WO2021245815A1 - 回転機制御装置 - Google Patents

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WO2021245815A1
WO2021245815A1 PCT/JP2020/021860 JP2020021860W WO2021245815A1 WO 2021245815 A1 WO2021245815 A1 WO 2021245815A1 JP 2020021860 W JP2020021860 W JP 2020021860W WO 2021245815 A1 WO2021245815 A1 WO 2021245815A1
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WO
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current
stator winding
rotary machine
field winding
constraint condition
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PCT/JP2020/021860
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English (en)
French (fr)
Inventor
翔太 近藤
雅宏 家澤
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Priority to JP2022529200A priority patent/JP7361916B2/ja
Priority to US17/913,158 priority patent/US11750141B2/en
Priority to CN202080101383.5A priority patent/CN115836474A/zh
Priority to PCT/JP2020/021860 priority patent/WO2021245815A1/ja
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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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/66—Controlling or determining the temperature of the rotor
    • H02P29/664—Controlling or determining the temperature of the rotor the rotor having windings
    • H02P29/666—Controlling or determining the temperature of the rotor the rotor having windings by rotor current detection

Definitions

  • This application relates to a rotary machine control device.
  • Patent Document 1 it is necessary to prepare a current command map corresponding to each winding temperature in advance, and the larger the number of parameters (for example, rotating machine parameters such as rotation speed, resistance, inductance, DC voltage, rotation speed, etc.), the more the current.
  • the patterns that the command can take increase exponentially.
  • the current command pattern according to the temperature becomes very enormous, and it is difficult to keep it as a map.
  • Patent Document 2 discloses that the current command values of the stator winding and the field winding are updated so that the copper loss is minimized from the torque command value without using the current command map.
  • Patent Document 2 does not have a current command map, but does not take temperature information into consideration. Therefore, it does not suppress a decrease in output torque and suppress overheating of the rotating machine when the rotating machine temperature rises. ..
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and a current command is provided so as to reduce loss and prevent torque decrease while appropriately protecting the rotating machine from heat generation without using a current command map.
  • the purpose is to obtain a rotary machine control device capable of generating a value.
  • the rotary machine control device disclosed in the present application is a rotary machine control device that controls a rotary machine having a stator winding and a field winding, and includes a temperature information acquisition unit that acquires the temperature of the rotary machine and the above-mentioned.
  • a current command generation unit that generates a current command value based on the temperature of the rotating machine acquired by the temperature information acquisition unit is provided, and the current command generation unit includes a torque command, a stator winding voltage, and a stator winding.
  • the constraint condition setting unit that obtains the constraint condition based on each condition of the line current and the field winding current, the torque command, the stator winding voltage, the stator winding current, and the field winding current.
  • the constraint condition is updated based on the temperature of the rotating machine acquired by the optimization calculation unit that calculates and outputs the current command value using the evaluation function and the constraint condition set in the above and the temperature information acquisition unit. It has a constraint condition update unit, and calculates and outputs the current command value using the updated constraint condition.
  • the rotary machine control device disclosed in the present application it is possible to generate a current command value so as to reduce loss and prevent torque while appropriately protecting the rotary machine from heat generation without using a current command map.
  • a possible rotating machine control device can be obtained.
  • FIG. It is a figure which shows the hardware composition of the rotary machine control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the rotary machine control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the stator winding current control part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the field winding current control part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the current command generation part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the condition of 10 command modes generated by the current command part. It is a flowchart which shows the calculation flow in the optimization calculation unit which concerns on Embodiment 1.
  • the rotary machine is applied to a rotary machine such as an alternator, a motor or a drive device, and here, an in-vehicle alternator mounted on an automobile will be described as an example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of the rotary machine control device according to the first embodiment, and shows the entire system including the rotary machine to be controlled.
  • the rotary machine control device 1000 drives and controls the rotary machine 1, and each winding of the rotary machine 1 is via a stator winding power converter 6 and a field winding power converter 7, which will be described later, respectively. Is connected to. Further, the rotary machine control device 1000 is connected to a position detector 2 and a temperature detector 3 provided in the rotary machine 1. Further, the rotary machine control device 1000 is connected to current detectors 4 and 5 connected in series between the stator winding power converter 6, the field winding power converter 7 and the rotary machine 1, respectively.
  • the rotary machine control device 1000 includes a processor 10 and a storage device 11.
  • the storage device 11 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, the storage device 11 may be provided with an auxiliary storage device such as a hard disk instead of the non-volatile auxiliary storage device.
  • the processor 10 executes the program input from the storage device 11. Since the storage device 11 includes an auxiliary storage device and a volatile storage device, a program is input to the processor 10 from the auxiliary storage device via the volatile storage device. Further, the processor 10 may output data such as a calculation result to the volatile storage device of the storage device 11, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • the rotor 1 is used, for example, in an in-vehicle alternator, and although not shown, the rotor has a permanent magnet and a field winding, and the stator has a three-phase stator winding.
  • the rotary machine 1 may or may not have a permanent magnet, or may be a rotary machine having two or more stator windings having three or more phases in the stator.
  • the position detector 2 is, for example, a resolver and is installed on the rotating shaft of the rotating machine 1 to detect the angle ⁇ of the rotor.
  • the position detector 2 may be a position estimator that estimates the angle ⁇ of the rotor instead of the position detector 2.
  • the temperature detector 3 detects the temperature ts of the stator winding and the temperature tf of the field winding.
  • the temperature detector 3 may be a temperature estimator that estimates the temperature of the stator winding and the field winding instead of the temperature detector 3. Further, not only the temperature of the stator winding and the field winding, but also the temperature of the parts constituting the rotating machine such as a magnet and the temperature of the power converter or the like may be detected or estimated.
  • the current detector 4 detects the currents iu, iv, and iwa of each phase of the stator winding, and the current detector 5 detects the field winding current if. Instead of a part or both of the current detectors 4 and 5, a current estimator that estimates the stator winding currents iu, iv, if and the field winding current if may be used.
  • the stator winding power converter 6 applies a voltage corresponding to the three-phase voltage command values vu *, vv *, and vw * to PWM (Pulse Width Modulation: pulse width modulation) or PAM (Pulse Amplifier Modulation: pulse amplitude modulation). It is generated by using a known method such as. It also detects the stator winding DC link voltage VDC used for power conversion.
  • PWM Pulse Width Modulation: pulse width modulation
  • PAM Pulse Amplifier Modulation: pulse amplitude modulation
  • the field winding power converter 7 generates a voltage corresponding to the voltage command value vf * by using a known method such as PWM or PAM as in the stator winding power converter 6. Further, the field winding DC link voltage VDCf used for power conversion is detected.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the functions of the rotary machine control device 1000 according to the first embodiment.
  • a differentiator 20 a stator winding current control unit 21, a field winding current control unit 22, a current command generation unit 23, and a temperature information acquisition unit 24 are provided.
  • each winding has one current control unit, but each current control unit may perform non-interference control by using a known method in consideration of interference between windings.
  • the differentiator 20 differentiates the angle ⁇ of the rotor detected by the position detector 2 and calculates the velocity ⁇ of the rotor.
  • the stator winding current control unit 21 converts the phase currents iu, iv, and iwa of the stator windings detected by the current detector 4 into stator winding currents id and iq, and the stator winding current id.
  • Iq calculates the stator winding voltage command values vu *, vv *, vw * so that they match the stator winding current command values id * and iq * calculated by the current command generation unit 23.
  • the field winding current if detected by the current detector 5 matches the field winding current command value if * calculated by the current command generation unit 23. Calculate the line voltage command value vf *.
  • the temperature information acquisition unit 24 acquires the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf detected by the temperature detector 3.
  • the current command generation unit 23 has a torque command T *, a rotor speed ⁇ calculated by the splitter 20, a stator winding DC link voltage VDC detected by the stator winding power converter 6, and a field winding power.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a stator winding current control unit 21 in the rotary machine control device 1000 according to the first embodiment.
  • the stator winding current control unit 21 includes an adder / subtractor 30, a PI (Proportional Integral) controller 31, a dq / uvw coordinate converter 32, an uvw / dq coordinate converter 33, and a voltage limiter 34.
  • PI Proportional Integral
  • the uvw / dq coordinate converter 33 uses a well-known coordinate conversion method to convert the three-phase stator winding currents iu, iv, and iwa detected by the current detector 4 into the d-axis current id and the q-axis current iq. Convert to the stator winding current detection value of.
  • id and iq are input, and the stator winding current deviation id * -id and iq * -iq are calculated.
  • PI control is performed by the PI controller 31, and stator winding voltage command values vd ** and vq ** are generated.
  • Equation examples in the PI controller 31 are shown in equations (1) and (2).
