同步电动机的温度估计装置的制作方法

本发明涉及一种同步电动机的温度估计装置，特别是涉及一种通过使d相电流变化并监视端子间电压等来估计反电动势电压、绕组电阻来估计绕组的温度的同步电动机的温度估计装置。

背景技术：

为了控制同步电动机，知道同步电动机的温度是很重要的。作为估计同步电动机的温度的方法，已知如下方法：在同步电动机的驱动过程中，根据反电动势电压的下降比例来估计磁体温度。在此，能够通过从端子间电压减去由电流产生的电压来计算出反电动势电压。或者，已知根据绕组电阻的上升比例来估计绕组温度的方法。

另外，已知如下的同步电动装置的诊断方法：通过内部温度测定单元来测定同步电动装置的转子的速度、3相的电压以及电流，使用用于线圈的电阻和磁体的磁通的状态观测器来求出同步电动装置的内部温度(线圈和磁体的温度)，基于所求出的内部温度来对同步电动装置进行诊断、控制(例如，日本特开2014-230486号公报)。

另外，已知能够抑制电枢交链磁通的模型误差的控制装置(例如，日本特开2008-92649号公报)。首先，使用n点近似函数来求出q轴电感L_q的模型，对是否满足运算条件进行运算。接着，仅在输出了能够运算的信号的情况下，对电枢交链磁通模型进行运算。接着，对将根据电枢绕组温度模型求出的电枢绕组电阻模型与预先设定的模型的主电路电缆电阻相加而得到的电枢电阻模型进行运算。接着，电动机常数估计部对转子的磁极位置模型信号和转子速度模型信号的运算用的电动机常数进行校正运算。

技术实现要素：

然而，q轴电感L_q的由电流引起的变化大，因此存在由于电流的变化而产生的电压的计算不正确这一问题。另外，磁体被安装于转子而旋转，因此存在也难以通过元件来直接测定温度这一问题。

本发明的一个实施例所涉及的同步电动机的温度估计装置具备：电压指令生成部，其通过指令使d相电压和q相电压增减以控制d相电流；电压获取部，其获取使d相电流变化时的d相电压和q相电压；旋转速度检测部，其检测同步电动机的旋转速度；电流检测部，其检测d相电流和q相电流；绕组温度获取部，其获取同步电动机的绕组的温度；绕组电阻换算部，其根据所获取到的绕组温度来计算绕组电阻；电感运算部，其基于使d相电流变化时的d相电流的变化量、q相电压的变化量以及旋转速度来计算d轴电感；反电动势电压常数运算部，其根据q相电压、变化后的d相电流、旋转速度、q相电流、绕组电阻以及d轴电感来计算反电动势电压常数；以及磁体温度估计部，其基于反电动势电压常数来估计同步电动机的磁体温度。

附图说明

通过与附图关联的以下的实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得进一步明确。在该附图中，

图1是本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置的结构图，

图2是用于说明本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置的动作过程的流程图，

图3A是表示在本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置中改变d相电流前的d相电流、q相电流、旋转速度、绕组电阻、d轴电感以及反电动势电压常数与端子间电压矢量的关系的图表，

图3B是表示在本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置中改变d相电流后的d相电流、q相电流、旋转速度、绕组电阻、d轴电感以及反电动势电压常数与端子间电压矢量的关系的图表，

图4是本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置的结构图， 以及

图5是用于说明本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置的动作过程的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来对本发明所涉及的同步电动机的温度估计装置进行说明。其中，需要注意的是，本发明的保护范围并不限定于这些实施方式，而涵盖权利要求书所记载的发明及其等同物。

[实施例1]

