演算部
42…d軸磁束変動量補正部
43…磁石磁束基準値演算部
44…磁石温度演算部
45…変換係数演算部
50…電流検出手段
60…角度センサ
70…電圧センサ
100…モータ制御装置
101…指令リミット値演算部
102…指令値リミッタ
411…d軸磁束演算部
412…d軸磁束基準値演算部
421…補正係数演算部
441…磁石温度換算部
10, 10a, 10b...Control units 11, 11a...Current command value calculation unit 12...Voltage command value calculation unit 13...Coordinate conversion unit 14...PWM signal generation unit 15...Angular velocity calculation unit 16...Torque command value limiting unit 17...d Axis current command value limiter 18...q-axis current command value limiter 20...PM motor 27...permanent magnet 30...inverter 40...magnet temperature estimator 41...d-axis magnetic flux variation calculation unit 42...d-axis magnetic flux variation correction unit 43...Magnet magnetic flux reference value calculation unit 44...Magnet temperature calculation unit 45...Conversion coefficient calculation unit 50...Current detection means 60...Angle sensor 70...Voltage sensor 100...Motor control device 101...Command limit value calculation unit 102...Command value limiter 411...d-axis magnetic flux calculation section 412...d-axis magnetic flux reference value calculation section 421...correction coefficient calculation section 441...magnet temperature conversion section

Claims (6)

永久磁石を有するモータを制御する制御部を備えたモータ制御装置において、
前記制御部は、
前記モータの回転数指令値、前記モータのトルク指令値の何れかに基づいて演算され、若しくは前記モータの電圧検出値に基づいて演算されたq軸電圧値と、前記モータの電気角に基づいて演算された電気角速度と、前記モータの電圧検出値又は前記モータの電流検出値に基づいて演算され、若しくは指令値に基づいたd軸電流値及びq軸電流値と、を入力し、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部を備え、
前記磁石温度推定部は、
前記q軸電圧値、前記電気角速度、前記d軸電流値及び前記q軸電流値を入力し、d軸磁束とd軸磁束基準値の差分であるd軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量演算部と、
前記d軸電流値と前記q軸電流値に基づいて前記d軸磁束変動量を補正した補正後d軸磁束変動量を演算するd軸磁束変動量補正部と、
前記q軸電流値に基づいて磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部と、
前記補正後d軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて前記永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device including a control unit that controls a motor having a permanent magnet,
The control unit includes:
A q-axis voltage value calculated based on either a rotational speed command value of the motor, a torque command value of the motor, or a q-axis voltage value calculated based on a voltage detection value of the motor, and an electrical angle of the motor. The calculated electrical angular velocity and the d-axis current value and the q-axis current value that are calculated based on the voltage detection value of the motor or the current detection value of the motor or based on the command value are input, and the permanent magnet Equipped with a magnet temperature estimator that estimates the temperature of
The magnet temperature estimator includes:
d-axis magnetic flux fluctuation, which inputs the q-axis voltage value, the electrical angular velocity, the d-axis current value, and the q-axis current value and calculates the d-axis magnetic flux fluctuation amount, which is the difference between the d-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux reference value. a quantity calculation section;
a d-axis magnetic flux fluctuation amount correction unit that calculates a corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount by correcting the d-axis magnetic flux fluctuation amount based on the d-axis current value and the q-axis current value;
a magnet magnetic flux reference value calculation unit that calculates a magnet magnetic flux reference value based on the q-axis current value;
A motor control device comprising: a magnet temperature calculation unit that calculates an estimated magnet temperature value of the permanent magnet based on the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount and the magnet flux reference value.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記d軸磁束変動量演算部は、前記q軸電圧値と前記電気角速度と前記q軸電流値とを入力し、前記d軸磁束を演算するd軸磁束演算部と、前記d軸電流値と前記q軸電流値とを入力し、d軸磁束基準値を演算するd軸磁束基準値演算部と、を備え、
前記d軸磁束変動量は、前記d軸磁束と前記d軸磁束基準値との差分から算出することを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The d-axis magnetic flux fluctuation amount calculation section inputs the q-axis voltage value, the electrical angular velocity, and the q-axis current value and calculates the d-axis magnetic flux; a d-axis magnetic flux reference value calculation unit that inputs the q-axis current value and calculates a d-axis magnetic flux reference value,
A motor control device characterized in that the d-axis magnetic flux fluctuation amount is calculated from a difference between the d-axis magnetic flux and the d-axis magnetic flux reference value.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記d軸磁束変動量補正部は、前記d軸電流値と前記q軸電流値を入力とし、補正係数を算出する補正係数演算部を備え、前記d軸磁束変動量と前記補正係数とに基づき、前記補正後d軸磁束変動量を算出することを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The d-axis magnetic flux variation correction unit includes a correction coefficient calculation unit that receives the d-axis current value and the q-axis current value and calculates a correction coefficient, and calculates a correction coefficient based on the d-axis magnetic flux variation and the correction coefficient. , a motor control device that calculates the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記磁石温度演算部は、前記補正後d軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて算出された磁束変化比率を入力し、前記磁石温度推定値を算出する磁石温度換算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The magnet temperature calculation unit includes a magnet temperature conversion unit that inputs a magnetic flux change ratio calculated based on the corrected d-axis magnetic flux fluctuation amount and the magnet magnetic flux reference value, and calculates the estimated magnet temperature value. A motor control device characterized by:
請求項1乃至4の何れか1項に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記磁石温度推定値に基づいて、前記トルク指令値、前記d軸電流値、またはq軸電流値の最大値と最小値を制限する指令値リミッタを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to any one of claims 1 to 4,
The control unit may include a command value limiter that limits the maximum and minimum values of the torque command value, the d-axis current value, or the q-axis current value based on the estimated magnet temperature value. Motor control device.
請求項1乃至4の何れか1項に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記トルク指令値と前記磁石温度推定値に基づいて、d軸電流指令値とq軸電流指令値を算出する電流指令値演算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to any one of claims 1 to 4,
A motor control device characterized in that the control unit includes a current command value calculation unit that calculates a d-axis current command value and a q-axis current command value based on the torque command value and the estimated magnet temperature value.
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