WO2019146746A1 - 推定装置および推定方法 - Google Patents

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WO2019146746A1
WO2019146746A1 PCT/JP2019/002432 JP2019002432W WO2019146746A1 WO 2019146746 A1 WO2019146746 A1 WO 2019146746A1 JP 2019002432 W JP2019002432 W JP 2019002432W WO 2019146746 A1 WO2019146746 A1 WO 2019146746A1
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WO
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permanent magnet
rotating machine
temperature
magnet temperature
estimation
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Application number
PCT/JP2019/002432
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭伍 今村
義康 柴山
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

Definitions

  • the present invention relates to an estimation apparatus and estimation method for estimating the permanent magnet temperature of a rotating machine.
  • a loss generated inside the rotating machine due to driving raises the temperature of the permanent magnet in the rotating machine. If the permanent magnet temperature rises excessively, the permanent magnet may be irreversibly demagnetized. In order to prevent such irreversible demagnetization, it is desirable to obtain the permanent magnet temperature and appropriately control the load current so as not to exceed the temperature at which the irreversible demagnetization occurs.
  • the permanent magnet of the rotating machine is provided on the rotor, or if there is no space for attaching the temperature detector due to requirements such as downsizing or high speed rotation, the temperature detector is attached to the permanent magnet It may be difficult to detect.
  • Patent Documents 1 and 2 below propose methods for estimating the permanent magnet temperature without directly detecting the permanent magnet temperature.
  • the present invention has been made in view of the above, and an estimation apparatus and estimation method capable of estimating the permanent magnet temperature of a rotating machine with high accuracy without performing special control on the rotating machine during operation of the rotating machine. Intended to provide.
  • An estimation apparatus is an estimation apparatus for estimating a permanent magnet temperature in a rotating machine including a permanent magnet, the storage storing the first data and the second data, and A current detector for detecting a phase current flowing through a rotating machine, a voltage detector for detecting a line voltage of the rotating machine, and an arithmetic unit, wherein the first data includes the temperature of the permanent magnet, and the phase It is data showing a relation between current and inductance of the rotating machine, and the second data is data showing a relation concerning magnet magnetic flux to the permanent magnet temperature, and the computing unit is the detected phase A waveform conversion processing unit for performing waveform conversion processing for extracting the fundamental wave component of the phase current from the current and extracting the fundamental wave component of the line voltage and the angular velocity of the rotating machine from the detected line voltage; temperature And an estimation operation processing unit for performing estimation operation processing for estimation, wherein the estimation operation processing unit is configured to generate the permanent wave from the fundamental wave component of the phase current extracted by the waveform conversion processing based on the first data
  • a first data application unit that determines the inductance at a magnet temperature, a fundamental wave component of the phase current extracted by the waveform conversion process, a fundamental wave component of the line voltage, the angular velocity, and the first data application unit
  • a magnet magnetic flux calculating unit that calculates the magnet magnetic flux from the calculated inductance and the phase resistance of the rotating machine; and second data that determines the permanent magnet temperature from the calculated magnet magnetic flux based on the second data
  • the estimation operation processing unit is configured to determine the permanent magnet temperature at the time of determining the Thereafter, when the permanent magnet temperature is determined by repeatedly performing the estimation calculation process using the permanent magnet temperature determined by the second data application unit using the temperature, the inductance is determined.
  • the permanent magnet temperature determined by the estimation calculation process is estimated It is configured to output as a permanent magnet temperature.
  • the first data indicating the relationship between the permanent magnet temperature, the phase current, and the inductance of the rotating machine from the phase current flowing through the rotating machine and the line voltage of the rotating machine relates to the magnet flux for the permanent magnet temperature
  • the permanent magnet temperature is calculated by the estimation operation process which is a convergence operation using the second data indicating the relationship. In this estimation calculation process, it is not necessary to control the current phase, and since the permanent magnet temperature is calculated from the measurable phase current and line voltage during rotation of the rotating machine, special control of the rotating machine is required. There is no need to do it. Therefore, the permanent magnet temperature of the rotating machine can be estimated with high accuracy without performing special control on the rotating machine during the operation of the rotating machine.
  • the phase current and the line voltage used in the waveform conversion process may be values detected when a current is flowing to the rotating machine while the rotating machine is rotating.
  • the rotating machine may be a generator, and the generator may be electrically connected to a rectifier.
  • the current phase can not be controlled arbitrarily.
  • the permanent magnet temperature of the generator can be estimated with high accuracy even in a system in which a rectifier is connected to the generator.
  • the estimation device includes a temperature detector that detects a coil temperature of the rotating machine, and the computing unit is a voltage between the lines detected when the rotating machine is rotating and no current flows in the rotating machine. And a second data correction unit that corrects the second data such that the magnet magnetic flux is calculated from the above and the calculated magnet magnetic flux becomes the magnet magnetic flux when the permanent magnet temperature is the coil temperature. Good. According to this, the second data can be corrected according to the individual difference of the magnet magnetic force of the permanent magnet attached to the rotating machine that estimates the permanent magnet temperature. Therefore, the permanent magnet temperature can be estimated more accurately.
  • the estimation device may include a temperature detector that detects a coil temperature of the rotating machine, and the magnet magnetic flux calculating unit may correct the phase resistance based on the detected coil temperature. According to this, it is possible to correct the phase resistance of the rotating machine to a value when estimating the permanent magnet temperature. Therefore, the permanent magnet temperature can be estimated more accurately.
  • An estimation method is an estimation method for estimating a permanent magnet temperature in a rotating machine provided with a permanent magnet, which detects a phase current flowing through the rotating machine, and a line of the rotating machine
  • a waveform conversion process that detects an inter-phase voltage, takes out a fundamental wave component of the phase current from the detected phase current, and takes out a fundamental wave component of the inter-line voltage and the angular velocity of the rotating machine from the detected inter-line voltage
  • the estimation arithmetic processing indicates the relationship among the permanent magnet temperature, the phase current, and the inductance of the rotating machine.
  • the inductance at the permanent magnet temperature is determined from the fundamental wave component of the phase current extracted by the waveform conversion process based on the first data, and the inductance is extracted by the waveform conversion process.
  • the magnet flux is calculated from the fundamental wave component of the current, the fundamental wave component of the line voltage, the angular velocity, the determined inductance, and the phase resistance of the rotating machine, and the relationship between the permanent magnet temperature and the magnet flux is shown.
  • Determining the permanent magnet temperature from the calculated magnet flux based on the second data including a process, wherein the permanent magnet temperature initially determined as the permanent magnet temperature at the time of determining the inductance is After that, the permanent magnet temperature is determined by repeatedly performing the estimation calculation process using the permanent magnet temperature determined by the second data application unit, and used when determining the inductance. If the difference between the permanent magnet temperature and the permanent magnet temperature determined by the estimation calculation process falls within a predetermined range, the estimation calculation process And the permanent magnet temperature estimated the permanent magnet temperature determined by.
  • the first data indicating the relationship between the permanent magnet temperature, the phase current and the inductance of the rotating machine from the phase current flowing through the rotating machine and the line voltage of the rotating machine relates to the magnet flux with respect to the permanent magnet temperature
  • the permanent magnet temperature is calculated by the estimation operation process which is a convergence operation using the second data indicating the relationship.
  • the estimation calculation process information on current phase is not necessary, and since the permanent magnet temperature is calculated from the phase current and the line voltage that can be measured during rotation of the rotating machine, special control of the rotating machine is required. There is no need to do it. Therefore, the permanent magnet temperature of the rotating machine can be estimated with high accuracy without performing special control on the rotating machine during the operation of the rotating machine.
  • the present invention it is possible to estimate the permanent magnet temperature of the rotating machine with high accuracy without performing special control on the rotating machine during the operation of the rotating machine.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a graph based on the first data in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a graph based on the second data in the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of estimation calculation processing in the present embodiment.
  • FIG. 5 is a basic vector diagram of the rotating machine.
  • FIG. 6 is a diagram showing that the second data is changed by the correction process of the second data in the graph of FIG. 3.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the estimation device 1 determines the temperature (permanent magnet temperature T) of the permanent magnet 121 provided in the rotating machine 12 that functions as a synchronous generator (hereinafter referred to as a generator) that rotates in synchronization with the rotation drive device 11.