  • Kpd and Kid, and Kpq and Kiq are proportional gains and integral gains of the stator winding currents of each axis.
  • s is a differential operator of the Laplace transform, and the same applies to the following equations.
  • vd ** (Kpd + Kid / s) ⁇ (id * -id) (1)
  • vq ** (Kpq + Kiq / s) ⁇ (iq * -iq) (2)
  • vd ** and vq ** are calculated by feedback control, but may be calculated by feedforward control.
  • stator winding voltage command values vd ** and vq ** are generated as described above.
  • the voltage limiter 34 When the amplitude of the input stator winding voltage command values vd ** and vq ** is larger than the stator winding voltage limit value vdqlim, the voltage limiter 34 is set to be equal to or less than the value of the stator winding voltage limit value vdqlim.
  • the stator winding voltage command values vd * and vq * are calculated so as to be.
  • the stator winding voltage limit value vdqlim is obtained by the product of the stator winding DC link voltage VDC and the voltage utilization rate.
  • the voltage limiter 34 limits the stator winding voltage command values vd ** and vq **, but instead of the stator winding voltage command values vd ** and vq **, the stator winding DC link The voltage VDC may be limited.
  • the dq / uvw coordinate converter 32 converts the stator winding voltage command values vd and vq * into three-phase voltage command values vu *, vv * and vw * using a well-known coordinate conversion method.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a field winding current control unit 22 in the rotary machine control device 1000 according to the first embodiment.
  • the field winding current control unit 22 has an adder / subtractor 40, a PI controller 41, and a voltage limiter 42.
  • the operation of the field winding current control unit 22 will be described.
  • the field winding current command value if * output from the current command generator 23 and the field winding current if detected by the current detector 4 are input to the adder / subtractor 40, and the field winding current deviation If * -if is calculated. Based on the calculated field winding current deviation if * -if, PI control is performed by the PI controller 41, and the field winding voltage command value vf ** is generated.
  • Equation (3) An example of calculation in the PI controller 41 is shown in the equation (3).
  • Kpf and Kif are field winding proportional gain and integral gain, respectively.
  • vf ** (Kpf + Kif / s) ⁇ (if * -if) (3)
  • a well-known decoupling control may be performed after the field winding voltage command value vf ** is generated as described above. Further, although the field winding voltage command value vf ** is calculated by feedback control here, it may be calculated by feedforward control.
  • the voltage limiter 42 When the amplitude of the field winding voltage command value vf ** is larger than the field winding voltage limit value vflim, the voltage limiter 42 is set so that the field winding voltage limit value vflim is equal to or less than the field winding voltage limit value vflim. Calculate the voltage command value vf *.
  • the field winding voltage limit value vflim is obtained by the product of the field winding DC link voltage VDCf and the voltage utilization rate.
  • the integrator of the PI controller 41 may be subjected to anti-windup processing.
  • the voltage limiter 42 limits the field winding voltage command value vf **, the field winding DC link voltage VDCf may be limited instead of the field winding voltage command value vf **. ..
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a current command generation unit 23 in the rotary machine control device 1000 according to the first embodiment.
  • the current command generation unit 23 includes a rotary machine parameter acquisition unit 50, a constraint condition setting unit 51, an evaluation function setting unit 52, a constraint condition update unit 53, an evaluation function update unit 54, and an optimization calculation unit 55.
  • the rotary machine parameter acquisition unit 50 is a stator winding current id and iq converted by the stator winding current control unit 21, a field winding current if detected by the current detector 5, and a temperature information acquisition unit 24. Based on the acquired stator winding temperature ts and field winding temperature tf, the stator winding resistance R, field winding resistance Rf, stator winding inductance Ld, Lq, and stator winding are used as rotating machine parameters. The mutual inductance M between the field winding and the field winding, and the magnet current flux KE are acquired. Further, the rotating machine parameters are updated according to the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf acquired by the temperature information acquisition unit 24.
  • the rotary machine parameter acquisition unit 50 acquires not only the stator winding current id, iq, field winding current if, stator winding temperature ts, and field winding temperature tf, but also command current or voltage as arguments. You may. Further, as the rotor parameters, not only the stator winding resistance R, the field winding resistance Rf, the stator winding inductance Ld, Lq, the stator winding field mutual inductance M, and the magnet magnetic flux KE, but also the field.
  • the magnetic winding inductance Lf may be acquired. In the case of a double three-phase winding type rotary machine, mutual inductance between stators and the like may be set as a rotary machine parameter, and the rotary machine parameter may be not only an inductance notation but also a magnetic flux notation.
  • Constraint conditions are set based on the command values id *, iq *, and if *.
  • the detection current id, iq, if may be used instead of the current command values id *, iq *, if *.
  • the evaluation function is set based on the command values id *, iq *, and if *.
  • the detection current id, iq, if may be used instead of the current command values id *, iq *, if *, as in the constraint condition setting unit 51.
  • the torque command limit is 0 if the torque command is within the range until the maximum value of the torque command is reached, and is saturated after reaching the maximum value of the torque command.
  • Condition b The voltage limit is 0 if the voltage vdq is within the range until the maximum voltage value vdqmax is reached, 1, if it reaches the maximum voltage value vdqmax and is saturated
  • Condition c Field.
  • the magnetic winding current limit is 0 if the field winding current if is within the range until the field winding current maximum value ifmax is reached, and if the field winding current maximum value ifmax is reached and saturated.
  • Condition d The stator winding current limit is 0 if the stator winding current id and iq are within the range until the maximum value of the stator winding current amplitude idqmax, and the maximum value of the stator winding current amplitude. When idqmax is reached and saturated, 1 is marked.
  • Equation (4) represents torque
  • equation (5) represents copper loss
  • CT is the torque command T * divided by the pole logarithm Pn
  • Pw is the loss
  • Ld, Lq, and M are the d-axis inductance, q-axis inductance, and the stator winding and the field winding, respectively.
  • Mutual inductance between them KE represents the magnetic flux of the magnet.
  • the evaluation function will be described as copper loss as an index, but iron loss, which is another loss, may be used, or an evaluation function using power factor as an index may be used. When the power factor is used as the evaluation function, set it so that the power factor is maximized.
  • id and iq that minimize the equation (7) with the equation (6) as a constraint condition the current command value that minimizes the loss when the field winding current is saturated is calculated under the torque command value. Is possible. This condition is defined as command mode 2.
  • idqmax means the maximum value of the stator winding current amplitude.
  • Equation (13) is the steady voltage of the rotating machine divided by the angular velocity ⁇ re
  • the maximum torque can be obtained at the time of voltage saturation and when the stator winding current and the field winding current are saturated. It is possible to calculate the current command value. This condition is defined as the command mode 10.
  • the constraint condition and the evaluation function are set from the command modes 1 to 10 based on each condition of the torque command, the stator winding voltage, the stator winding current and the field winding current, and the constraint condition and the evaluation function are set.
  • the current command value that minimizes the loss or maximizes the torque.
  • the inductance and the magnetic flux are functions of the current, if the notation is expressed as a function of the current, magnetic saturation can be taken into consideration and the calculation accuracy is improved.
  • the magnetic flux of the magnet and the winding resistance are parameters that change according to the temperature, they may be expressed as a function of the temperature or the current, and the calculation accuracy is similarly improved.
  • the constraint condition update unit 53 updates the constraint condition based on the constraint condition from the constraint condition setting unit 51, the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf from the temperature detector 3. I do.
  • the evaluation function update unit 54 updates the evaluation function based on the evaluation function from the evaluation function setting unit 52, the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf from the temperature detector 3.
  • Stator winding current limit so that the stator winding temperature ts and field winding temperature tf detected by the temperature detector 3 do not exceed the stator winding temperature maximum value tsmax and field winding temperature maximum value tfmax.
  • the value idqlim and the field winding current limit value iflim are obtained.
  • the stator winding current limit value idqlim is smaller than the stator winding current amplitude maximum value idqmax set for overcurrent protection, the constraint condition from the constraint condition setting unit 51 and the evaluation from the evaluation function setting unit 52. Replace idqmax in the function with idqlim.
  • the constraint condition from the constraint condition setting unit 51 and the evaluation function setting unit 52 Replace ifmax in the evaluation function of with iflim.
  • stator winding current limit value idqlim and the field winding current limit value iflim are obtained based on the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf.
  • the stator winding current limit value idqlim and the field winding current limit value iflim are obtained from the temperature of the parts constituting the rotating machine such as a magnet or the temperature of the power converter or the like. May be good.
  • the temperature of the magnet it is basically sufficient to replace the field winding temperature tf with the magnet temperature, and the field winding current limit value iflim may be limited according to the magnet temperature. Further, the limit value is not limited to the current.
