JP6995156B2 - 回転機制御装置 - Google Patents

Description

本願は、回転機を熱から保護する回転機制御装置に関するものである。

特許文献１では、車両用発電電動機の温度に応じて、予め準備した最大励磁電流制限曲線に基づく最大励磁電流を生成し、最大励磁電流によって励磁電流を制限して、車両用発電電動機の過熱保護を図っている。特許文献２では、モータの作動温度をフィードバックして算出した最大作動温度との差に基づいて最大のパワー散逸量を計算して、最大のパワー散逸量に基づいてトルク指令を生成することで、モータの過熱保護を図っている。

ＦＲ２９３８９８７－A１ 特開２００８－１４１９４１

しかしながら、特許文献１では、最大励磁電流制限曲線は予め準備したものとなっているため、制限曲線で想定している条件とは異なる動作条件下においては車両用発電電動機の温度上昇速度が想定よりも勝る可能性がある。その場合、期待通りの過熱保護ができない。また、諸元ばらつきあるいはその他の条件を含めて、期待の過熱保護を実現しようとすると、それらを考慮して安全率を設けた最大励磁電流制限曲線とすると、本来制限が不要な場合であっても制限がかかり性能が低下する可能性がある。
特許文献２では、モータの作動温度をフィードバックして得られた最大のパワー散逸量からトルク指令を生成しているため、トルクとパワーの関係が想定からずれている場合には、トルクと発熱量は比例関係に無いためトルクの制限はかかるものの作動温度は想定ほど低下しない。つまり、モータ特性が温度あるいは磁束によって変化してしまうと、トルクの制限値を電圧に変換する際に想定している値よりも大きな値に変換され、モータの過熱保護ができない場合がある。

本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、回転機特性が変化する場合においても、回転機の温度を制限温度と一致するように制御し、回転機出力を低下させないように過熱から適切に保護することができる回転機制御装置を得ることを目的とする。

本願に開示される回転機制御装置は、電圧指令に基づいて回転機の巻線に電圧を印加する電力変換器を制御する回転機制御装置であって、回転機に係る温度保護対象部分の温度を検出する温度検出器と、温度を制限温度以下に制御する温度保護部を備え、温度保護部は、温度保護対象部分の制限温度と温度保護対象部分の温度との偏差に基づく電圧フィードバックによる制限値を電圧リミッタで回転機の巻線の電圧最大値によって制限された電圧指令制限値によって、前記電圧指令を制限する。

本願の回転機制御装置によれば、回転機特性が変化する場合においても回転機出力を低下させないように過熱から適切に保護することができる。

実施の形態１に係る回転機制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における固定子巻線電流制御部を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における界磁巻線電流制御部を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における電流指令生成部を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における界磁巻線温度保護部を示すブロック図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置による制御結果を示す図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における保護動作について示す図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置における界磁巻線温度保護部の置換例である磁石温度保護部を示すブロック図である。 実施の形態２に係る回転機制御装置を示すブロック図である。 実施の形態３に係る回転機制御装置を示すブロック図である。 実施の形態に係る回転機制御装置を車両用発電電動機に適用した実施の形態４を示すブロック図である。

以下に、実施の形態に係る回転機制御装置を図面に基づいて説明する。各図において、同一または相当部分については、同一符号を付している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における回転機制御装置のハードウェア構成を示す図であり、制御対象である回転機も含めたシステム全体を示している。回転機制御装置１０００は、回転機１である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ後述する固定子巻線電力変換器６、界磁巻線電力変換器７を介して回転機１の各巻線と接続されている。また回転機制御装置１０００は、回転機１に設けられた位置検出器２および温度検出器３と接続されている。

さらに回転機制御装置１０００は、固定子巻線電力変換器６、界磁巻線電力変換器７と回転機１の間でそれぞれ直列に接続された電流検出器４および電流検出器５と接続されている。図１において、回転機制御装置１０００は、プロセッサ１０と、記憶装置１１とを備える。
記憶装置１１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置１１は不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置を具備してもよい。
プロセッサ１０は、記憶装置１１から入力されたプログラムを実行する。記憶装置１１が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ１０に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ１０は、演算結果等のデータを記憶装置１１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。