  • Mag is configured to estimate.
  • the rotating machine 12 includes a rotor 12 a provided with permanent magnets 121 and a stator 12 b provided with coils 122.
  • stator 12b of 6 slots is illustrated in FIG. 1, the number of slots of the rotary machine 12, the number of poles, etc. are not restricted to this, and various adoption is possible.
  • various aspects can be adopted for other configurations of the rotating machine 12.
  • the rotating machine 12 rotates in synchronization with the rotary drive 11 and outputs a current generated accordingly.
  • the rectifier 13 is electrically connected to the current output portion of the rotating machine 12.
  • the rectifier 13 converts AC power into DC power and supplies power to the load 14.
  • the rotational drive device 11 is controlled by a drive control device (not shown).
  • a voltage converter (DC-DC converter) (not shown) is connected between the rectifier 13 and the load 14 and is converted into an appropriate voltage as a power supply of the load 14.
  • the load control device 15 performs load control such as power supply to the load 14. In this manner, the system 10 in the present embodiment converts the rotational driving force of the rotational drive device 11 into electric power by the rotating machine 12 and supplies the electric power to the load 14 via the rectifier 13, thereby powering the load 14. It is configured to secure.
  • the estimation device 1 illustrated in FIG. 1 includes an input unit 2, a storage unit 3, an arithmetic unit 4, and an output unit 5.
  • the configurations 2 to 5 of the estimation device 1 mutually transmit data via the bus 6.
  • the estimation device 1 may be configured by a control device of the system 10 (for example, a drive control device, a load control device 15 or the like) or a computer provided for estimation calculation processing, or provided separately (remotely) from the system 10 It may be configured by a computer.
  • the control device of the system 10 exerts a part of the functions constituting the estimation device 1, the remote computer exerts the other functions, and mutual communication of data is performed between the computers by communication means such as wireless communication. It may be configured to be performed.
  • a current detector 7, a voltage detector 8 and a temperature detector 9 are connected to the input unit 2.
  • the current detector 7 detects the phase current I u flowing through the rotating machine 12.
  • the voltage detector 8 detects the line voltage V uv of the rotating machine 12.
  • the temperature detector 9 detects the temperature (coil temperature) T coil of the coil 122 of the stator 12 b of the rotating machine 12. The values detected by these detectors 7 to 9 are input to the input unit 2.
  • the input device 2 may be configured to be able to input setting values and the like input by the user from a predetermined input device (not shown).
  • the storage unit 3 stores the information input to the input unit 2.
  • the storage unit 3 stores an operation program for estimation operation processing, first and second data used for the estimation operation processing, and a phase resistance R u of the rotary machine 12.
  • the storage unit 3 also stores values input to the input unit 2 (for example, values detected by the respective detectors 7 to 9).
  • the first data and the second data are produced by electromagnetic field analysis using the phase resistance R u and the inductance (winding phase inductance) L ou at a predetermined set temperature (for example, 20 ° C.) of the rotary machine 12.
  • a predetermined set temperature for example, 20 ° C.
  • the phase resistance R u and the inductance L uo of the rotating machine 12 at normal temperature are calculated by actual measurement or electromagnetic field analysis.
  • the first data is data indicating the relationship between the temperature (permanent magnet temperature) T mag of the permanent magnet 121 of the rotating machine 12, the phase current I u, and the inductance L u of the rotating machine 12.
  • FIG. 2 is a diagram showing a graph based on the first data in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the inductance L u of the rotating machine 12 changes in accordance with changes in the permanent magnet temperature T mag and the phase current I u . In FIG. 2, in particular, it is shown that the inductance L u changes significantly according to the change of the permanent magnet temperature T mag .
  • FIG. 2 exemplifies a graph in which the permanent magnet temperature T mag is discontinuous (a graph of the inductance L u with respect to the phase current I u at each of the three temperatures T 1 to T 3), Data in which the permanent magnet temperature T mag is continuous (for example, data shown as a three-dimensional map) may be used.
  • the second data is data indicating the relationship between the permanent magnet temperature T mag and the magnet flux ⁇ u .
  • first data and the second data may be continuous values (values that can be graphed or functioned) using approximation as shown in FIGS. 2 and 3 or configured as discrete table data May be
  • Arithmetic unit 4 executes estimation operation processing for estimating permanent magnet temperature T mag of rotating machine 12 based on various information stored in storage unit 3.
  • the computing unit 4 exerts the functions of the waveform conversion processing unit 41, the estimation computation processing unit 42, the second data correction unit 43, and the like based on the computation program.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of estimation calculation processing in the present embodiment.
  • the computing unit 4 detects the phase current I u detected by the current detector 7 and The line voltage V uv detected by the voltage detector 8 is acquired (step S1).
  • the system 10 in the present embodiment is a moving object such as an aircraft, when the rotating machine 12 is rotating and current flows, it means that the moving object is moving (flying, sailing, traveling, etc.) .
  • the rotational speed of the rotating machine 12 at the time of detection of the phase current I u and the line voltage V uv may be indefinite or constant.
  • the waveform conversion processing unit 41 performs waveform conversion processing on the acquired phase current I u and line voltage V uv (step S2). More specifically, the waveform conversion processing unit 41 extracts the fundamental wave component of the phase current I u from the phase current I u , the fundamental wave component of the line voltage V uv from the line voltage V uv , and the angular velocity of the rotating machine 12 Take out ⁇ .
  • Each fundamental component shows waveforms obtained by removing a harmonic component from the waveform of the original phase current I u and line voltage V uv.
  • discrete Fourier transform and frequency / voltage conversion F / V conversion
  • the waveform conversion processing unit 41 applies the above equations to the original waveforms of the phase current I u and the line voltage V uv .
  • Waveform conversion processing unit 41 fetches the current amplitude I u1 and current phase theta Iu1 from the fundamental component of the phase current I u obtained f1 (x).
  • the waveform conversion processing unit 41 takes out the voltage amplitude V uv1 and the voltage phase ⁇ Vuv1 from the fundamental wave component f1 (x) of the obtained line voltage V uv .
  • the estimation arithmetic processing unit 42 performs estimation arithmetic processing for estimating the permanent magnet temperature T mag .
  • the estimation arithmetic processing unit 42 includes functions of a first data application unit 421, a magnet magnetic flux calculation unit 422, a second data application unit 423, and the like.
  • the first data application unit 421 executes convergence calculation of the permanent magnet temperature T mag as estimation calculation processing. Therefore, the first data application unit 421 sets T mag (old) to T 0 as an initial value (old value) to be compared with the permanent magnet temperature (step S 3).
  • the initial value T0 is set to, for example, a temperature (eg, 28 ° C. or the like) at which the normal temperature is set.
  • the magnet flux calculation unit 422 calculates the fundamental wave component (I u1 , ⁇ Iu1 ) of the phase current extracted by the waveform conversion process, the fundamental wave component (V uv1 , ⁇ Vuv1 ) of the line voltage, the angular velocity ⁇ , and the first data application unit
  • a magnet flux ⁇ u is calculated from the inductance L u determined at 421 and the phase resistance R u of the rotary machine 12 stored in the memory 3 (step S5).
  • FIG. 5 is a basic vector diagram of the rotating machine.
  • the second data application unit 423 determines the permanent magnet temperature T mag from the calculated magnet flux ⁇ u based on the second data (step S6). In order to distinguish the determined permanent magnet temperature T mag from the original T mag (old), let T mag (new). As described above, since the second data indicates the relationship between the permanent magnet temperature T mag and the magnet magnetic flux ⁇ u , the permanent magnet temperature T mag (when the magnet magnetic flux ⁇ u is a value calculated as described above) new) is obtained from the second data.
  • the estimation arithmetic processing unit 42 determines that the difference between the permanent magnet temperature T mag (old) used when determining the inductance L u (step S 4) and the permanent magnet temperature T mag (new) determined by the estimation arithmetic processing is predetermined. It is determined whether, for example, T mag (new) ⁇ T mag (old) is less than a predetermined value T ref (step S7).