  • the stator winding voltage limit value vdqlim depending on the detected stator winding temperature ts and field winding temperature tf, It may be replaced with the field winding voltage limit value vflim.
  • the constraint condition and the evaluation function are updated according to the detected temperature information, but the constraint condition and the evaluation function are updated according to the power consumption or the energization time instead of the temperature. May be good.
  • ⁇ Optimization calculation unit> In FIG. 5, in the optimization calculation unit 55, an optimization problem with constraints that minimizes or maximizes the evaluation function based on the constraint conditions and the evaluation function updated by the constraint condition update unit 53 and the evaluation function update unit 54. And select the command mode closest to the condition to obtain the current command values id *, iq *, and if *. Specifically, according to the flowcharts shown in FIGS. 7A, 7B and 7C, which of the above-mentioned command modes is determined based on the determination formulas of current limit, voltage limit, and torque output limit. The current limit, voltage limit and torque output limit determination formulas are constantly updated according to the detected temperature information.
  • step S101 which is the time when the current starts to flow between the stator winding and the field winding
  • the command mode 1 is set. The temperature of the winding rises during energization.
  • step S102 When the field winding current if is within the limiting range due to this temperature rise (YES in step S102), but the stator winding current id and iq are saturated (NO in step S103), the mode is switched to command mode 3 (step). S104). When the field winding current if is further saturated during operation in the command mode 3 (NO in step S105), the mode is switched to the command mode 4 (step S106).
  • step S101 While operating in command mode 1 (step S101), the field winding current if saturates (NO in step S102), but the stator winding current id and iq are within the limiting range (YES in step S107).
  • the mode is switched to the command mode 2 (step S108).
  • step S109 When the stator winding current id and iq are further saturated during operation in the command mode 2 (NO in step S109), the mode is switched to the command mode 4 (step S106).
  • step S106 When the field winding current if is saturated (NO in step S102) and the stator winding current id and iq are saturated (NO in step S107) during operation in the command mode 1 (step S101), the command mode 4 (Step S106).
  • step S110 When the voltage vdq is saturated (NO in step S110) during operation from the command mode 2 to the command mode of the command mode 4, the mode is switched to the command mode 5 (step S111).
  • the voltage vdq can be controlled from the command mode 2 to the command mode 4 within the limit (YES in step S110), the control in the command mode is continued.
  • step S112 when the field winding current if is within the limit range (YES in step S112) and the stator winding current id and iq are also within the limit range during operation in the command mode 5 (in step S113). YES) means that the control in the command mode 5 is continued.
  • step S112 While operating in the command mode 5, the field winding current if is saturated (NO in step S112), but when the stator winding current id and iq are within the limiting range (YES in step S116), the command is given.
  • the mode is switched to 6 (step S117).
  • step S112 if the field winding current if is saturated (NO in step S112) and the stator winding current id and iq are also saturated (NO in step S116), the mode is switched to command mode 10 (NO). Step S125).
  • step S115 If the torque output T can be output based on the torque command T * during operation in the command mode 6 or the command mode 7 (YES in step S115), the control in the command mode is continued.
  • the torque output T cannot be output based on the torque command T * during operation in the command mode 6 or the command mode 7 (NO in step S115)
  • the process proceeds to the next determination in FIG. 7C.
  • step S115 Even when the torque output T cannot be output based on the torque command T * during operation in the command mode 6 or the command mode 7 (NO in step S115), the field winding current if is within the limit range (NO). If YES in step S118) and the stator winding currents id and iq are also within the limiting range (YES in step S119), the control in the command mode 6 or 7 is continued.
  • step S115 When the torque output T cannot be output based on the torque command T * (NO in step S115), the field winding current if is within the limit range (YES in step S118), and the stator winding current id, iq Is saturated (NO in step S119), the mode is switched to the command mode 9 (step S112).
  • step S115 When the torque output T cannot be output based on the torque command T * (NO in step S115), the field winding current if is saturated (NO in step S118), but the stator winding current id, iq Is within the limited range (YES in step S122), the mode is switched to the command mode 8 (step S123).
  • step S124 When the stator winding current id and iq are saturated during operation in command mode 8 (NO in step S124), and when the field winding current if is saturated during operation in command mode 9 (step). NO in S121), switching to command mode 10 (step S125).
  • the current command generator 23 sets a set of constraint conditions and evaluation functions, which are a plurality of command modes according to the conditions of the torque command, the stator winding voltage, the stator winding current, and the field winding current. There are a plurality of them, and it is possible to sequentially select an appropriate command mode according to the conditions and update the constraint conditions and the evaluation function.
  • the optimization problem with constraints is functionalized in advance using Lagrange's undetermined multiplier method due to the convenience of the calculation load. Since the function obtained by Lagrange's undetermined multiplier method is derived as a system of equations, the current command values id *, iq *, and if * are obtained for each control cycle set by the recursive numerical solution method such as Newton's method. If the processes such as partial differentiation used in deriving the solution by Lagrange's undetermined multiplier method and Newton's method are functionalized in advance, the calculation load will be reduced, but if the processor has a margin, it is not always functionalized in advance. You don't have to keep it. The optimization problem with constraints may be solved for each set control cycle.
  • the rotating machine can be overheated even if it does not have a map of the current command value based on the speed, torque, stator winding temperature, and field winding temperature of the rotating machine. It is possible to generate a torque command or a current command value that is the maximum torque while protecting from and minimizing the loss.
  • FIG. 8 shows the behavior of the current amplitude, temperature, and torque of each winding corresponding to the operation of the current limit value and the current command value when the field winding temperature rises and the field winding temperature is protected.
  • FIG. 9 shows the behavior of the current amplitude, temperature, and torque of each winding corresponding to the operation of the current limit value and the current command value when the stator winding temperature rises and the stator winding temperature is protected.
  • the command mode 1 in which the stator winding current, the field winding current, and the voltage are not saturated will be described.
  • the stator winding current command value id *, iq * and the field winding current command value if * are generated in the optimization calculation unit 55, and a current is generated between the stator winding and the field winding. It flows.
  • the temperature of the winding rises during energization.
  • the field winding temperature tf rises significantly, but the constraint condition is updated in the constraint condition update unit 53 and the evaluation function is updated in the evaluation function update unit 54 according to the field winding temperature tf.
  • the field winding current limit value iflim is reduced so that the field winding temperature tf does not exceed the field winding temperature maximum value tfmax.
  • the command mode is changed from command mode 1 to command mode in the optimization calculation unit 55. It can be switched to 2.
  • the field winding current command value if * is limited to prevent overheating of the field winding, and the evaluation function is applied to the stator winding whose temperature is within the limit range under the constraint condition of command mode 2.
  • the stator winding current command values id * and iq * are generated so as to be the minimum.
  • the current is described by the current amplitude, but the normal current phase also changes.
  • the optimization calculation unit 55 switches the command mode from command mode 1 to command mode 2.
  • the field winding current command value if * is field winding in consideration of the current phase.
  • the current command values id *, iq * so that the evaluation function is minimized under the constraint conditions of command mode 2. Is generated.
  • stator winding current command value id *, iq * and the field winding current command value if * are generated in the optimization calculation unit 55, and a current is generated between the stator winding and the field winding. It flows.
  • the temperature of the winding rises during energization.
  • the stator winding temperature ts rises significantly, but the constraint condition is updated in the constraint condition update unit 53 and the evaluation function is updated in the evaluation function update unit 54 according to the stator winding temperature ts.
  • the stator winding current limit value idqlim is reduced so that the stator winding temperature ts does not exceed the stator winding temperature maximum value tsmax.
  • stator winding current limit value idqlim reaches the stator winding current command value idq * (the stator winding current command value id * or the stator winding current command value iq * is referred to as idq *), that is, At the time t2 when idqlim ⁇ idq *, the command mode is switched from the command mode 1 to the command mode 3 in the optimization calculation unit 55.
  • the stator winding current command value idq * is limited to prevent overheating of the stator winding, and the evaluation function is applied to the field winding whose temperature is within the limit range under the constraint condition of command mode 3.
  • the current command value if * is generated so as to be the minimum.
  • the current is described by the current amplitude, but the normal current phase also changes.
  • the optimization calculation unit 55 switches the command mode from command mode 1 to command mode 3, but at this time, the stator winding current command value idq * is the stator winding in consideration of the current phase.
  • a current command value if * is generated so that the evaluation function is minimized under the constraint conditions of command mode 3.
  • the torque command may be maintained. However, if the torque command T * cannot be physically output, the current command value may be generated so that the maximum torque can be obtained.