回転機１は、回転子に永久磁石と界磁巻線を有し、固定子に三相の固定子巻線を有する。なお、回転機１は、永久磁石を有していても、有していなくてもよいし、固定子に三相以上の固定子巻線を２つ以上持つ回転機でもよい。
位置検出器２は、回転機１の回転軸に設置されており、回転子の角度θを検出する。なお、位置検出器２は、回転子の角度θを推定する位置推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して位置検出器という。
温度検出器３は、例えば、測温抵抗体、熱電対、サーミスタ等の温度センサであって、界磁巻線温度ｔｆを検出する。なお、温度検出器３は、温度センサの代わりに界磁巻線の温度を推定する温度推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して温度検出器という。また、この温度検出器は、温度保護対象部分の温度を検出するものであり、界磁巻線の温度のみならず、固定子巻線、磁石等の回転機を構成する部品の温度あるいは電力変換器等の温度を対象としたものでもよい。
電流検出器４は、固定子巻線の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、電流検出器５は、界磁巻線電流ｉｆを検出する。なお、電流検出器４、５のうちの一部または全部の代わりに、固定子巻線の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、界磁巻線電流ｉｆを推定する電流推定器としての機能を有するものであってもよい。ここでは、これらを総称して電流検出器という。
固定子巻線電力変換器６は、三相電圧の指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に相当する電圧を、ＰＷＭ（パルス幅変調）あるいはＰＡＭ（パルス振幅変調）など公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する直流リンク電圧ＶＤＣを検出する。
界磁巻線電力変換器７は、界磁巻線電圧指令ｖｆ＊に相当する電圧を、ＰＷＭあるいはＰＡＭなど公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する直流リンク電圧ＶＤＣｆを検出する。

図２は、本実施の形態１に係る回転機制御装置１０００の構成を示すブロック図である。
図２のシステムにおける回転機制御装置は、微分器２０と、固定子巻線電流制御部２１と、界磁巻線電流制御部２２と、電流指令生成部２３と、界磁巻線温度保護部２４とを有している。界磁巻線温度保護部２４は、温度保護対象部分である界磁巻線の温度を制限温度以下に制御する。ここでは各巻線についてそれぞれ１つの電流制御部を持つ構成としたが、巻線間の干渉を考慮して公知の手法で非干渉化処理を施してもよい。

微分器２０は、回転子の角度θを微分し、回転子の速度ωを演算する。
固定子巻線電流制御部２１は、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と一致するよう固定子巻線電圧の指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を演算する。
界磁巻線電流制御部２２は、界磁巻線電流ｉｆが界磁巻線電流指令ｉｆ＊と一致するよう界磁巻線電圧指令ｖｆ＊を演算する。
電流指令生成部２３は、少なくとも、トルク指令Ｔ*と、回転子速度ωとに基づいて、固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と、界磁巻線電流指令ｉｆ＊を演算する。
界磁巻線温度保護部２４は、界磁巻線温度ｔｆと、制限界磁巻線温度ｔｆｍａｘとに基づいて、電圧指令制限値である界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍを演算する。

図３は、本実施の形態１に係る回転機制御装置における固定子巻線電流制御部２１の図である。
固定子巻線電流制御部２１は加減算器３０と、ＰＩ制御器３１と、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器３２と、ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器３３と、電圧リミッタ３４とを有する。
ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器３３は、周知の座標変換の手法を用いて、電流検出器４で検出された三相電流検出値の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、ｄ軸電流検出値ｉｄおよびｑ軸電流検出値ｉｑの電流検出値に変換する。

固定子巻線電流制御部２１は、電流指令生成部２３から出力される固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と、電流検出値である固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑとの固定子巻線電流偏差ｉｄ＊－ｉｄ、ｉｑ＊－ｉｑに基づいて、ＰＩ制御器３１にてＰＩ制御を行い、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊、ｖｑ＊＊を生成する。ＰＩ制御器における計算例を式（１）と式（２）に示す。ここで、ＫｐｄおよびＫｉｄと、ＫｐｑおよびＫｉｑはそれぞれ固定子巻線比例ゲインおよび積分ゲインである。また、ｓはラプラス変換の微分演算子であり、以降の式でも同様である。ここでは、フィードバック制御によってｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊を算出したが、フィードフォワード制御によって算出してもよい。

なお、図示していないが、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊、ｖｑ＊＊を生成後、周知の非干渉化制御を施してもよい。また、固定子巻線電流制御部２１は、固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と、電圧方程式とに基づいて固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊を演算してもよい。