  • the estimation calculation processing unit 42 calculates the permanent magnet temperature T mag (old) at the time of determining the inductance L u again by this estimation calculation. It sets to permanent magnet temperature Tmag (new) determined by the 2nd data application part 423 by processing (Step S8). Then, the estimation arithmetic processing unit 42 performs estimation arithmetic processing using the permanent magnet temperature T mag (old) updated again to determine a new permanent magnet temperature T mag (new) (steps S4 to S6). ).
  • the estimation calculation processing unit 42 initially uses the initial value T0 of the permanent magnet temperature determined in advance as the permanent magnet temperature T mag (old) at the time of determining the inductance L u . with 2 are determined by the data application unit 423 (previous) permanent magnet temperature T mag (new new), by performing the repeated estimation calculation processing, determines a new permanent magnet temperature T mag (new new).
  • the step S7 does not actually make the determination.
  • the process may proceed to step S8 as the permanent magnet temperature difference is not within the predetermined range.
  • the estimation operation processing unit 42 estimates the (most recent) permanent magnet temperature T mag (new) determined by the estimation operation process.
  • the output unit 5 outputs the obtained permanent magnet temperature T mag from the output unit 5 (step S9).
  • the output device 5 is connected to the load control device 15.
  • the permanent magnet temperature T mag estimated by the estimation device 1 is input to the load control device 15.
  • the load control device 15 controls the power supply to the load 14 according to the change of the permanent magnet temperature T mag .
  • the load control device 15 changes the maximum value of the power supplied to the load 14 (available to the load 14) or changes the number of loads 14 that can supply power among the plurality of loads 14.
  • the permanent magnet temperature T mag output from the output device 5 may be input to the drive control device of the rotary drive device 11.
  • the drive control device reflects the estimated permanent magnet temperature T mag in the control algorithm of the rotary drive 11, and the permanent magnet 121 of the rotary machine 12 does not irreversibly demagnetize during the operation of the rotary drive 11.
  • the rotary drive 11 may be controlled.
  • the permanent magnet 121 can be prevented from being irreversibly demagnetized, and the region where the permanent magnet 121 is not irreversibly demagnetized can be clarified so that the performance of the rotary drive device 11 can be maximized. .
  • the relationship between the line voltage V uv phase current flowing through the rotating machine 12 I u and the rotating machine 12, the permanent magnet temperature T mag and the phase current I u and the inductance L u of the rotating machine 12 using the second data showing the relationship for magnetic flux [psi u for the first data and the permanent magnet temperature T mag showing the permanent magnet temperature T mag (T mag (new) ) is calculated by the convergence arithmetic estimation processing Ru.
  • the convergence calculation including the inductance L u is carried out by the permanent magnet temperature T mag of the inductance L u
  • An estimation calculation of the permanent magnet temperature T mag can also be performed in consideration of the change. This is particularly effective when estimating the permanent magnet temperature T mag of the rotating machine 12 having a larger reactance component than the resistance component when estimating the permanent magnet temperature T mag of the rotating machine 12 used at a high rotation speed. It is
  • the permanent magnet temperature T mag is calculated from the phase current I u and the line voltage V uv which can be measured during rotation of the rotating machine 12 There is no need to control the rotating machine 12 specially. Therefore, the permanent magnet temperature T mag of the rotary machine 12 can be estimated with high accuracy without performing special control on the rotary machine 12 during the operation of the rotary machine 12.
  • the rectifier 13 is electrically connected to the rotating machine 12 which is a generator as in the present embodiment
  • the rectifier 13 is a passive current converter.
  • the current phase can not be controlled arbitrarily for the machine 12.
  • the permanent magnet temperature of the rotating machine 12 which is the generator is also in the system in which the rectifier 13 is electrically connected to the rotating machine 12 which is the generator. T mag can be estimated with high accuracy.
  • the permanent magnet temperature T mag can be estimated with high accuracy regardless of the number of rotations of the rotary machine 12 (in the case of high or low). Further, in the rotating machine 12 which is a generator, the permanent magnet temperature T mag can be estimated with high accuracy regardless of the amount of generated power (load current). Furthermore, even when there is a difference between the permanent magnet temperature Tmag and the coil temperature Tcoil , the permanent magnet temperature Tmag can be estimated with high accuracy. As described above, since the permanent magnet temperature T mag can be estimated with high accuracy under any condition regardless of the state of the rotating machine 12, the rotating machine 12 used for various applications and under various environments The present invention is suitably applicable to the rotating machine 12 that is set.
  • the estimation can be performed with high accuracy simply by causing the existing computer to execute the calculation program.
  • the calculation processing of the permanent magnet temperature T mag can be realized without adding any special equipment.
  • the second data correction unit 43 sets the permanent magnet temperature of the rotary machine 12 before the estimation device 1 estimates the permanent magnet temperature T mag of the rotary machine 12 (before starting step S1 shown in FIG. 4). The second data is corrected based on the individual difference of the magnet 121. For this reason, the second data correction unit 43 determines the line voltage V uva when the rotating machine 12 is rotating and no current flows in the rotating machine 12 (a state in which the rotating machine 12 is rotated with no load). And the coil temperature T coil .
  • the wiring between the rotating machine 12 and the rectifier 13 or the wiring between the rectifier 13 and the load 14 is previously cut off by a circuit breaker (not shown).
  • a circuit breaker (not shown).
  • the correction processing of the second data is performed, for example, at the time of landing (during aircraft maintenance or aircraft delivery, etc.).
  • the second data correction unit 43 calculates the magnet magnetic flux ⁇ ua from the detected line voltage V uva (the phase current I ua at this time is 0) using the equation (2).
  • the second data correction unit 43 corrects the second data so that the calculated magnet magnetic flux ⁇ ua becomes the magnet flux when the permanent magnet temperature T mag is the coil temperature T coil .
  • the coil temperature T coil when the rotating machine 12 is unloaded is considered to be approximately equal to the permanent magnet temperature T mag at this time.
  • FIG. 6 is a diagram showing that the second data is changed by the correction process of the second data in the graph of FIG. 3.
  • the second data shown in the graph of FIG. 3 is represented by a quadratic function as described above.
  • the magnet flux at the coil temperature T coil is ⁇ uo .
  • the second data correction unit 43 when the calculated magnet flux ⁇ ua becomes a value different from uouo (lower in FIG. 6), the second data correction unit 43 generates the graph of FIG. 3 indicated by the second data. Is translated in the direction of the axis (longitudinal axis) of the magnet flux.
  • the graph indicated by the second data is moved in parallel in the axial direction of the magnet magnetic flux. This is based on the assumption that the magnitude of the magnet flux ⁇ u may change due to the individual differences of the permanent magnets 121 but the overall tendency (the behavior as a quadratic function in this example) hardly changes. .
  • the second data By correcting the second data by parallel movement of the graph, it is easy to simply measure the second data according to the individual difference of the permanent magnet 121 simply by measuring the combination of one permanent magnet temperature T mag and the magnet magnetic flux ⁇ u. It can be corrected.
  • the graph indicated by the second data is translated in the axial direction of the magnet flux, but the correction mode of the second data is not limited to this.
  • the second data is a discrete table data, it may be applied to the rate of change of magnetic flux [psi ua calculated for the original magnetic flux [psi uo to all of the plurality of values of magnetic flux [psi u.
  • the correction process of the second data as described above may be performed every time the system 10 starts (before moving the moving object), or periodically (every time the system is started a predetermined number of times) when the system 10 starts. It may be performed only once when the system 10 is initially activated.
  • the magnet magnetic flux calculation unit 422 corrects the phase resistance R u based on the detected coil temperature T coil .
  • the arithmetic unit 4 adds the line voltage V uv and the phase current I u in step S1 to the temperature detector 9 during rotation of the rotary machine 12 and during energization.
  • the detected coil temperature T coil is obtained.
  • the magnet flux calculation unit 422 calculates the phase resistance stored in advance in the memory 3 based on the coil temperature T coil. Correct R u .
  • the corrected phase resistance R ua is represented as follows, assuming that the temperature coefficient of resistance ⁇ .
  • step S5 the magnet flux calculation unit 422 calculates the magnet flux ⁇ u using the phase resistance R ua after the correction. That is, the magnet magnetic flux calculation unit 422 calculates the magnet magnetic flux ⁇ u by replacing R u in Formula (2) with R ua .
  • the rotating machine 12 may be a generator of a movable body such as a ship or a vehicle, or a generator installed on the ground, or may be an electric motor generating a rotational driving force.