  • the restraint condition related to the torque output and the evaluation function related to the loss are optimized based on the acquired temperature information of the rotating machine, and based on the acquired temperature information of the rotating machine. Therefore, the constraint condition and the evaluation function have been updated so that the current commands of the stator winding and the field winding are calculated, so that the optimization calculation can be performed according to the temperature information of the rotating machine. Therefore, without using the current command map, it is possible to protect the rotating machine from overheating when the winding temperature rises, and to suppress a decrease in torque and a decrease in loss.
  • the rotary machine control device controls the rotary machine so as to protect it from overheating when the winding temperature rises and suppress a decrease in torque and a decrease in loss. It is suitable for controlling a rotary machine mounted on an automobile, which is required to suppress the reduction of the torque and the reduction of the loss.
  • the stator winding temperature ts and the field winding temperature tf are used as the temperatures, but if the rotating machine uses a magnet, the magnet is used instead of the field winding temperature tf.
  • the temperature may be used, or the same effect can be obtained by protecting two or more parts of the stator winding temperature ts, the field winding temperature tf, and the magnet temperature.
  • the temperature of the two sets of stator windings By generating two sets of current commands according to the above, the same effect as that of the present embodiment can be obtained. Further, the same effect can be obtained even with a double three-phase winding type rotary machine having a field winding.
  • the constraint conditions and evaluation function are changed based on the power consumption of the rotating machine calculated from the product of the DC voltage and DC current of each power converter or the product of torque and rotation speed. Even if it is done, the same effect can be obtained.
  • the same effect can be obtained by providing a timer that counts the control cycle instead of the temperature of each part and changing the constraint condition and the evaluation function based on the measured energization time of the stator winding and the field winding. Can be obtained.

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Abstract

電流指令マップを用いることなく、回転機を発熱から適切に保護しつつ、損失を低減しトルク低下がしないように電流指令値を生成することができる回転機制御装置を得る。　固定子巻線及び界磁巻線を有する回転機（１）を制御する回転機制御装置（１０００）であって、取得された回転機（１）の温度に基づき、電流指令値を生成する電流指令生成部（２３）を備え、電流指令生成部（２３）は、トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流に基づいて拘束条件を求める拘束条件設定部（５１）と、トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流に基づいて設定された評価関数及び拘束条件を用いて電流指令値を算出し出力する最適化演算部（５５）と、回転機の温度に基づいて拘束条件を更新する拘束条件更新部（５３）と、を有し、更新された拘束条件を用いて電流指令値を算出し出力する。

Description

回転機制御装置
　本願は、回転機制御装置に関する。
　巻線温度が上昇した場合には、回転機を過熱から保護するために、巻線の通電量を小さくすることが一般的である。
　例えば、固定子巻線及び界磁巻線の温度に応じて、固定子巻線及び界磁巻線の電流指令マップを複数保有しておくことで、固定子巻線及び界磁巻線のうち、温度が高い巻線の電流指令値を小さくし、温度が低い巻線の電流指令値を大きくすることで出力トルクが低下することを抑制することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－１７６１１４号公報 特許第４２１０９９２号公報
　特許文献１では、各巻線温度に応じた電流指令マップを事前に準備する必要があり、パラメータ数（例えば回転数、抵抗、インダクタンス等の回転機パラメータ、ＤＣ電圧、回転速度等）が多いほど電流指令が取りうるパターンが指数関数的に増加する。特に界磁巻線を持つ回転機はパラメータ数が多いため、温度に応じた電流指令パターンが非常に膨大となるため、マップとして保有することは難しい。
　一方、特許文献２には、電流指令マップを用いることなく、トルク指令値から銅損が最小となるよう固定子巻線及び界磁巻線の電流指令値を更新することが開示されている。しかし、特許文献２では、電流指令マップは持たないが、温度情報を考慮していないため、回転機温度が上昇した場合に出力トルクの低下を抑制する及び回転機の過熱を抑制するものではない。
　本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、電流指令マップを用いることなく、回転機を発熱から適切に保護しつつ、損失を低減しトルク低下がしないように電流指令値を生成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、固定子巻線及び界磁巻線を有する回転機を制御する回転機制御装置であって、前記回転機の温度を取得する温度情報取得部と、前記温度情報取得部によって取得された前記回転機の温度に基づき、電流指令値を生成する電流指令生成部と、を備え、前記電流指令生成部は、トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流の各条件に基づいて拘束条件を求める拘束条件設定部と、前記トルク指令、前記固定子巻線電圧、前記固定子巻線電流及び前記界磁巻線電流に基づいて設定された評価関数及び前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する最適化演算部と、前記温度情報取得部によって取得された前記回転機の温度に基づいて前記拘束条件を更新する拘束条件更新部と、を有し、更新された前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する、ものである。
　本願に開示される回転機制御装置によれば、電流指令マップを用いることなく、回転機を発熱から適切に保護しつつ、損失を低減しトルクが低下しないように電流指令値を生成することが可能な回転機制御装置を得ることができる。
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図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係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に係る電流指令生成部を示すブロック図である。 電流指令部で生成される１０個の指令モードの条件を示す図である。 実施の形態１に係る最適化演算部での演算フローを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る最適化演算部での演算フローを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る最適化演算部での演算フローを示すフローチャートである。 実施の形態１に係る回転機制御装置による制御例を示す図である。 実施の形態１に係る回転機制御装置による制御例を示す図である。
　以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。また、回転機としては、交流発電機、モータあるいは駆動装置などの回転機等に適用されるが、ここでは一例として自動車に搭載された車載用交流発電機について説明する。
実施の形態１． 
　以下、実施の形態１に係る回転機制御装置について説明する。
　図１は、本実施の形態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。図において、回転機制御装置１０００は、回転機１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及び温度検出器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、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データを保存してもよい。
　回転機１は、例えば車載用交流発電機に用いられ、図示していないが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、例えばレゾルバであり回転機１の回転軸に設置され、回転子の角度θを検出する。なお、位置検出器２は、位置検出器２の代わりに回転子の角度θを推定する位置推定器でもよい。
　温度検出器３は、固定子巻線の温度ｔｓ及び界磁巻線の温度ｔｆを検出する。なお、温度検出器３は、温度検出器３の代わりに固定子巻線及び界磁巻線の温度を推定する温度推定器でもよい。また、固定子巻線及び界磁巻線の温度だけでなく、さらに磁石等の回転機を構成する部品の温度及び電力変換器等の温度を検出対象あるいは推定対象としたものでもよい。
　電流検出器４は、固定子巻線の各相の電流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両方の代わりに、固定子巻線の電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ及び界磁巻線電流ｉｆを推定する電流推定器を用いてもよい。