電圧リミッタ３４は、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊の振幅が固定子巻線電圧制限値ｖｄｑｌｉｍよりも大きい場合、固定子巻線電圧制限値ｖｄｑｌｉｍの値以下となるよう固定子巻線電圧指令ｖｄ＊およびｖｑ＊を演算する。
なお、図示していないが、電圧リミッタ３４によって固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊の電圧振幅が制限されている場合、ＰＩ制御器３１の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。また、電圧リミッタ３４は固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊を制限しているが、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊およびｖｑ＊＊の代わりに直流リンク電圧ＶＤＣを制限してもよい。
ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器３２は、周知の座標変換の手法を用いて、固定子巻線電圧指令ｖｄ＊およびｖｑ＊を三相電圧の指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。

図４は、本実施の形態１に係る回転機制御装置における界磁巻線電流制御部２２の図である。
界磁巻線電流制御部２２は、加減算器４０と、ＰＩ制御器４１と、電圧リミッタ４２とを有する。

界磁巻線電流制御部２２は、電流指令生成部２３から出力される界磁巻線電流指令ｉｆ＊と、電流検出値である界磁巻線電流ｉｆとの界磁巻線電流偏差ｉｆ＊－ｉｆに基づいて、ＰＩ制御器４１にてＰＩ制御を行い、界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊を生成する。ＰＩ制御器における計算例を式（３）に示す。ここで、ＫｐｆおよびＫｉｆはそれぞれ界磁巻線比例ゲインおよび積分ゲインである。

なお、図示していないが、界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊を生成後、周知の非干渉化制御を施してもよい。また、界磁巻線電流制御部２２は、界磁巻線電流指令ｉｆ＊と、電圧方程式とに基づいて界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊を演算してもよい。
電圧リミッタ４２は、界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊の振幅が界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍよりも大きい場合、界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍの値以下となるよう界磁巻線電圧指令ｖｆ＊を演算する。
なお、図示していないが、電圧リミッタ４２によって界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊の電圧振幅が制限されている場合、ＰＩ制御器４１の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。また、電圧リミッタ４２は界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊を制限しているが、界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊の代わりに直流リンク電圧ＶＤＣｆを制限してもよい。

図５は、本実施の形態１に係る回転機制御装置における電流指令生成部２３の図である。
電流指令生成部２３は、固定子巻線電流指令演算部５０と、界磁巻線電流指令演算部５１とを有する。

固定子巻線電流指令演算部５０は、トルク指令Ｔ＊と、界磁巻線温度保護部２４より出力される界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍとに対応して、固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊が予め定められたマップを用いて、固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊を出力する。このようにすることで、界磁巻線電圧制限時においても適切な固定子巻線電流指令を参照することができるため、出力低下を抑制することができる。
界磁巻線電流指令演算部５１は、トルク指令Ｔ＊に対応して、界磁巻線電流指令ｉｆ＊が予め定められたマップを用いて、界磁巻線電流指令ｉｆ＊を出力する。
なお、固定子巻線電流指令演算部５０は、界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍに対応していないマップを使用してもよいし、固定子巻線電流指令演算部５０と、界磁巻線電流指令演算部５１は、マップではなく、回転機パラメータ等に基づいて固定子巻線電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と、界磁巻線電流指令ｉｆ＊を演算してもよい。

図６は、本実施の形態１に係る回転機制御装置における界磁巻線温度保護部２４の図である。
界磁巻線温度保護部２４は、加減算器６０、６３と、ＰＩ制御器６１と、電圧リミッタ６２とを有する。

界磁巻線温度保護部２４は、制限界磁巻線温度ｔｆｍａｘと、温度検出値である界磁巻線温度ｔｆとの界磁巻線温度偏差ｔｆｍａｘ－ｔｆに基づいて、ＰＩ制御器６１にてＰＩ制御を行い、界磁巻線電圧フィードバック制限値ｖｆｌｉｍ＊＊を生成する。ＰＩ制御器における計算例を式（４）に示す。ここで、ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆはそれぞれ界磁巻線温度比例ゲインおよび積分ゲインである。

ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆは、式（５）のように回転機の電圧から温度までの伝達関数に基づいて決定する。ｔｓは固定子巻線温度、ｔｍａｇは磁石温度、ｖｄｑはｄｑ座標上での固定子巻線電圧振幅、ｖｆは界磁巻線電圧振幅、Ｇ１は固定子巻線電圧から固定子巻線温度までの伝達関数、Ｇ２は界磁巻線電圧から固定子巻線温度までの伝達関数、Ｇ３は固定子巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数、Ｇ４は界磁巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数、Ｇ５は固定子巻線電圧から磁石温度までの伝達関数、Ｇ６は界磁巻線電圧から磁石温度までの伝達関数を示している。このとき、伝達関数Ｇ４に基づいて、ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆを安定性および誤差収束性、ロバスト性、トルク応答への影響等考慮して設計する。ここでは、ｄｑ座標上での固定子巻線電圧振幅Ｖｄｑを用いて表現したが、相電圧あるいは線間電圧の振幅などを用いても同様の効果が得られる。

Ｇ４の伝達関数によっては、式（４）のＰＩ制御器でなく、ＰＩＤ制御器あるいはＰＤ制御器、Ｉ制御器、Ｐ制御器、ＩＤ制御器、ＩＰ制御器といった他の制御器を用いてもよい。通常、Ｇ１～Ｇ６は原点に極を持たないため、界磁巻線温度保護部２４では式（４）のように積分器を持つよう構成することで、界磁巻線温度ｔｆと界磁巻線温度制限値ｔｆｌｉｍの誤差を収束させることができる。また、界磁巻線電流の応答時定数は、界磁巻線温度の応答時定数よりも十分大きいため、界磁電流制御との干渉を考慮しなくてよい。

なお、回転数に応じて熱抵抗あるいは熱容量が変化することにより、伝達関数が変化する場合、各制御器のゲインを変更する。例えば、空冷式の回転機であれば、高回転では空気の流量が大きく放熱効果が高いため、Ｖｆからｔｓまでの伝達ゲインは小さくなる。
また、周囲部品温度等に応じても熱抵抗あるいは熱容量が変化する。固定子巻線と界磁巻線は近接しているため、固定子巻線の温度が界磁巻線の温度より高い場合、固定子巻線からの受熱によって放熱効果に変化が出るため、Ｖｆからｔｓまでの伝達ゲインが大きくなる。

式（５）より界磁巻線温度ｔｆは、固定子巻線電圧の影響も受けるため、ＰＩ制御器６１により生成された界磁巻線電圧フィードバック制限値ｖｆｌｉｍ＊＊には、式（６）で与えられる固定子巻線干渉電圧ｖｓｄｉｆｆ＊が含まれる。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式（４）および式（６）の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。

加減算器６３は、界磁巻線電圧フィードバック制限値ｖｆｌｉｍ＊＊から、界磁巻線温度ｔｆに干渉する固定子巻線干渉電圧ｖｓｄｉｆｆ＊を減算することで界磁巻線電圧非干渉化後の制限値ｖｆｌｉｍ＊を算出する。固定子巻線干渉電圧の成分を減算することで、固定子巻線の温度干渉を防ぎ、界磁巻線電圧から界磁巻線温度までの伝達関数Ｇ４、界磁巻線温度比例ゲインＫｐｔｆおよび積分ゲインＫｉｔｆによって界磁巻線の温度制御特性を決定できる。なお、（８）式のように固定子巻線電圧の干渉だけでなく、他の干渉分を考慮してもよいし、ＰＩ制御器等による外乱抑圧特性が高い場合はｖｓｄｉｆｆ＊＝０としてもよい。また、ｖｓｄｉｆｆ＊の影響が大きい場合は、固定子巻線電圧を制限してもよい。

図７は、図６の電圧リミッタ６２の動作を説明した図である。図７において、実線は界磁巻線電圧非干渉化後の制限値ｖｆｌｉｍ＊を、点線は界磁巻線電圧最大値ｖｆｍａｘを、破線は界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍを表す。ｖｆｌｉｍ＊≧ｖｆｍａｘの場合、出力最大値は制限値に対して余裕があるためｖｆｌｉｍ＝ｖｆｍａｘとする。ｖｆｌｉｍ＊＜ｖｆｍａｘの場合、出力最大値よりも制限値の方が小さいためｖｆｌｉｍ＝ｖｆｌｉｍ＊とする。なお、始動時及び温度制限復帰時に必要以上に界磁巻線電圧を制限しないよう１制御周期の間にｖｆｌｉｍ＊≧ｖｆｍａｘとなるようＫｐｆおよびＫｉｆのゲインを設計する、または、始動時及び温度制限復帰時の場合のみ、ｖｆｌｉｍ＊に初期値を持たせる。
なお、図示していないが、電圧リミッタ６２によって界磁巻線電圧の制限値ｖｆｌｉｍ＊の電圧制限値振幅が制限されている場合、ＰＩ制御器６１の積分器にアンチワインドアップ処理を施してもよい。