  • the rotating machine 12 may be a generator or an electric motor.
  • the rotating machine 12 for special environment where the permanent magnet temperature T mag is likely to be high such as the rotating machine 12 driven under high speed rotation and / or vacuum environment
  • the environment, such as the rotating machine 12 for aircraft Remote monitoring of permanent magnet temperature is important, as in rotating machine 12 where conditions change frequently and it is difficult to estimate permanent magnet temperature T mag based on environmental conditions, and rotating machine 12 using IoT technology It is effective to estimate the permanent magnet temperature T mag in the rotating machine 12.
  • power converters other than the rectifier 13 illustrated by the said embodiment such as an inverter or a converter which uses a PWM system etc., may be connected to the rotary machine 12, for example.
  • the waveform conversion processing unit 41 and the estimation operation processing unit 42 are realized as the function of one computing unit 4 , but instead, the waveform conversion processing unit 41 and estimation are performed.
  • the arithmetic processing unit 42 may be realized by separate computing units (computers).
  • the waveform conversion processing unit 41 performs the Fourier transform to extract the fundamental wave components of the phase current I u and the line voltage V uv , but the present invention is not limited to this.
  • Each fundamental wave component may be extracted by applying a low pass filter to the phase current I u and the line voltage V uv detected by the detector.
  • the present invention is useful for providing an estimation apparatus and estimation method capable of estimating the permanent magnet temperature of a rotating machine with high accuracy without performing special control on the rotating machine during operation of the rotating machine. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

推定演算処理部は、永久磁石温度と、相電流と、回転機のインダクタンスとの間の関係を示す第１データに基づいて、波形変換処理により取り出した相電流の基本波成分から永久磁石温度におけるインダクタンスを決定する第１データ適用部と、波形変換処理により取り出した相電流の基本波成分、線間電圧の基本波成分、角速度、第１データ適用部で決定されたインダクタンス、および回転機の相抵抗から磁石磁束を算出する磁石磁束算出部と、永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示す第２データに基づいて、算出された磁石磁束から永久磁石温度を決定する第２データ適用部と、を有し、推定演算処理部は、繰り返し推定演算処理を行うことにより、永久磁石温度を決定する。

Description

推定装置および推定方法
　本発明は、回転機の永久磁石温度を推定するための推定装置および推定方法に関する。
　発電機または電動機といった永久磁石を備えた回転機においては、駆動により回転機内部で発生する損失により、回転機内の永久磁石の温度が上昇する。永久磁石温度が過度に上昇すると、永久磁石が不可逆減磁してしまう恐れがある。このような不可逆減磁を防止するためには、永久磁石温度を取得し、不可逆減磁が発生する温度を超えないように、負荷電流を適切に制御することが望ましい。しかし、回転機の永久磁石がロータに設けられている場合または小型化、高速回転化等の要請により温度検出器を取り付けるスペースがない場合等、永久磁石に温度検出器を取り付けて永久磁石温度の検出を行うことが難しい場合がある。
　これに関し、下記特許文献１および２において、永久磁石温度を直接検出することなく、永久磁石温度を推定するための方法が提案されている。
特開２００４－２０１４２５号公報 特許第５８２３０５５号公報
　しかし、特許文献１の推定方法では、回転機（モータ）の電流位相を０に制御した上で、その際の電流および電圧を計測する必要があり、例えば、発電機として用いられる回転機が整流器に接続されている場合または回転機にレゾルバ等の回転角度検出器を取り付けることができない場合等、電流の位相を任意に制御することができない場合には、高精度な永久磁石温度の推定を行うことができない問題がある。
　また、特許文献２の推定方法では、回転機（モータ）に流れる電流を一時的に０にした上で、その際に発生する誘起電圧を計測する必要があり、例えば、発電機として用いられる回転機において発電を停止できない場合等、回転機に流れる電流を一時的に０にすることができない場合には、永久磁石温度の推定を行うことができない問題がある。
　本発明は上記に鑑みなされたものであり、回転機の動作中に回転機に対して特段の制御を行うことなく回転機の永久磁石温度を高精度に推定することができる推定装置および推定方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る推定装置は、永久磁石を備えた回転機における永久磁石温度を推定するための推定装置であって、第１データと、第２データとを記憶する記憶器と、前記回転機を流れる相電流を検出する電流検出器と、前記回転機の線間電圧を検出する電圧検出器と、演算器と、を備え、前記第１データは、前記永久磁石温度と、前記相電流と、前記回転機のインダクタンスとの間の関係を示すデータであり、前記第２データは、前記永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示すデータであり、前記演算器は、検出された前記相電流から前記相電流の基本波成分を取り出し、検出された前記線間電圧から前記線間電圧の基本波成分および前記回転機の角速度を取り出す波形変換処理を行う波形変換処理部と、前記永久磁石温度を推定するための推定演算処理を行う推定演算処理部と、を含み、前記推定演算処理部は、前記第１データに基づいて、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分から前記永久磁石温度における前記インダクタンスを決定する第１データ適用部と、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分、前記線間電圧の基本波成分、前記角速度、前記第１データ適用部で決定された前記インダクタンス、および前記回転機の相抵抗から前記磁石磁束を算出する磁石磁束算出部と、前記第２データに基づいて、算出された前記磁石磁束から前記永久磁石温度を決定する第２データ適用部と、を有し、前記推定演算処理部は、前記インダクタンスを決定する際の前記永久磁石温度として、最初は予め定められた前記永久磁石温度を用い、以降は、前記第２データ適用部で決定された前記永久磁石温度を用いて、繰り返し前記推定演算処理を行うことにより、前記永久磁石温度を決定し、前記インダクタンスを決定する際に用いた前記永久磁石温度と前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度との差が所定の範囲内になった場合に、前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度を推定された前記永久磁石温度として出力するよう構成されている。
　上記構成によれば、回転機を流れる相電流および回転機の線間電圧から、永久磁石温度と相電流と回転機のインダクタンスとの間の関係を示す第１データおよび永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示す第２データを用いて、収束演算である推定演算処理により永久磁石温度が算出される。この推定演算処理においては、電流位相を制御する必要はなく、回転機の回転中に計測可能な相電流および線間電圧から永久磁石温度が算出されるため、回転機に対して特段の制御を行う必要がない。したがって、回転機の動作中に回転機に対して特段の制御を行うことなく回転機の永久磁石温度を高精度に推定することができる。