　固定子巻線電力変換器６は、三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に相当する電圧を、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）あるいはＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス振幅変調）等の公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する固定子巻線直流リンク電圧ＶＤＣを検出する。
　界磁巻線電力変換器７は、電圧指令値ｖｆ＊に相当する電圧を、固定子巻線電力変換器６と同様にＰＷＭあるいはＰＡＭ等の公知の手法を用いて生成する。また、電力変換に使用する界磁巻線直流リンク電圧ＶＤＣｆを検出する。
　図２は、実施の形態１に係る回転機制御装置１０００の機能を示したブロック図である。図２において、微分器２０、固定子巻線電流制御部２１、界磁巻線電流制御部２２、電流指令生成部２３及び温度情報取得部２４を具備する。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、それぞれの電流制御部において、巻線間の干渉を考慮し公知の手法を用いて非干渉化制御を施してもよい。
　微分器２０は、位置検出器２で検出された回転子の角度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、電流検出器４で検出された固定子巻線の各相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑに変換し、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが電流指令生成部２３で演算された固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と一致するよう固定子巻線電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を演算する。
　界磁巻線電流制御部２２は、電流検出器５で検出された界磁巻線電流ｉｆが電流指令生成部２３で演算された界磁巻線電流指令値ｉｆ＊と一致するよう界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊を演算する。
　温度情報取得部２４は、温度検出器３で検出された固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆを取得する。
　電流指令生成部２３は、トルク指令Ｔ＊、微分器２０で演算された回転子速度ω、固定子巻線電力変換器６で検出された固定子巻線直流リンク電圧ＶＤＣ、界磁巻線電力変換器７で検出された界磁巻線直流リンク電圧ＶＤＣｆ、温度情報取得部２４で取得した固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆ、固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍ、界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍ、固定子巻線電流制御部２１で変換された固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑ、界磁巻線電流制御部２２で変換された界磁巻線電流ｉｆに基づいて、固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊及び界磁巻線電流指令値ｉｆ＊を演算する。
　次に、固定子巻線電流制御部２１について説明する。
　図３は、実施の形態１に係る回転機制御装置１０００における固定子巻線電流制御部２１の構成を示す図である。図において、固定子巻線電流制御部２１は加減算器３０、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器３１、ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器３２と、ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器３３及び電圧リミッタ３４を有する。
　固定子巻線電流制御部２１の動作について説明する。
　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で検出された三相の固定子巻線電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの固定子巻線電流検出値に変換する。
　加減算器３０には、電流指令生成部２３から出力された固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊と、ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器３３から出力された電流検出値である固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑとが入力され、固定子巻線電流偏差ｉｄ＊－ｉｄ、ｉｑ＊－ｉｑが演算される。演算された固定子巻線電流偏差ｉｄ＊－ｉｄ、ｉｑ＊－ｉｑに基づいて、ＰＩ制御器３１においてＰＩ制御が行われ、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊、ｖｑ＊＊が生成される。
　ＰＩ制御器３１における計算例を式（１）と式（２）に示す。ここで、Ｋｐｄ及びＫｉｄと、Ｋｐｑ及びＫｉｑは各軸の固定子巻線電流の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。
　ｖｄ＊＊＝（Ｋｐｄ＋Ｋｉｄ／ｓ）・（ｉｄ＊－ｉｄ）　　（１）
　ｖｑ＊＊＝（Ｋｐｑ＋Ｋｉｑ／ｓ）・（ｉｑ＊－ｉｑ）　　（２）
　ここでは、フィードバック制御によってｖｄ＊＊及び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、上述したように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。
　電圧リミッタ３４は、入力された固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊、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に固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊、ｖｑ＊を演算する。固定子巻線電圧制限値ｖｄｑｌｉｍは、固定子巻線直流リンク電圧ＶＤＣと電圧利用率との積で求められる。
　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＊＊及び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＊＊、ｖｑ＊＊を制限しているが、固定子巻線電圧指令値ｖｄ＊＊、ｖｑ＊＊の代わりに固定子巻線直流リンク電圧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値ｖｄ、ｖｑ＊を三相電圧指令値ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。
　次に、界磁巻線電流制御部２２について説明する。
　図４は、実施の形態１に係る回転機制御装置１０００における界磁巻線電流制御部２２の構成を示す図である。図において、界磁巻線電流制御部２２は、加減算器４０、ＰＩ制御器４１及び電圧リミッタ４２を有する。
　界磁巻線電流制御部２２の動作について説明する。
　加減算器４０には、電流指令生成部２３から出力された界磁巻線電流指令値ｉｆ＊と電流検出器４で検出された界磁巻線電流ｉｆとが入力され、界磁巻線電流偏差ｉｆ＊－ｉｆが演算される。演算された界磁巻線電流偏差ｉｆ＊－ｉｆに基づいて、ＰＩ制御器４１においてＰＩ制御が行われ、界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊が生成される。
　ＰＩ制御器４１における計算例を式（３）に示す。ここで、Ｋｐｆ、Ｋｉｆはそれぞれ界磁巻線比例ゲイン、積分ゲインである。
　ｖｆ＊＊＝（Ｋｐｆ＋Ｋｉｆ／ｓ）・（ｉｆ＊－ｉｆ）　　（３）
　なお、図示していないが、上述したように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、ここではフィードバック制御によって界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊＊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。
　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に界磁巻線電圧指令値ｖｆ＊を演算する。界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍは、界磁巻線直流リンク電圧ＶＤＣｆと電圧利用率との積で求められる。
　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＊＊の代わりに界磁巻線直流リンク電圧ＶＤＣｆを制限してもよい。
　次に、電流指令生成部２３について説明する。
　図５は、実施の形態１に係る回転機制御装置１０００における電流指令生成部２３の構成を示す図である。図において、電流指令生成部２３は、回転機パラメータ取得部５０、拘束条件設定部５１、評価関数設定部５２、拘束条件更新部５３、評価関数更新部５４及び最適化演算部５５を有する。
　回転機パラメータ取得部５０は、固定子巻線電流制御部２１で変換された固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑ、電流検出器５で検出された界磁巻線電流ｉｆ、温度情報取得部２４で取得した固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆに基づいて、回転機パラメータとして固定子巻線抵抗Ｒ、界磁巻線抵抗Ｒｆ、固定子巻線インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、固定子巻線と界磁巻線との間の相互インダクタンスＭ、磁石磁束ＫＥを取得する。また、温度情報取得部２４で取得した固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆに応じて、回転機パラメータは更新される。
　なお、回転機パラメータ取得部５０は、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑ、界磁巻線電流ｉｆ、固定子巻線温度ｔｓ、界磁巻線温度ｔｆだけなく指令電流または電圧等を引数として取得してもよい。また、回転機パラメータとして固定子巻線抵抗Ｒ、界磁巻線抵抗Ｒｆ、固定子巻線インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、固定子巻線界磁巻線間相互インダクタンスＭ、磁石磁束ＫＥだけでなく、界磁巻線インダクタンスＬｆを取得してもよい。二重三相巻線形の回転機の場合では、固定子間の相互インダクタンス等を回転機パラメータとして設定してもよいし、回転機パラメータはインダクタンス表記だけでなく、磁束表記でもよい。
　拘束条件設定部５１では、トルク指令Ｔ＊、回転子速度ω、各直流リンク電圧ＶＤＣ、ＶＤＣｆ、回転機パラメータ取得部５０より出力された回転機パラメータ、及び最適化演算部５５から出力された電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊に基づいて、拘束条件を設定する。なお、拘束条件設定部５１では、電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊の代わりに検出電流ｉｄ、ｉｑ、ｉｆを使用してもよい。
　評価関数設定部５２では、トルク指令Ｔ＊、回転子速度ω、各直流リンク電圧ＶＤＣ、ＶＤＣｆ、回転機パラメータ取得部５０より出力された回転機パラメータ、及び最適化演算部５５から出力された電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊に基づいて、評価関数を設定する。なお、評価関数設定部５２では、拘束条件設定部５１と同様に、電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊の代わりに検出電流ｉｄ、ｉｑ、ｉｆを使用してもよい。