また、界磁巻線電圧最大値ｖｆｍａｘはＶＤＣｆの値によって決定される値であるが、界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍの代わりに直流リンク電圧ＶＤＣｆを制限する場合は、ｖｆｍａｘの値は定格の界磁巻線電圧最大値としてもよい。

図８は、界磁巻線を熱から保護する本実施の形態の動作を説明した図である。図８（a）が界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍをマップ、または積分演算以外の方法で求める場合、図８（ｂ）が界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍを積分演算によって求めた場合の界磁巻線温度ｔｆと、界磁巻線電圧ｖｆをそれぞれ示す。
界磁巻線へ電圧を供給している間、界磁巻線温度ｔｆが上昇する。界磁巻線温度ｔｆが制限界磁巻線温度ｔｆｍａｘに近づくにつれ、界磁巻線電圧ｖｆを界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍによって制限する。界磁巻線電圧ｖｆが制限されるため、界磁巻線温度ｔｆの温度変化の割合は小さくなるが、通常、Ｇ１～Ｇ６は原点に極を持たないため、図８（a）のようにマップ、または積分演算以外の方法によって界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍを算出する場合、想定していた回転機の特性が温度あるいは磁束によって変化してしまうと、界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍが想定よりも大きな値、または小さな値に変換され、回転機の過熱保護ができない、または想定よりも過剰に保護してしまい出力が低下してしまう可能性がある。一方、図８（ｂ）では、界磁巻線温度ｔｆが制限界磁巻線温度ｔｆｍａｘに追従するよう積分演算するため、回転機の特性が変化した場合においても、過剰に界磁巻線電圧が制限されることなく、想定通りの出力が得られる。また、回転機特性が温度または磁束によって変化した場合、あるいは外乱混入時においても、界磁巻線温度ｔｆのＰＩ制御器等が持つロバスト特性により、過熱から適切に保護することができる。

回転子に永久磁石と界磁巻線を有する場合には、固定子巻線と界磁巻線の温度差が小さければＧ６が支配的になる。磁石の温度によって保護を行うには、図９のように構成すればよい。図９は、図６のｔｆがｔｍａｇに置き換わったものであって、磁石温度保護部２５として機能することになる。このとき、界磁巻線電圧フィードバック制限値ｖｆｌｉｍ＊＊および固定子巻線干渉電圧ｖｓｄｉｆｆ＊は、それぞれ式（７）および式（８）で与えればよい。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式（７）および式（８）の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。

界磁巻線温度保護部の代わりに固定子巻線温度を保護する場合は、界磁巻線電圧制限を固定子巻線電圧制限に置き換えれば同様となる。具体的には、式（４）を式（９）、式（６）を式（１０）のように置き換えればよい。ここで、ＫｐｔｓおよびＫｉｔｓはそれぞれ固定子巻線温度比例ゲインおよび積分ゲインであり、伝達関数Ｇ１に基づいて設計される。なお、ｖｄｑｌｉｍ＊＊は固定子巻線電圧フィードバック制限値、ｖｆｄｉｆｆ＊は界磁巻線干渉電圧を示している。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式（９）および式（１０）の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２を示している。本実施の形態は、回転機の固定子巻線部が二重三相巻線形の場合の適用例を示しており、本実施の形態における回転機制御装置２０００は、図２における回転機制御装置１０００の微分器２０と、固定子巻線電流制御部２１と、界磁巻線電流制御部２２と、電流指令生成部２３と、界磁巻線温度保護部２４に相当するものとして、微分器９９、第１固定子巻線電流制御部１００、第２固定子巻線電流制御部１０１、界磁巻線電流制御部１０２、電流指令正西部１０３、界磁巻線温度保護部１０４とを有している。また、回転機制御装置２０００は、回転機９０である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ第１固定子巻線電力変換器９６、第２固定子巻線電力変換器９７、界磁巻線電力変換器９８を介して回転機９０の各巻線と接続されている。また回転機制御装置２０００は、回転機９０に設けられた位置検出器９１および温度検出器９２と接続されている。