　前記波形変換処理に用いられる前記相電流および前記線間電圧は、前記回転機が回転中かつ前記回転機に電流が流れているときにおいて検出された値であってもよい。
　前記回転機は、発電機であり、前記発電機は、整流器に電気的に接続されていてもよい。発電機に整流器が電気的に接続されている場合には、電流位相を任意に制御することができない。一方、上記態様においては、電流位相を任意に制御する必要がなくなるため、発電機に整流器が接続されたシステムにおいても発電機の永久磁石温度を高精度に推定することができる。
　前記推定装置は、前記回転機のコイル温度を検出する温度検出器を備え、前記演算器は、前記回転機が回転中かつ前記回転機に電流が流れていないときにおいて検出された前記線間電圧から前記磁石磁束を算出し、算出された前記磁石磁束が、前記永久磁石温度が前記コイル温度であるときの磁石磁束となるように、前記第２データを補正する第２データ補正部を含んでもよい。これによれば、第２データを、永久磁石温度を推定する回転機に取り付けられた永久磁石の磁石磁力の個体差に応じて補正することができる。したがって、永久磁石温度をより高精度に推定することができる。
　前記推定装置は、前記回転機のコイル温度を検出する温度検出器を備え、前記磁石磁束算出部は、検出された前記コイル温度に基づいて、前記相抵抗を補正してもよい。これによれば、回転機の相抵抗を、永久磁石温度を推定する際の値に補正することができる。したがって、永久磁石温度をより高精度に推定することができる。
　本発明の他の態様に係る推定方法は、永久磁石を備えた回転機における永久磁石温度を推定するための推定方法であって、前記回転機を流れる相電流を検出し、前記回転機の線間電圧を検出し、検出された前記相電流から前記相電流の基本波成分を取り出し、検出された前記線間電圧から前記線間電圧の基本波成分および前記回転機の角速度を取り出す波形変換処理を行い、前記永久磁石温度を推定するための推定演算処理を行うものであり、前記推定演算処理は、前記永久磁石温度と、前記相電流と、前記回転機のインダクタンスとの間の関係を示す第１データに基づいて、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分から前記永久磁石温度における前記インダクタンスを決定し、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分、前記線間電圧の基本波成分、前記角速度、決定された前記インダクタンス、および前記回転機の相抵抗から前記磁石磁束を算出し、前記永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示す第２データに基づいて、算出された前記磁石磁束から前記永久磁石温度を決定する、処理を含み、前記インダクタンスを決定する際の前記永久磁石温度として、最初は予め定められた前記永久磁石温度を用い、以降は、前記第２データ適用部で決定された前記永久磁石温度を用いて、繰り返し前記推定演算処理を行うことにより、前記永久磁石温度を決定し、前記インダクタンスを決定する際に用いた前記永久磁石温度と前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度との差が所定の範囲内になった場合に、前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度を推定された前記永久磁石温度とする。
　上記方法によれば、回転機を流れる相電流および回転機の線間電圧から、永久磁石温度と相電流と回転機のインダクタンスとの間の関係を示す第１データおよび永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示す第２データを用いて、収束演算である推定演算処理により永久磁石温度が算出される。この推定演算処理においては、電流位相の情報は不要であり、回転機の回転中に計測可能な相電流および線間電圧から永久磁石温度が算出されるため、回転機に対して特段の制御を行う必要がない。したがって、回転機の動作中に回転機に対して特段の制御を行うことなく回転機の永久磁石温度を高精度に推定することができる。
　本発明によれば、回転機の動作中に回転機に対して特段の制御を行うことなく回転機の永久磁石温度を高精度に推定することができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る推定装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態における第１データに基づくグラフを示す図である。 図３は、本実施の形態における第２データに基づくグラフを示す図である。 図４は、本実施の形態における推定演算処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、回転機の基本ベクトル図である。 図６は、図３のグラフにおいて第２データの補正処理によって第２データが変化したことを示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
　［概略構成］
　図１は、本発明の一実施の形態に係る推定装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態において、推定装置１は、回転駆動装置１１に同期して回転する同期発電機（以下、発電機）として機能する回転機１２に設けられた永久磁石１２１の温度（永久磁石温度Ｔｍａｇ）を推定するように構成されている。
　回転機１２は、永久磁石１２１を備えた回転子１２ａと、コイル１２２を備えた固定子１２ｂとを備えている。なお、図１には、６スロットの固定子１２ｂを例示しているが、回転機１２のスロット数、極数等は、これに限られず、種々採用可能である。また、回転機１２のその他の構成についても種々の態様が採用可能である。回転機１２は、回転駆動装置１１に同期して回転し、それに伴って発生する電流を出力する。
　回転機１２の電流出力部には、整流器１３が電気的に接続されている。整流器１３は交流電力を直流電力に変換し、負荷１４に電力供給する。回転駆動装置１１は、図示しない駆動制御装置により制御される。なお、整流器１３と負荷１４との間には、図示しない電圧変換器（ＤＣ－ＤＣコンバータ）が接続され、負荷１４の電源として適切な電圧に変換される。負荷１４への電源供給等の負荷制御は、負荷制御装置１５が行う。このようにして、本実施の形態におけるシステム１０は、回転駆動装置１１の回転駆動力を回転機１２で電力に変換し、整流器１３を介して負荷１４に供給することで、負荷１４の電源を確保するように構成されている。
　図１に示す推定装置１は、入力器２、記憶器３、演算器４、および出力器５を備えている。推定装置１の各構成２～５は、バス６により相互にデータ伝達を行う。推定装置１は、システム１０の制御装置（例えば駆動制御装置、負荷制御装置１５等）または推定演算処理用に設けられたコンピュータによって構成されてもよいし、システム１０とは別に（遠隔に）設けられたコンピュータによって構成されてもよい。また、推定装置１を構成する一部の機能をシステム１０の制御装置が発揮し、他の機能を遠隔のコンピュータが発揮し、これらのコンピュータ間において無線通信等の通信手段によってデータの相互通信が行われるように構成されてもよい。
　入力器２には、電流検出器７、電圧検出器８および温度検出器９が接続されている。電流検出器７は、回転機１２を流れる相電流Ｉｕを検出する。電圧検出器８は、回転機１２の線間電圧Ｖｕｖを検出する。温度検出器９は、回転機１２の固定子１２ｂのコイル１２２の温度（コイル温度）Ｔｃｏｉｌを検出する。入力器２には、これらの検出器７～９で検出された値が入力される。また、入力器２は、ユーザが所定の入力装置（図示せず）から入力した設定値等が入力可能に構成されてもよい。
　記憶器３は、入力器２に入力された情報を記憶する。また、記憶器３には、推定演算処理のための演算プログラムと、推定演算処理に用いる第１データおよび第２データと、回転機１２の相抵抗Ｒｕとが記憶される。また、記憶器３には、入力器２に入力される値（例えば、各検出器７～９により検出された値）も記憶される。
　第１データおよび第２データは、回転機１２の所定の設定温度時（例えば２０℃等）における相抵抗Ｒｕおよびインダクタンス（巻線相インダクタンス）Ｌｕｏを用いて電磁界解析により作製される。これに際し、常温時における回転機１２の相抵抗ＲｕおよびインダクタンスＬｕｏが実測または電磁界解析により算出される。
　第１データは、回転機１２の永久磁石１２１の温度（永久磁石温度）Ｔｍａｇと、相電流Ｉｕと、回転機１２のインダクタンスＬｕとの間の関係を示すデータである。図２は、本実施の形態における第１データに基づくグラフを示す図である。図２に示すように、回転機１２のインダクタンスＬｕは、永久磁石温度Ｔｍａｇおよび相電流Ｉｕの変化に応じて変化する。図２においては、特に、永久磁石温度Ｔｍａｇの変化に応じてインダクタンスＬｕが大きく変化することが示されている。
　なお、図２においては、永久磁石温度Ｔｍａｇが非連続なグラフ（３つの温度Ｔ１～Ｔ３のそれぞれにおける相電流Ｉｕに対するインダクタンスＬｕのグラフ）を例示しているが、これに代えて、永久磁石温度Ｔｍａｇが連続的なデータ（例えば３次元マップとして示されるデータ）が用いられてもよい。
　また、第２データは、永久磁石温度Ｔｍａｇに対する磁石磁束Ψｕに関する関係を示すデータである。図３は、本実施の形態における第２データに基づくグラフを示す図である。図３に示すように、本実施の形態において、永久磁石温度Ｔｍａｇに対する磁石磁束Ψｕの関係は、２次曲線で近似されている。すなわち、図３のグラフは、Ψｕ＝－Ａ・Ｔｍａｇ ２－Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃ（Ａ，Ｂ，Ｃは正の定数）で表される。
　なお、第１データおよび第２データは、図２および図３に示すような、近似を用いた連続値（グラフ化または関数化可能な値）としてもよいし、離散的なテーブルデータとして構成されてもよい。