　次に、拘束条件設定部５１での拘束条件の設定方法及び評価関数設定部５２での評価関数の設定方法について以下に１０の指令モード別に具体的に説明する。
　なお、図６に指令モード別の条件をまとめたが、条件ａ：トルク指令制限は、トルク指令がトルク指令最大値に達するまでの範囲内であれば０、トルク指令最大値に達して飽和している場合は１、条件ｂ：電圧制限は、電圧ｖｄｑが電圧最大値ｖｄｑｍａｘに達するまでの範囲内であれば０、電圧最大値ｖｄｑｍａｘに達して飽和している場合は１、条件ｃ：界磁巻線電流制限は、界磁巻線電流ｉｆが界磁巻線電流最大値ｉｆｍａｘに達するまでの範囲内であれば０、界磁巻線電流最大値ｉｆｍａｘに達して飽和している場合は１、条件ｄ：固定子巻線電流制限は、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが固定子巻線電流振幅最大値ｉｄｑｍａｘに達するまでの範囲内であれば０、固定子巻線電流振幅最大値ｉｄｑｍａｘに達して飽和している場合は１を記している。
＜指令モード１＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧制限内かつ固定子巻線電流及び界磁巻線電流が電流制限内の場合、拘束条件を式（４）、評価関数を式（５）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（４）はトルクを表し、式（５）は銅損を表している。ここで、ＣＴはトルク指令Ｔ＊を極対数Ｐｎで除したものであり、Ｐｗは損失、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｍはそれぞれｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、固定子巻線と界磁巻線との間の相互インダクタンス、ＫＥは磁石磁束を表す。なお、以降記述を省略するが、評価関数は指標として銅損として説明するが、他の損失である鉄損でもよいし、力率を指標とした評価関数としてもよい。力率を評価関数とする場合は力率が最大となるように設定する。
　式（４）を拘束条件として、式（５）を最小とするｉｄ、ｉｑ、ｉｆを解くことで、トルク指令値の下で損失が最小となる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード１と定義する。
＜指令モード２＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧制限内かつ固定子巻線電流が電流制限内かつ界磁巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（６）、評価関数を式（７）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、ｉｆｍａｘは界磁巻線電流最大値を意味する。なお、界磁巻線電圧が界磁巻線電圧最大値ｖｆｍａｘ（ｖｆｍａｘ＝ｋｆ×ＶＤＣｆ　ここでｋｆは電圧利用率）を超えている場合は界磁巻線電圧がｖｆｍａｘ以内となるようｉｆｍａｘを変更する。
　式（６）を拘束条件として、式（７）を最小とするｉｄ、ｉｑを解くことで、トルク指令値の下で、界磁巻線電流飽和時に損失が最小となる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード２と定義する。
＜指令モード３＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧制限内かつ界磁巻線電流が電流制限内かつ固定子巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（８）、評価関数を式（９）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、ｉｄｑｍａｘは固定子巻線電流振幅最大値を意味する。
　式（８）を拘束条件として、式（９）を最小とするｉｄ、ｉｆを解くことで、トルク指令値の下で、固定子巻線電流の飽和時に損失が最小となる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード３と定義する。
＜指令モード４＞
　動作点において、トルク指令を出力不可能かつ電圧制限内かつ固定子巻線電流及び界磁巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（１０）、評価関数を式（１１）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　式（１０）を拘束条件として、式（１１）を最大とするｉｄを解くことで、固定子巻線電流及び界磁巻線電流の飽和時に最大トルクとなる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード４と定義する。
＜指令モード５＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流及び界磁巻線電流が電流制限内の場合、拘束条件を式（１２）、（１３）、評価関数を式（１４）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　式（１３）は回転機の定常的な電圧を角速度ωｒｅで除したものであり、ＣＶは電圧制限値ｖｄｑｍａｘ（ｖｄｑｍａｘ＝ｋ×ＶＤＣ　ここでｋは電圧利用率）を角速度ωｒｅで除したものを意味する。
　式（１２）、（１３）を拘束条件として、式（１４）を最小とするｉｄ、ｉｑ、ｉｆを解くことで、トルク指令値の下で、電圧飽和時に損失が最小となる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード５と定義する。
＜指令モード６＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流が電流制限内かつ界磁巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（１５）、（１６）とし、評価関数は設定しない。この場合は、拘束条件である式（１５）、（１６）を満たすｉｄ、ｉｑ、ｉｆを求めることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　式（１５）、（１６）を拘束条件として、ｉｄ、ｉｑを解くことで、トルク指令値の下で、電圧飽和時かつ界磁巻線電流が飽和している場合の電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード６と定義する。
＜指令モード７＞
　動作点において、トルク指令を出力可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流が飽和かつ界磁巻線電流が電流制限内の場合、拘束条件を式（１７）、（１８）とし、評価関数は設定しない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　式（１７）、（１８）を拘束条件として、ｉｄ、ｉｆを解くことで、トルク指令値の下で、電圧飽和時かつ、固定子巻線電流が飽和損失している場合の電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード７と定義する。
＜指令モード８＞
　動作点において、トルク指令を出力不可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流が電流制限内かつ界磁巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（１９）、評価関数を（２０）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　式（１９）を拘束条件として、式（２０）を最大とするｉｄ、ｉｑを解くことで、電圧飽和時かつ、界磁巻線電流が飽和している場合に最大トルクとなる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード８と定義する。
＜指令モード９＞
　動作点において、トルク指令を出力不可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流が飽和かつ界磁巻線電流が電流制限内の場合、拘束条件を式（２１）、評価関数を（２２）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　式（２１）を拘束条件として、式（２２）を最大とするｉｄ、ｉｆを解くことで、電圧飽和時かつ固定子巻線電流が飽和している場合に最大トルクとなる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード９と定義する。
＜指令モード１０＞
　動作点において、トルク指令を出力不可能かつ電圧飽和時かつ固定子巻線電流及び界磁巻線電流が飽和している場合、拘束条件を式（２３）、評価関数を（２４）とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　式（２３）を拘束条件として、式（２４）を最大とするｉｄを解くことで、電圧飽和時かつ、固定子巻線電流と界磁巻線電流が飽和している場合に、最大トルクとなる電流指令値を演算することが可能となる。なお、本条件を指令モード１０と定義する。
　以上のように、指令モード１から１０までの条件を設定することで、回転機の速度、トルクに基づく全ての動作点の拘束条件と評価関数を設定することが可能となる。これにより、トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流の各条件に基づいて指令モード１から１０まで拘束条件及び評価関数を設定し、拘束条件及び評価関数を解くことで、損失が最小となる、あるいは最大トルクとなる電流指令値を算出することができる。
　なお、指令モード１から１０までトルク及び電圧を表現する式をインダクタンスで表記しているが、インダクタンスだけでなく磁束表記でもよい。また、インダクタンス及び磁束は電流の関数となるため、電流の関数とした表記とすると、磁気飽和を考慮することができ、演算精度が向上する。加えて、磁石磁束、巻線抵抗は温度に応じて変化するパラメータであるため、温度または電流の関数として表記してもよく、同様に演算精度が向上する。
＜拘束条件及び評価関数の更新＞
　図５において、拘束条件更新部５３では、拘束条件設定部５１からの拘束条件と、温度検出器３からの固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆとに基づいて、拘束条件の更新を行う。
　評価関数更新部５４では、評価関数設定部５２からの評価関数と、温度検出器３からの固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆとに基づいて、評価関数の更新を行う。
　次に、拘束条件更新部５３及び評価関数更新部５４の具体的な動作について説明する。温度検出器３で検出された固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆが固定子巻線温度最大値ｔｓｍａｘ及び界磁巻線温度最大値ｔｆｍａｘを超えないよう、固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍ及び界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍを求める。固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍが過電流保護のために設定された固定子巻線電流振幅最大値ｉｄｑｍａｘよりも小さい場合、拘束条件設定部５１からの拘束条件及び評価関数設定部５２からの評価関数におけるｉｄｑｍａｘをｉｄｑｌｉｍに置き換える。
　同様に、界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍが過電流保護のために設定された界磁巻線電流最大値ｉｆｍａｘよりも小さい場合、拘束条件設定部５１からの拘束条件及び評価関数設定部５２からの評価関数におけるｉｆｍａｘをｉｆｌｉｍに置き換える。上述した通り、拘束条件と評価関数の固定子巻線と界磁巻線の過電流保護用の電流最大値を過熱保護用の電流制限値に置き換えることで、回転機の速度、トルクに基づく全ての動作点に対し、動作に応じて常に変化する固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆを考慮した拘束条件及び評価関数を設定することが可能となる。