さらに回転機制御装置２０００は、第１固定子巻線電力変換器９６、第２固定子巻線電力変換器９７、界磁巻線電力変換器９８と回転機９０の間でそれぞれ直列に接続された電流検出器９３、電流検出器９４および電流検出器９５と接続されている。

図１０のシステムにおいては、基本的には図２のシステムと同様に動作するものである。また、界磁巻線電圧フィードバック制限値ｖｆｌｉｍ＊＊および固定子巻線干渉電圧ｖｓｄｉｆｆ＊は、それぞれ式（１１）および式（１２）で与えればよい。ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆは、式（１３）のように回転機の電圧から温度までの伝達関数に基づいて決定する。なお、回転機の電圧―温度特性の非線形性が強い場合は、式（１１）および式（１２）の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を加えたりする。

界磁巻線温度保護部を備えた回転機制御装置を示したが、同様に式（１１）に基づき１つまたは２つ以上の固定子巻線温度保護部を備えることで固定子巻線の温度保護を実現できる。以降省略するが、多相巻線が複数組存在する場合も同様の構成にて実現できる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る回転機制御装置３０００のブロック図である。なお、本実施の形態は、実施の形態１の界磁電圧による制限を界磁電流による制限に置き換えたものであり、図２における回転機制御装置１０００の微分器２０と、固定子巻線電流制御部２１と、界磁巻線電流制御部２２と、電流指令生成部２３と、界磁巻線温度保護部２４に相当するものとして、微分器１１８、固定子巻線電流制御部１１９、界磁巻線電流制御部１２０、電流指令正西部１２１、界磁巻線温度保護部１２２とを有している。また、回転機制御装置３０００は、回転機１１１である例えば交流回転機を駆動制御するものであり、それぞれ固定子巻線電力変換器１１６、界磁巻線電力変換器１１７を介して回転機１１１の各巻線と接続されている。また回転機制御装置３０００は、回転機１１１に設けられた位置検出器１１２および温度検出器１１３と接続されている。

さらに回転機制御装置３０００は、固定子巻線電力変換器１１６、界磁巻線電力変換器１１７と回転機１１１の間でそれぞれ直列に接続された位置検出器１１２、温度検出器１１３と接続されている。

図１１のシステムにおいては、基本的には図２のシステムと同様に動作するものである。なお、電流指令制限値である界磁巻線電流フィードバック制限値ｉｆｌｉｍ＊＊および固定子巻線干渉電流ｉｓｄｉｆｆ＊は、それぞれ式（１４）および式（１５）で与えればよい。ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆは、式（１６）のように回転機の電流から温度までの伝達関数に基づいて決定する。ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆは、式（１６）のように回転機の電流から温度までの伝達関数に基づいて決定する。Ｇａは固定子巻線電流から固定子巻線温度までの伝達関数、Ｇｂは界磁巻線電流から固定子巻線温度までの伝達関数、Ｇｃは固定子巻線電流から界磁巻線温度までの伝達関数、Ｇｄは界磁巻線電流から界磁巻線温度までの伝達関数、Ｇｅは固定子巻線電流から磁石温度までの伝達関数、Ｇｆは界磁巻線電流から磁石温度までの伝達関数を示している。このとき、伝達関数Ｇｄに基づいて、ＫｐｔｆおよびＫｉｔｆを安定性および誤差収束性、ロバスト性、トルク応答への影響等を考慮して設計する。ｉｄｑはｄｑ座標上での固定子巻線電流振幅、ｉｆは界磁巻線電流振幅を示している。なお、回転機の電流―温度特性の非線形性が強い場合は、式（１４）および式（１５）の導出の際に補正ゲインを掛けたり、補正値を与えたりする。