　演算器４は、記憶器３に記憶された各種の情報に基づいて回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する推定演算処理を実行する。このために、演算器４は、演算プログラムに基づいて、波形変換処理部４１、推定演算処理部４２および第２データ補正部４３等の機能を発揮する。
　［推定演算処理］
　以下、本実施の形態における推定演算処理について説明する。図４は、本実施の形態における推定演算処理の流れを示すフローチャートである。まず、演算器４は、回転機１２が回転中かつ回転機１２に電流が流れているとき（整流器１３に電流が流れているとき）において、電流検出器７により検出される相電流Ｉｕおよび電圧検出器８により検出される線間電圧Ｖｕｖを取得する（ステップＳ１）。本実施の形態におけるシステム１０が航空機等の移動体の場合、回転機１２の回転中かつ電流が流れているときは、移動体の移動時（飛行時、航行時または走行時等）を意味する。相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖ検出時における回転機１２の回転速度は不定であっても一定であってもよい。
　波形変換処理部４１は、取得した相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖに対して波形変換処理を行う（ステップＳ２）。より具体的には、波形変換処理部４１は、相電流Ｉｕから相電流Ｉｕの基本波成分を取り出し、線間電圧Ｖｕｖから線間電圧Ｖｕｖの基本波成分および回転機１２の角速度ωを取り出す。各基本波成分は、元の相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖの波形から高調波成分を取り除いた波形を示す。基本波成分の取り出しには、例えば離散フーリエ変換および周波数／電圧変換（Ｆ／Ｖ変換）が用いられる。元の波形をｆ（ｘ）とすると、基本波成分ｆ１（ｘ）は以下のように表される。ただし、Ｎはサンプリング数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
波形変換処理部４１は、相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖの元の波形に対してそれぞれ上記数式を適用する。波形変換処理部４１は、得られた相電流Ｉｕの基本波成分ｆ１（ｘ）から電流振幅Ｉｕ１および電流位相θＩｕ１を取り出す。同様に、波形変換処理部４１は、得られた線間電圧Ｖｕｖの基本波成分ｆ１（ｘ）から電圧振幅Ｖｕｖ１および電圧位相θＶｕｖ１を取り出す。さらに、波形変換処理部４１は、電流位相θＩｕ１および電圧位相θＶｕｖ１から相電流（電流振幅Ｉｕ１）に対する線間電圧（電圧振幅Ｖｕｖ１）の位相差φ＝θＶｕｖ１－θＩｕ１を算出する。また、波形変換処理部４１は、線間電圧Ｖｕｖの基本波成分ｆ１（ｘ）から回転機１２の回転数Ｎｇｅｎ［ｒｐｍ］を取り出す。さらに、波形変換処理部４１は、回転数Ｎｇｅｎから回転機１２の角速度ω［ｒａｄ／ｓ］を生成する。角速度ωは、ω＝２π（Ｎｇｅｎ／６０）で表される。
　推定演算処理部４２は、永久磁石温度Ｔｍａｇを推定するための推定演算処理を行う。このために、推定演算処理部４２は、第１データ適用部４２１、磁石磁束算出部４２２および第２データ適用部４２３等の機能を含む。
　第１データ適用部４２１は、推定演算処理として永久磁石温度Ｔｍａｇの収束演算を実行する。そのために、第１データ適用部４２１は、永久磁石温度の比較対象となる初期値（古い値）としてＴｍａｇ（ｏｌｄ）をＴ０に設定する（ステップＳ３）。初期値Ｔ０は、例えば、常温とされる温度（例えば２８℃等）に設定される。
　第１データ適用部４２１は、設定された初期値Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）＝Ｔ０および第１データを用いてインダクタンスＬｕを算出する（ステップＳ４）。より具体的には、第１データ適用部４２１は、第１データに基づいて、波形変換処理により取り出した相電流の基本波成分（振幅Ｉｕ１）から永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）におけるインダクタンスＬｕを決定する（ステップＳ５）。上述の通り、第１データは、相電流Ｉｕと、永久磁石温度Ｔｍａｇと、インダクタンスＬｕとの関係を示しているため、相電流ＩｕがＩｕ１であり、永久磁石温度ＴｍａｇがＴｍａｇ（ｏｌｄ）である場合のインダクタンスＬｕが第１データより求められる。
　磁石磁束算出部４２２は、波形変換処理により取り出した相電流の基本波成分（Ｉｕ１，θＩｕ１）、線間電圧の基本波成分（Ｖｕｖ１，θＶｕｖ１）、角速度ω、第１データ適用部４２１で決定されたインダクタンスＬｕ、および記憶器３に記憶されている回転機１２の相抵抗Ｒｕから磁石磁束Ψｕを算出する（ステップＳ５）。
　図５は、回転機の基本ベクトル図である。図５において回転機１２の起電力Ｅｕ１は、Ｅｕ１＝ωΨｕで表される。したがって、磁石磁束Ψｕは、Ψｕ＝Ｅｕ１／ωとなる。さらに、磁石磁束Ψｕは、図５のベクトル図より、以下のように示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
第２データ適用部４２３は、第２データに基づいて、算出された磁石磁束Ψｕから永久磁石温度Ｔｍａｇを決定する（ステップＳ６）。決定した永久磁石温度Ｔｍａｇを元のＴｍａｇ（ｏｌｄ）と区別するためにＴｍａｇ（ｎｅｗ）とする。上述の通り、第２データは、永久磁石温度Ｔｍａｇに対する磁石磁束Ψｕに関する関係を示しているため、磁石磁束Ψｕが上記のように算出された値である場合の永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）が第２データより求められる。
　推定演算処理部４２は、インダクタンスＬｕを決定する際（ステップＳ４）に用いた永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）と推定演算処理によって決定された永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）との差が所定の範囲内であるか否か、例えば、Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）－Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）が所定の値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ７）。
　上記永久磁石温度の差が所定の範囲内でない場合（ステップＳ７でＮｏ）、推定演算処理部４２は、再度インダクタンスＬｕを決定する際の永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）を、今回の推定演算処理によって第２データ適用部４２３で決定された永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）に設定する（ステップＳ８）。その上で、推定演算処理部４２は、再度更新された永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）を用いて推定演算処理を行い、新たな永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）を決定する（ステップＳ４～Ｓ６）。
　このようにして、推定演算処理部４２は、インダクタンスＬｕを決定する際の永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）として、最初は予め定められた永久磁石温度の初期値Ｔ０を用い、以降は、第２データ適用部４２３で決定された（前回の）永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）を用いて、繰り返し推定演算処理を行うことにより、新たな永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）を決定する。なお、ステップＳ７の判定において、インダクタンスＬｕを決定する際の永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）として、永久磁石温度の初期値Ｔ０を用いる初回においては、ステップＳ７は実際に判定を行うことなく、永久磁石温度の差が所定の範囲内でないとしてステップＳ８に進んでもよい。
　上記永久磁石温度の差が所定の範囲内になった場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、推定演算処理部４２は、推定演算処理によって決定された（直近の）永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）を推定された永久磁石温度Ｔｍａｇとして出力器５から出力する（ステップＳ９）。
　本実施の形態において、出力器５は、負荷制御装置１５に接続されている。推定装置１で推定された永久磁石温度Ｔｍａｇは、負荷制御装置１５に入力される。負荷制御装置１５は、永久磁石温度Ｔｍａｇの変化に応じて負荷１４に対する電力供給制御を行う。例えば、負荷制御装置１５は、負荷１４に供給する（負荷１４が使用可能な）電力の最大値を変更する、または、複数の負荷１４のうち電力を供給可能な負荷１４の数を変更する。
　これに加えて、または、これに代えて、出力器５から出力される永久磁石温度Ｔｍａｇを回転駆動装置１１の駆動制御装置に入力してもよい。この場合、駆動制御装置は、回転駆動装置１１の制御アルゴリズムに、推定された永久磁石温度Ｔｍａｇを反映させて、回転駆動装置１１の動作中に回転機１２の永久磁石１２１が不可逆減磁しないように回転駆動装置１１を制御してもよい。これにより、永久磁石１２１が不可逆減磁することを防止することができるとともに、永久磁石１２１が不可逆減磁しない領域が明確となることにより、回転駆動装置１１の性能を最大限発揮させることができる。