　ここでは、固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆに基づいて固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍと界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍを求めた例を示したが、固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆの代わりに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から固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍ及び界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍを求めてもよい。特に磁石の温度を用いる場合は、基本的に界磁巻線温度ｔｆを磁石温度に置き換えるだけでよく、磁石温度に応じて界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍを制限する構成とすればよい。
　また、制限値は電流に限るものではない。例えば固定子巻線電圧最大値ｖｄｑｍａｘ及び界磁巻線電圧最大値ｖｆｍａｘを用い、検出された固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆに応じて、固定子巻線電圧制限値ｖｄｑｌｉｍ、界磁巻線電圧制限値ｖｆｌｉｍに置き換えるようにしてもよい。
　本実施の形態では、検出された温度情報に応じて、拘束条件及び評価関数を更新する構成としているが、温度の代わりに消費電力または通電時間に応じて拘束条件と評価関数を更新する構成としてもよい。
＜最適化演算部＞
　図５において、最適化演算部５５では、拘束条件更新部５３及び評価関数更新部５４において更新された拘束条件及び評価関数に基づいて、評価関数を最小または最大とする拘束条件付きの最適化問題を解き、条件に最も近い指令モードを選択することで、電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊を求める。具体的には、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示すフローチャートに従い、電流制限あるいは電圧制限、トルク出力制限の判定式に基づきながら上述した指令モードのうちいずれであるかを決定する。電流制限、電圧制限及びトルク出力制限の判定式は検出された温度情報に応じて常に更新される。
　次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示すフローチャートに従い、動作点においていずれの指令モードにあるかの決定方法について説明する。
　まず、図７Ａにおいて、トルク指令に基づき、最適化演算部５５において固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊及び界磁巻線電流指令値ｉｆ＊が生成され、固定子巻線と界磁巻線とに電流が流れる。固定子巻線と界磁巻線とに電流が流れ始めた時点であるステップＳ１０１では、指令モード１の状態である。通電中に、巻線の温度が上昇する。この温度上昇により界磁巻線電流ｉｆが制限範囲内であるが（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和した場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、指令モード３に切り替わる（ステップＳ１０４）。指令モード３で動作中、さらに界磁巻線電流ｉｆが飽和した場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、指令モード４に切り替わる（ステップＳ１０６）。
　指令モード１（ステップＳ１０１）で動作中、界磁巻線電流ｉｆが飽和するが（ステップＳ１０２でＮＯ）、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが制限範囲内である場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、指令モード２に切り替わる（ステップＳ１０８）。指令モード２で動作中、さらに固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和した場合（ステップＳ１０９でＮＯ）、指令モード４に切り替わる（ステップＳ１０６）。
　指令モード１（ステップＳ１０１）で動作中、界磁巻線電流ｉｆが飽和し（ステップＳ１０２でＮＯ）、かつ固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和した場合（ステップＳ１０７でＮＯ）、指令モード４に切り替わる（ステップＳ１０６）。
　指令モード２から指令モード４の指令モードで動作中、電圧ｖｄｑが飽和した場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、指令モード５に切り替わる（ステップＳ１１１）。
　電圧ｖｄｑが制限内で指令モード２から指令モード４で制御可能な場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）はその指令モードでの制御が継続される。
　図７Ｂにおいて、指令モード５で動作中、界磁巻線電流ｉｆが制限範囲内となり（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、かつ固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑも制限範囲内となった場合（ステップＳ１１３でＹＥＳ）は指令モード５での制御が継続される。
　指令モード５で動作中、界磁巻線電流ｉｆが制限範囲内となり（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、かつ固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和している場合（ステップＳ１１３でＮＯ）、指令モード７に切り替わる（ステップＳ１１４）。
　指令モード５で動作中、界磁巻線電流ｉｆは飽和している（ステップＳ１１２でＮＯ）が、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが制限範囲内となった場合（ステップＳ１１６でＹＥＳ）、指令モード６に切り替わる（ステップＳ１１７）。
　指令モード５で動作中、界磁巻線電流ｉｆは飽和し（ステップＳ１１２でＮＯ）、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑも飽和している場合（ステップＳ１１６でＮＯ）、指令モード１０に切り替わる（ステップＳ１２５）。
　指令モード６または指令モード７で動作中、トルク出力Ｔがトルク指令Ｔ＊に基づいて出力可能な場合（ステップＳ１１５でＹＥＳ）は、その指令モードでの制御が継続される。
　指令モード６または指令モード７で動作中、トルク出力Ｔがトルク指令Ｔ＊に基づいて出力できなくなった場合（ステップＳ１１５でＮＯ）は、図７Ｃにおける次の判定に移る。
　指令モード６または指令モード７で動作中、トルク出力Ｔがトルク指令Ｔ＊に基づいて出力できなくなった場合（ステップＳ１１５でＮＯ）であっても、界磁巻線電流ｉｆが制限範囲内となり（ステップＳ１１８でＹＥＳ）、かつ固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑも制限範囲内となった場合（ステップＳ１１９でＹＥＳ）は指令モード６または７での制御が継続される。
　トルク出力Ｔがトルク指令Ｔ＊に基づいて出力できなくなった場合（ステップＳ１１５でＮＯ）、界磁巻線電流ｉｆが制限範囲内となり（ステップＳ１１８でＹＥＳ）、かつ固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和している場合（ステップＳ１１９でＮＯ）、指令モード９に切り替わる（ステップＳ１１２）。
　トルク出力Ｔがトルク指令Ｔ＊に基づいて出力できなくなった場合（ステップＳ１１５でＮＯ）、界磁巻線電流ｉｆは飽和している（ステップＳ１１８でＮＯ）が、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが制限範囲内となった場合（ステップＳ１２２でＹＥＳ）、指令モード８に切り替わる（ステップＳ１２３）。
　指令モード８で動作中に、固定子巻線電流ｉｄ、ｉｑが飽和していた場合（ステップＳ１２４でＮＯ）、及び指令モード９で動作中に、界磁巻線電流ｉｆは飽和した場合（ステップＳ１２１でＮＯ）、指令モード１０に切り替わる（ステップＳ１２５）。
　電流指令生成部２３は上述のように、トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流の条件に応じた複数の指令モードである拘束条件及び評価関数の組を複数有しており、条件に応じて逐次適切な指令モードを選択し、拘束条件及び評価関数を更新することができる。
　各指令モードにおける演算は、演算負荷の都合上、拘束条件付きの最適化問題を事前にラグランジュの未定乗数法を用いて関数化しておく。ラグランジュの未定乗数法によって求められる関数が連立方程式となって導出されるので、ニュートン法等による再帰形の数値解法によって設定した制御周期毎に電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊を求める。なお、ラグランジュの未定乗数法、ニュートン法による解の導出で使用する偏微分等の過程を予め関数化しておくと、演算負荷が低減するが、プロセッサに余裕がある場合等必ずしも事前に関数化しておく必要はない。拘束条件付きの最適化問題を設定した制御周期ごとに解くような構成としてもよい。
　電流指令生成部２３を以上のような構成とすることで、回転機の速度、トルク、固定子巻線温度、界磁巻線温度に基づく電流指令値のマップを持たなくとも、回転機を過熱から保護し、損失を最小としつつ、トルク指令または最大トルクとなる電流指令値を生成することが可能となる。
　次に、本実施の形態による効果について説明する。図８は界磁巻線温度が上昇し、界磁巻線温度を保護する場合の電流制限値及び電流指令値の動作に対応する各巻線の電流振幅と温度、トルクの挙動を示している。また、図９は固定子巻線温度が上昇し、固定子巻線温度を保護する場合の電流制限値及び電流指令値の動作に対応する各巻線の電流振幅と温度、トルクの挙動を示している。ここでは、簡単な例として固定子巻線電流、界磁巻線電流、電圧ともに飽和していない、指令モード１に対応して説明する。
　まず、図８を用い界磁巻線温度を保護する場合について説明する。
　トルク指令に基づき、最適化演算部５５において固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊及び界磁巻線電流指令値ｉｆ＊が生成され、固定子巻線と界磁巻線とに電流が流れる。通電中に、巻線の温度が上昇する。図８においては界磁巻線温度ｔｆが大きく上昇しているが、界磁巻線温度ｔｆに応じて拘束条件更新部５３において拘束条件が更新され、評価関数更新部５４において評価関数が更新され、界磁巻線温度ｔｆが界磁巻線温度最大値ｔｆｍａｘを超えないよう界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍが減少する。
　界磁巻線電流制限値ｉｆｌｉｍが界磁巻線電流指令値ｉｆ＊に到達した場合、すなわちｉｆｌｉｍ≦ｉｆ＊となった時刻ｔ１で、最適化演算部５５において指令モードは指令モード１から指令モード２に切り替えられる。界磁巻線電流指令値ｉｆ＊は界磁巻線の過熱を防ぐように制限され、かつ温度が制限範囲内である固定子巻線に対しては指令モード２の拘束条件下において評価関数が最小となるように固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊が生成される。ここで、拘束条件下とはｉｆ＝ｉｆｌｉｍ、とトルク出力Ｔ＝Ｔ＊である。このように制御することで、界磁巻線の過熱を防ぎかつ、トルクの低下を抑制することができる。
　なお、図８では簡単化のため、電流は電流振幅で記載しているが、通常電流位相も変化する。ｉｆｌｉｍ≦ｉｆ＊となった場合、最適化演算部５５によって指令モードを指令モード１から指令モード２に切り替えるが、この時電流位相も考慮して界磁巻線電流指令値ｉｆ＊は界磁巻線の過熱を防ぐように制限され、かつ温度が制限範囲内である固定子巻線に対しては指令モード２の拘束条件下において評価関数が最小となるように電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊が生成される。
　次に、図９を用い固定子巻線温度を保護する場合について説明する。