以降省略するが、電流で制限する場合においても、界磁巻線温度保護部の代わりに固定子巻線温度保護部、磁石温度保護部でもよい。
また、各保護対象となる部位あるいは電圧、電流で制限するといった多種多様な温度保護部が存在するが、これらは実施の形態１から実施の形態３のように単体で使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４を示しており、車両用発電電動機に実施の形態１に係る回転機制御装置を適用した場合の構成である。回転機１はエンジン（内燃機関）２００とベルト２０１を介して接続され、エンジン２００の補機として駆動系部品を経由して車輪の駆動力となるとともに、エンジン２００の回転を利用して発電を行う。つまり、エンジン２００の周辺にあり、温度上昇しやすい環境下にあり、回転機１および回転機１の制御装置を保護するためには、過熱保護機能が重要となる。また、必要以上に出力制限を行うと、駆動力あるいは発電量に影響が出て燃費性能が悪化するため、適切な制限をかける必要がある。本実施の形態の交流回転機の制御装置を車両用発電電動機に用いることで、温度に応じた適切な制限をかけることが可能となり、駆動力あるいは発電量の悪化を最低限にすることができる。なお、回転機としては、自動車用のモータ、発電機または電動発電機であってもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

３ 温度検出器、６ 固定子巻線電力変換器、７ 界磁巻線電力変換器、２１ 固定子巻線電流制御部、２２ 界磁巻線電流制御部、２３ 電流指令生成部、２４ 界磁巻線温度保護部

Claims (14)

1. 電圧指令に基づいて回転機の巻線に電圧を印加する電力変換器を制御する回転機制御装置であって、前記回転機に係る温度保護対象部分の温度を検出する温度検出器と、前記温度を制限温度以下に制御する温度保護部を備え、前記温度保護部は、前記温度保護対象部分の制限温度と前記温度との偏差に基づく電圧フィードバックによる制限値を電圧リミッタにおいて前記巻線の電圧最大値で制限された電圧指令制限値によって、前記電圧指令を制限することを特徴とする回転機制御装置。
2. 前記温度保護部は、前記温度保護対象部分の制限温度と前記温度の差の積分演算に基づいて、前記電圧指令制限値を演算することを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
3. 前記温度に応じて、前記積分演算を行う制御器のゲインを変更することを特徴とする請求項２に記載の回転機制御装置。
4. 前記回転機の回転数に応じて、前記積分演算を行う制御器のゲインを変更することを特徴とする請求項２に記載の回転機制御装置。
5. 前記温度検出器は、前記温度を推定する、または温度センサから検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機制御装置。
6. 前記回転機は界磁巻線と固定子巻線を有する回転機であり、前記温度保護部は、前記固定子巻線または前記界磁巻線の少なくともいずれか１つを温度保護の対象とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
7. 前記回転機は回転子に磁石および界磁巻線を、固定子に固定子巻線を有する回転機であり、前記温度保護部は、前記固定子巻線、前記界磁巻線または前記磁石の少なくともいずれか１つを温度保護の対象とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
8. 電流指令に基づき前記電圧指令を演算する電流制御部、前記電流制御部に対して電流指令を与える電流指令演算部を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の回転機制御装置。
9. 前記電流指令演算部は、温度保護対象部分とは異なる巻線の電流指令を前記温度保護部が演算する電圧指令制限値に基づいて演算処理することを特徴とする請求項８に記載の回転機制御装置。
10. 電圧指令に基づいて回転機の界磁巻線に電圧を印加する電力変換器を制御する回転機制御装置であって、前記回転機に係る温度保護対象部分の温度を検出する温度検出器と、前記温度を制限温度以下に制御する温度保護部を備え、前記温度保護部は、前記温度保護対象部分の制限温度と前記温度との偏差に基づく電圧フィードバックによる制限値を電圧リミッタにおいて前記界磁巻線の電圧最大値で制限された電圧指令制限値によって、前記電圧指令を制限することを特徴とする回転機制御装置。
11. 前記温度保護部は、前記温度保護対象部分の制限温度と前記温度の差の積分演算に基づいて、前記電圧指令制限値を演算することを特徴とする請求項１０に記載の回転機制御装置。
12. 前記温度に応じて、積分演算を行う制御器のゲインを変更することを特徴とする請求項１１に記載の回転機制御装置。
13. 回転数に応じて、前記積分演算を行う制御器のゲインを変更することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の回転機制御装置。
14. 前記回転機は、自動車用のモータ、発電機または電動発電機であることを特徴とする請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の回転機制御装置。

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