　上記構成によれば、回転機１２を流れる相電流Ｉｕおよび回転機１２の線間電圧Ｖｕｖから、永久磁石温度Ｔｍａｇと相電流Ｉｕと回転機１２のインダクタンスＬｕとの間の関係を示す第１データおよび永久磁石温度Ｔｍａｇに対する磁石磁束Ψｕに関する関係を示す第２データを用いて、収束演算である推定演算処理により永久磁石温度Ｔｍａｇ（Ｔｍａｇ（ｎｅｗ））が算出される。回転機１２のインダクタンスＬｕは、相電流Ｉｕだけでなく永久磁石温度Ｔｍａｇによっても変化するため、インダクタンスＬｕを含めた収束演算を行うことにより、インダクタンスＬｕの永久磁石温度Ｔｍａｇによる変化も考慮した永久磁石温度Ｔｍａｇの推定演算を行うことができる。これは、特に、高い回転数で使用される回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する場合、抵抗成分に比べてリアクタンス成分が大きい回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する場合に効果的である。
　さらに、この推定演算処理においては、電流位相を制御する必要はなく、回転機１２の回転中に計測可能な相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖから永久磁石温度Ｔｍａｇが算出されるため、回転機１２に対して特段の制御を行う必要がない。したがって、回転機１２の動作中に回転機１２に対して特段の制御を行うことなく回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを高精度に推定することができる。
　特に、本実施の形態のように、発電機である回転機１２に整流器１３が電気的に接続されている場合には、整流器１３は、受動的な電流変換器であるため、整流器１３から回転機１２に対して電流位相を任意に制御することができない。一方、上記態様においては、電流位相を任意に制御する必要がないため、発電機である回転機１２に整流器１３が電気的に接続されたシステムにおいても発電機である回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを高精度に推定することができる。
　また、電流検出器７および電圧検出器８で検出された相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖに対して波形変換処理を行うことにより、高調波成分を除いた基本波成分を用いて永久磁石温度Ｔｍａｇの推定を行うため、整流器１３における電力変換のためのスイッチングに起因する高調波によって永久磁石温度Ｔｍａｇの推定精度が悪化するのを防止することができる。
　また、上記構成によれば、回転機１２の回転数によらず（高い場合でも低い場合でも）回転機１２の回転中に高い精度で永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することができる。また、発電機である回転機１２において、発電量（負荷電流）の多寡によらず高い精度で永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することができる。さらに、永久磁石温度Ｔｍａｇとコイル温度Ｔｃｏｉｌとに差がある場合でも高い精度で永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することができる。このように、回転機１２の状態によらずあらゆる条件下において永久磁石温度Ｔｍａｇを高精度に推定することができるため、様々な用途に用いられる回転機１２、および、様々な環境下におかれた回転機１２に対して好適に適用可能である。
　また、上記構成によれば、少なくとも回転機１２の相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖを検出することができるシステムにおいて、既存のコンピュータに上記演算プログラムを実行させるだけで、高精度に推定できる永久磁石温度Ｔｍａｇの推定演算処理を特別な設備を追加することなく実現することができる。
　［第２データの補正処理］
　以下、上記推定演算処理をより高精度にするための追加的な処理について説明する。まず、回転機１２に取り付けられた永久磁石１２１の磁石磁力の個体差を考慮した第２データの補正処理について説明する。
　本実施の形態において、第２データ補正部４３は、推定装置１が回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する前（図４に示すステップＳ１を開始する前）に、回転機１２の永久磁石１２１の個体差に基づいて第２データを補正する。このために、第２データ補正部４３は、回転機１２が回転中かつ回転機１２に電流が流れていないとき（無負荷の状態で回転機１２を回転させた状態）において線間電圧Ｖｕｖａおよびコイル温度Ｔｃｏｉｌを検出する。
　この際、回転機１２と整流器１３との間、あるいは整流器１３と負荷１４との間の配線は、図示しない遮断器により予め遮断状態とされる。この状態で回転機１２を回転させることにより、回転機１２が回転中かつ回転機１２に電流が流れていない状態を実現する。本実施の形態のように、システム１０が航空機等の移動体の場合には、第２データの補正処理は、例えば着陸時（機体整備時または機体納入時等）に行われる。
　第２データ補正部４３は、検出された線間電圧Ｖｕｖａ（このときの相電流Ｉｕａは０）から式（２）を用いて磁石磁束Ψｕａを算出する。第２データ補正部４３は、算出された磁石磁束Ψｕａが、永久磁石温度Ｔｍａｇがコイル温度Ｔｃｏｉｌであるときの磁石磁束となるように、第２データを補正する。ここで、回転機１２が無負荷の状態におけるコイル温度Ｔｃｏｉｌは、このときの永久磁石温度Ｔｍａｇにほぼ等しいと考えられる。
　図６は、図３のグラフにおいて第２データの補正処理によって第２データが変化したことを示す図である。図３のグラフに示される第２データは、上述の通り、２次関数で表される。
　例えば、図６において想像線で示される元の（補正前の）第２データにおいて、コイル温度Ｔｃｏｉｌにおける磁石磁束は、Ψｕｏである。これに対し、算出された磁石磁束Ψｕａが、Ψｕｏとは異なる（図６においてはより低い）値となった場合、第２データ補正部４３は、第２データにより示される図３のグラフを磁石磁束の軸（縦軸）方向に平行移動させる。図６の例においては、補正後の第２データにおける２次関数が、Ψｕ＝－Ａ・Ｔｍａｇ ２－Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃから図６の実線で示されるΨｕ＝－Ａ・Ｔｍａｇ ２－Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃ’（Ｃ’＝Ｃ－（Ψｕｏ－Ψｕａ））に補正される。
　これによれば、第２データを、永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する回転機１２に取り付けられた永久磁石１２１の磁石磁力の個体差に応じて補正することができる。したがって、永久磁石温度Ｔｍａｇをより高精度に推定することができる。
　また、本例では、第２データにより示されるグラフを磁石磁束の軸方向に平行移動させる態様としている。これは、永久磁石１２１の個体差によって磁石磁束Ψｕの大きさは変化し得るが全体的な傾向（本例においては２次関数としての振る舞い）はほとんど変化しないと仮定していることに基づく。グラフの平行移動により第２データを補正することにより、１つの永久磁石温度Ｔｍａｇと磁石磁束Ψｕとの組み合わせを実測するだけで、簡単に第２データを永久磁石１２１の個体差に応じて補正することができる。
　なお、上記例では、第２データにより示されるグラフを磁石磁束の軸方向に平行移動させる態様について説明したが、第２データの補正態様は、これに限られない。例えば、第２データが離散的なテーブルデータである場合、元の磁石磁束Ψｕｏに対する算出された磁石磁束Ψｕａの変化率を磁石磁束Ψｕの複数の値すべてに適用してもよい。この場合、例えば、永久磁石温度Ｔｍａｇの複数の値Ｔｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）のそれぞれに対して磁石磁束Ψｕの複数の値Ψｉが対応付けられている離散的な第２データにおいて、Ψｕａ－Ψｕｏ）／Ψｕｏ＝－０．０２である場合、磁石磁束Ψｕの複数の値Ψｉのそれぞれに－０．０２を掛けてもよい。
　上記のような第２データの補正処理は、システム１０の起動時（移動体の移動前）に毎回行ってもよいし、システム１０の起動時に定期的に（所定の回数起動する毎に）行ってもよいし、システム１０を最初に起動する際に一回のみ行ってもよい。
　［相抵抗の補正処理］
　以下、上記推定演算処理をより高精度にするための追加的な処理の第２の例として、相抵抗Ｒｕの補正処理について説明する。
　本実施の形態において、磁石磁束算出部４２２は、検出されたコイル温度Ｔｃｏｉｌに基づいて、相抵抗Ｒｕを補正する。例えば、上記推定演算処理（図４のフローチャート）において、演算器４は、ステップＳ１で線間電圧Ｖｕｖおよび相電流Ｉｕに加え、回転機１２の回転中かつ通電時において温度検出器９で検出されるコイル温度Ｔｃｏｉｌを取得する。その後、磁石磁束算出部４２２は、磁石磁束Ψｕを算出する前に（ステップＳ１からステップＳ５に至るまでの間に）、コイル温度Ｔｃｏｉｌに基づいて予め記憶器３に記憶されている相抵抗Ｒｕを補正する。
　例えば、予め記憶器３に記憶されている相抵抗Ｒｕが温度Ｔｓにおける抵抗値である場合、補正後の相抵抗Ｒｕａは、抵抗温度係数αとすると、以下のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
このようにして補正された相抵抗Ｒｕａは、記憶器３に記憶される。磁石磁束算出部４２２は、ステップＳ５において、当該補正後の相抵抗Ｒｕａを用いて磁石磁束Ψｕを算出する。すなわち、磁石磁束算出部４２２は、式（２）におけるＲｕをＲｕａに置き換えて磁石磁束Ψｕを算出する。
　これによれば、回転機１２の相抵抗Ｒｕを、永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する際の値に補正することができる。したがって、永久磁石温度Ｔｍａｇをより高精度に推定することができる。これは、特に、低い回転数で使用される回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する場合等、リアクタンス成分に比べて抵抗成分が大きい回転機１２の永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する場合に効果的である。