　トルク指令に基づき、最適化演算部５５において固定子巻線電流指令値ｉｄ＊、ｉｑ＊及び界磁巻線電流指令値ｉｆ＊が生成され、固定子巻線と界磁巻線とに電流が流れる。通電中に、巻線の温度が上昇する。図９においては固定子巻線温度ｔｓが大きく上昇しているが、固定子巻線温度ｔｓに応じて、拘束条件更新部５３において拘束条件が更新され、評価関数更新部５４において評価関数が更新され、固定子巻線温度ｔｓが固定子巻線温度最大値ｔｓｍａｘを超えないよう固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍが減少する。
　固定子巻線電流制限値ｉｄｑｌｉｍが固定子巻線電流指令値ｉｄｑ＊（固定子巻線電流指令値ｉｄ＊または固定子巻線電流指令値ｉｑ＊をｉｄｑ＊と記す）に到達した場合、すなわちｉｄｑｌｉｍ≦ｉｄｑ＊となった時刻ｔ２で、最適化演算部５５において指令モードは指令モード１から指令モード３に切り替えられる。固定子巻線電流指令値ｉｄｑ＊は固定子巻線の過熱を防ぐように制限され、かつ温度が制限範囲内である界磁巻線に対しては指令モード３の拘束条件下において評価関数が最小となるように電流指令値ｉｆ＊が生成される。ここで、拘束条件下とはｉｄｑ（ｉｄまたはｉｑ）＝ｉｄｑｌｉｍ、およびトルク出力Ｔ＝Ｔ＊である。このように制御することで、界磁巻線の過熱を防ぎかつ、トルクの低下を抑制することができる（固定子巻線電流ｉｄまたは固定子巻線電流ｉｑをｉｄｑと記す）。
　なお、図９では簡単化のため、電流は電流振幅で記載しているが、通常電流位相も変化する。ｉｄｑｌｉｍ≦ｉｄｑ＊となった場合、最適化演算部５５によって指令モードを指令モード１から指令モード３に切り替えるが、この時電流位相も考慮して固定子巻線電流指令値ｉｄｑ＊は固定子巻線の過熱を防ぐように制限され、かつ温度が制限範囲内である界磁巻線に対しては指令モード３の拘束条件下において評価関数が最小となるように電流指令値ｉｆ＊が生成される。
　図８及び図９で示したように、界磁巻線あるいは固定子巻線のいずれの電流制限下においてもトルク指令Ｔ＊に応じたトルクＴが出力できる場合は、トルク指令を維持すればよいが、トルク指令Ｔ＊が物理的に出力できない場合は最大トルクが得られるように電流指令値を生成すればよい。
　以上の図８及び図９では指令モード１から３までを切り替える動作例を示したが、実際には、さらに複数の指令モードがトルク、回転数による動作点、あるいは回転機温度に応じて、図７Ａから７Ｃで示したフローチャートに従い指令モードが切り替えられて動作する。
　以上のように、本実施の形態１によれば、取得した回転機の温度情報に基づいて、トルク出力に関する拘束条件及び損失に係る評価関数を最適化し、かつ取得した回転機の温度情報に基づいて、拘束条件と評価関数を更新し、固定子巻線と界磁巻線の電流指令を演算するようにしたので、回転機の温度情報に応じて最適化演算が可能となる。そのため、電流指令マップを用いることなく、巻線温度の上昇時に回転機を過熱から保護するとともに、トルクの低下ならびに損失の低下を抑制することが可能となる。
　実施の形態１に係る回転機制御装置は、巻線温度の上昇時に過熱から保護しかつトルクの低下及び損失の低下を抑制するように回転機を制御するので、温度環境に厳しいもののトルクの低下の抑制及び損失の低下の抑制が求められる自動車に搭載された回転機の制御に好適である。
　なお、上述の実施の形態においては、温度として固定子巻線温度ｔｓ及び界磁巻線温度ｔｆを用いたが、磁石が用いられた回転機であれば界磁巻線温度ｔｆの代わりに磁石温度を使用してもよいし、固定子巻線温度ｔｓ、界磁巻線温度ｔｆ、磁石温度のうち２つ以上の部位を保護するようにしても同様の効果が得られる。
　また、固定子巻線及び界磁巻線を持つ回転機の代わりに、例えば固定子巻線を２組持つ二重三相巻線形の回転機とする構成でも２組の固定子巻線の温度に応じて２組の電流指令を生成することで本実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、界磁巻線を持つ二重三相巻線形の回転機であっても同様の効果を得ることができる。
　また、各部の温度の代わりに各電力変換器の直流電圧と直流電流との積、またはトルクと回転数との積等から演算された回転機の消費電力に基づいて拘束条件及び評価関数を変更するようにしても同様の効果を得ることができる。さらに、各部の温度の代わりに制御周期をカウントするタイマーを設け、計測された固定子巻線及び界磁巻線の通電時間に基づいて拘束条件及び評価関数を変更するようにしても同様の効果を得ることができる。
　本開示は、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。
　１：回転機、　２：位置検出器、　３：温度検出器、　４、５：電流検出器、　６：固定子巻線電力変換器、　７：界磁巻線電力変換器、　１０：プロセッサ、　１１：記憶装置、　２０：微分器、　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：温度情報取得部、　３０、４０：加減算器、　３１、４１：ＰＩ制御器、　３２：ｄｑ／ｕｖｗ座標変換器、　３３：ｕｖｗ／ｄｑ座標変換器、　３４、４２：電圧リミッタ、　５０：回転機パラメータ取得部、　５１：拘束条件設定部、　５２：評価関数設定部、　５３：拘束条件更新部、　５４：評価関数更新部、　５５：最適化演算部、　１０００：回転機制御装置。

Claims (11)

  1. 　固定子巻線及び界磁巻線を有する回転機を制御する回転機制御装置であって、
    　前記回転機の温度を取得する温度情報取得部と、
    　前記温度情報取得部によって取得された前記回転機の温度に基づき、電流指令値を生成する電流指令生成部と、を備え、
    　前記電流指令生成部は、
    　トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流の各条件に基づいて拘束条件を求める拘束条件設定部と、
    　前記トルク指令、前記固定子巻線電圧、前記固定子巻線電流及び前記界磁巻線電流に基づいて設定された評価関数及び前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する最適化演算部と、
    　前記温度情報取得部によって取得された前記回転機の温度に基づいて前記拘束条件を更新する拘束条件更新部と、を有し、
    　更新された前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する、回転機制御装置。
  2. 　前記拘束条件更新部は、取得された前記回転機の温度に応じて前記固定子巻線の電流制限値及び前記界磁巻線の電流制限値を変更し、前記拘束条件を更新する請求項１に記載の回転機制御装置。
  3. 　前記拘束条件更新部は、取得された前記回転機の温度に応じて前記固定子巻線の電圧制限値及び前記界磁巻線の電圧制限値を変更し、前記拘束条件を更新する請求項１に記載の回転機制御装置。
  4. 　前記電流指令生成部は、前記トルク指令、前記固定子巻線電圧、前記固定子巻線電流及び前記界磁巻線電流の各条件に基づく前記拘束条件及び前記評価関数の組を予め複数有しており、取得された前記回転機の温度に応じて、予め設定された前記拘束条件及び前記評価関数の中から選択して、前記拘束条件及び前記評価関数を更新する請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  5. 　前記最適化演算部は、取得された前記回転機の温度に応じて更新された前記評価関数及び更新された前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する請求項１から４のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  6. 　前記電流指令生成部は、前記回転機の特性を示す回転機パラメータを取得する回転機パラメータ取得部を備え、取得された前記回転機の温度に応じて前記回転機パラメータを更新し、前記拘束条件及び前記評価関数は前記回転機パラメータを用いて記述されている請求項１から５のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  7. 　前記評価関数は、前記回転機の損失である銅損または鉄損を指標とした場合、前記指標が最小となるように設定された請求項１から６のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  8. 　前記評価関数は、前記回転機のトルク出力または力率を指標とした場合、前記指標が最大となるように設定された請求項１から６のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  9. 　前記回転機は回転子に磁石を有し、前記回転機の温度は、前記固定子巻線、前記界磁巻線及び前記磁石のうちの少なくとも１つである請求項１から８のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
  10. 　固定子巻線及び界磁巻線を有する回転機を制御する回転機制御装置であって、
    　前記回転機の消費電力または前記固定子巻線及び前記界磁巻線の通電時間に基づいて、電流指令値を生成する電流指令生成部と、を備え、
    　前記電流指令生成部は、
    　トルク指令、固定子巻線電圧、固定子巻線電流及び界磁巻線電流に基づいて拘束条件を求める拘束条件設定部と、
    　前記トルク指令、前記固定子巻線電圧、前記固定子巻線電流及び前記界磁巻線電流に基づいて設定された評価関数及び前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する最適化演算部と、
    　前記回転機の消費電力または前記固定子巻線及び前記界磁巻線の通電時間に基づいて前記拘束条件を更新する拘束条件更新部と、を有し、
    　更新された前記拘束条件を用いて前記電流指令値を算出し出力する、回転機制御装置。
  11. 　前記回転機が自動車に搭載されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715900A (ja) * 1992-09-07 1995-01-17 Kinshiro Naito 同期機及び同期機の制御方法
EP2728740A2 (en) * 2012-10-31 2014-05-07 LG Electronics, Inc. Driving motor for electric vehicles and control method of the same
JP2014176114A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Aisin Aw Co Ltd 励磁式回転電機

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4210992B2 (ja) 2003-03-13 2009-01-21 有限会社シー・アンド・エス国際研究所 ハイブリッド界磁形同期電動機のベクトル制御方法及び同装置
JP5652659B2 (ja) * 2011-03-30 2015-01-14 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 電動機制御装置
US8519648B2 (en) * 2011-07-22 2013-08-27 GM Global Technology Operations LLC Temperature compensation for improved field weakening accuracy
US20160226428A1 (en) * 2015-02-03 2016-08-04 Hyundai Motor Company System and Method for Controlling Wound Rotor Synchronous Motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0715900A (ja) * 1992-09-07 1995-01-17 Kinshiro Naito 同期機及び同期機の制御方法
EP2728740A2 (en) * 2012-10-31 2014-05-07 LG Electronics, Inc. Driving motor for electric vehicles and control method of the same
JP2014176114A (ja) * 2013-03-06 2014-09-22 Aisin Aw Co Ltd 励磁式回転電機

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