　［変形例］
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
　例えば、上記実施の形態では、航空機の回転駆動装置１１に接続され、発電機として機能する回転機１２の永久磁石温度を推定する構成について説明したが、これに限られない。例えば、回転機１２は、船舶、車両等の移動体の発電機、または、地上に施設された発電機であってもよいし、回転駆動力を発生する電動機であってもよい。このように、回転機１２は、発電機でもよいし、電動機でもよい。
　特に、高速回転および／または真空環境下で駆動される回転機１２のように、永久磁石温度Ｔｍａｇが高温になり易い特殊環境用の回転機１２、航空機用の回転機１２のように、環境条件が頻繁に変化して環境条件に基づく永久磁石温度Ｔｍａｇの推定が困難である回転機１２、および、ＩｏＴ技術を利用した回転機１２のように、永久磁石温度の遠隔監視が重要となる回転機１２において永久磁石温度Ｔｍａｇを推定するために効果的である。
　また、回転機１２には、例えば、ＰＷＭ方式等を用いるインバータまたはコンバータ等、上記実施の形態で例示した整流器１３以外の電力変換装置が接続されてもよい。
　また、上記実施の形態では、波形変換処理部４１と推定演算処理部４２とが一の演算器４の機能として実現される態様を説明したが、これに代えて、波形変換処理部４１と推定演算処理部４２とが、それぞれ別の演算器（コンピュータ）により実現されてもよい。
　また、上記実施の形態では、波形変換処理部４１が相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖの基本波成分の取り出しを行うためにフーリエ変換を行う態様としたが、これに限られず、例えば各検出器で検出された相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖに対してローパスフィルタを適用することにより、各基本波成分を取り出してもよい。
　以下、実際の発電機に対して上記実施の形態による推定演算処理を用いて永久磁石温度Ｔｍａｇの推定を行い、永久磁石温度を実測した値との誤差を求めた試験の結果を示す。本試験においては、一の発電機において発電電力が大きい場合と中程度である場合との２種類の状態のそれぞれにおいて、発電機の回転数が高い場合、中程度である場合、低い場合の３種類を組み合わせた、合計６つの状態についてそれぞれ試験をおこなった。試験においては、各状態における発電機の相電流Ｉｕおよび線間電圧Ｖｕｖを測定し、推定演算処理を行って永久磁石温度Ｔｍａｇを推定するとともに、実際に永久磁石温度を測定し、推定した値と実測値との誤差を算出した。
　まず、比較例として、推定演算処理においてインダクタンスＬｕを固定値とした場合（図４のステップＳ８において、更新された永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）を永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｏｌｄ）に設定せずに永久磁石温度Ｔｍａｇの推定を行った場合）の各状態における誤差を以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
表１に示されるように、インダクタンスＬｕが収束演算に反映されない場合には、何れの状態（試験Ｎｏ．）においても誤差が認められた。
　一方、上記実施の形態に基づき、推定演算処理においてインダクタンスＬｕを更新された永久磁石温度Ｔｍａｇ（ｎｅｗ）に基づいて更新しつつ永久磁石温度Ｔｍａｇの推定を行った場合の各状態における誤差を以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
表２に示されるように、上記実施の形態における推定演算処理では、インダクタンスＬｕが収束演算に反映されることにより、何れの状態（試験Ｎｏ．）においても比較例（表１）に比べて誤差が大きく低減される結果となった。
　以上より、本実施の形態における推定演算処理において、永久磁石温度Ｔｍａｇが高精度に推定できることが示された。
　本発明は、回転機の動作中に回転機に対して特段の制御を行うことなく回転機の永久磁石温度を高精度に推定することができる推定装置および推定方法を提供するために有用である。
１　推定装置
３　記憶器
４　演算器
７　電流検出器
８　電圧検出器
９　温度検出器
１２　回転機
１３　整流器
４１　波形変換処理部
４２　推定演算処理部
４３　第２データ補正部
１２１　永久磁石
４２１　第１データ適用部
４２２　磁石磁束算出部
４２３　第２データ適用部

Claims (6)

  1. 　永久磁石を備えた回転機における永久磁石温度を推定するための推定装置であって、
    　第１データと、第２データとを記憶する記憶器と、
    　前記回転機を流れる相電流を検出する電流検出器と、
    　前記回転機の線間電圧を検出する電圧検出器と、
    　演算器と、を備え、
    　前記第１データは、前記永久磁石温度と、前記相電流と、前記回転機のインダクタンスとの間の関係を示すデータであり、
    　前記第２データは、前記永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示すデータであり、
    　前記演算器は、
    　検出された前記相電流から前記相電流の基本波成分を取り出し、検出された前記線間電圧から前記線間電圧の基本波成分および前記回転機の角速度を取り出す波形変換処理を行う波形変換処理部と、
    　前記永久磁石温度を推定するための推定演算処理を行う推定演算処理部と、を含み、
    　前記推定演算処理部は、
    　前記第１データに基づいて、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分から前記永久磁石温度における前記インダクタンスを決定する第１データ適用部と、
    　前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分、前記線間電圧の基本波成分、前記角速度、前記第１データ適用部で決定された前記インダクタンス、および前記回転機の相抵抗から前記磁石磁束を算出する磁石磁束算出部と、
    　前記第２データに基づいて、算出された前記磁石磁束から前記永久磁石温度を決定する第２データ適用部と、を有し、
    　前記推定演算処理部は、前記インダクタンスを決定する際の前記永久磁石温度として、最初は予め定められた前記永久磁石温度を用い、以降は、前記第２データ適用部で決定された前記永久磁石温度を用いて、繰り返し前記推定演算処理を行うことにより、前記永久磁石温度を決定し、前記インダクタンスを決定する際に用いた前記永久磁石温度と前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度との差が所定の範囲内になった場合に、前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度を推定された前記永久磁石温度として出力する、推定装置。
  2. 　前記波形変換処理に用いられる前記相電流および前記線間電圧は、前記回転機が回転中かつ前記回転機に電流が流れているときにおいて検出された値である、請求項１に記載の推定装置。
  3. 　前記回転機は、発電機であり、
    　前記発電機は、整流器に電気的に接続されている、請求項１または２に記載の推定装置。
  4. 　前記回転機のコイル温度を検出する温度検出器を備え、
    　前記演算器は、前記回転機が回転中かつ前記回転機に電流が流れていないときにおいて検出された前記線間電圧から前記磁石磁束を算出し、算出された前記磁石磁束が、前記永久磁石温度が前記コイル温度であるときの磁石磁束となるように、前記第２データを補正する第２データ補正部を含む、請求項１から３の何れかに記載の推定装置。
  5. 　前記回転機のコイル温度を検出する温度検出器を備え、
    　前記磁石磁束算出部は、検出された前記コイル温度に基づいて、前記相抵抗を補正する、請求項１から４の何れかに記載の推定装置。
  6. 　永久磁石を備えた回転機における永久磁石温度を推定するための推定方法であって、
    　前記回転機を流れる相電流を検出し、
    　前記回転機の線間電圧を検出し、
    　検出された前記相電流から前記相電流の基本波成分を取り出し、検出された前記線間電圧から前記線間電圧の基本波成分および前記回転機の角速度を取り出す波形変換処理を行い、
    　前記永久磁石温度を推定するための推定演算処理を行うものであり、
    　前記推定演算処理は、
    　前記永久磁石温度と、前記相電流と、前記回転機のインダクタンスとの間の関係を示す第１データに基づいて、前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分から前記永久磁石温度における前記インダクタンスを決定し、
    　前記波形変換処理により取り出した前記相電流の基本波成分、前記線間電圧の基本波成分、前記角速度、決定された前記インダクタンス、および前記回転機の相抵抗から前記磁石磁束を算出し、
    　前記永久磁石温度に対する磁石磁束に関する関係を示す第２データに基づいて、算出された前記磁石磁束から前記永久磁石温度を決定する、処理を含み、
    　前記インダクタンスを決定する際の前記永久磁石温度として、最初は予め定められた前記永久磁石温度を用い、以降は、前記第２データ適用部で決定された前記永久磁石温度を用いて、繰り返し前記推定演算処理を行うことにより、前記永久磁石温度を決定し、前記インダクタンスを決定する際に用いた前記永久磁石温度と前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度との差が所定の範囲内になった場合に、前記推定演算処理によって決定された前記永久磁石温度を推定された前記永久磁石温度とする、推定方法。
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