首先，对本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置进行说明。在图1中示出了本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置的结构图。发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置101的特征在于，具有电压指令生成部1、电压获取部2、旋转速度检测部3、电流检测部4、绕组温度获取部5、绕组电阻换算部6、电感运算部7、反电动势电压常数运算部8以及磁体温度估计部9。电压指令生成部1通过指令使d相电压和q相电压增减以控制d相电流。电压获取部2获取使d相电流变化时的d相电压和q相电压。旋转速度检测部3检测同步电动机的旋转速度。电流检测部4检测d相电流和q相电流。绕组温度获取部5获取同步电动机的绕组的温度。绕组电阻换算部6根据所获取到的绕组温度来计算绕组电阻。电感运算部7基于使d相电流变化时的d相电流的变化量、q相电压的变化量以及旋转速度来计算d轴电感。反电动势电压常数运算部8根据q相电压、变化后的d相电流、旋转速度、q相电流、绕组电阻以及d轴电感来计算反电动势电压常数。磁体温度估计部9基于反电动势电压常数来估计同步电动机的磁体温度。

对图1所示的本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置进行详细的说明。从三相交流电源30向转换器20输入三相交流电压，转换器20将该三相交流电压转换为直流电压并输出。输出的直流电压被平滑电容器31平滑化。之后，被输入至逆变器40，经过PWM控制而转换为用于驱动同步 电动机50的具有期望的频率的交流电压。同步电动机50对被驱动体60进行驱动。通过U相、V相、W相的各电流检测器4_u、4_v、4_w来检测供给至同步电动机50的U相电流I_u、V相电流I_v、W相电流I_w。检测结果被发送至电流检测部4。电流检测部4根据U相电流I_u、V相电流I_v、W相电流I_w来计算d相电流I_d和q相电流I_q。

同步电动机50具有定子53，该定子53具备绕组55_u、55_v、55_w。并且，同步电动机50在定子53的内侧具备转子52，该转子52具备磁极54a～54d，并以中心轴51为中心旋转。另外，在同步电动机50的附近设置有旋转角检测器70，该旋转角检测器70对同步电动机50的旋转角θ进行检测。所检测出的旋转角θ被发送至旋转速度检测部3，通过对旋转角θ进行微分来计算旋转速度ω。此外，也可以根据驱动电流频率来计算旋转速度ω。

同步电动机(电动机)控制装置100具备q相电流指令值生成部12、d相电流指令值生成部13、驱动部14以及电流检测部4。q相电流指令值生成部12从上级控制装置21获取速度指令ω_com，用减法器12a减去来自旋转速度检测部3的旋转速度ω来计算差Δω。将差Δω输入至PI控制部12b，输出q相电流指令I_qcom。

d相电流指令值生成部13基于存储器90中存储的d相电流值I_dk以及来自旋转速度检测部3的旋转速度ω来输出d相电流指令值I_dcom。

d相电流指令I_dcom被输入至驱动部14内的减法器14a。减法器14a从d相电流指令I_dcom减去来自电流检测部4的d相电流I_d来输出差ΔI_d。在PI控制部14c中将所输出的ΔI_d转换为d相电压V_d。d相电压V_d被输入至电压指令生成部1。

q相电流指令I_qcom被输入至驱动部14内的减法器14b。减法器14b从q相电流指令I_qcom减去来自电流检测部4的q相电流I_q来输出差ΔI_q。在PI控制部14d中将所输出的ΔI_q转换为q相电压V_q。q相电压V_q被输入至电压指令生成部1。

电压指令生成部1将d相电压V_d和q相电压V_q转换为U相电压V_u、V相电压V_v、W相电压V_w并输出至PWM信号生成部14f。在矢量控制中通过指令使d相电压V_d和q相电压V_q增减以控制d相电流I_d和q相电流I_q。

电压获取部(V_d、V_q、ΔV_d、ΔV_q获取部)2从PI控制部14c及14d获取使d相 电流变化时的d相电压V_d和q相电压V_q。也能够取代d相电压V_d和q相电压V_q而代用各自的电压的指令值。如果能够通过外部测定器来直接观测端子间电压，则也能够将端子间电压进行sin、cos分解来作为V_d、V_q。在此，在矢量控制中当然掌握着q轴的电流相位。因此，能够推断出端子间电压的相位与q轴的相位差作为sin、cos。

绕组温度获取部5获取同步电动机50的绕组55_u、55_v、55_w的温度T_c。能够通过将温度检测元件(未图示)设置于绕组55_u、55_v、55_w来获取绕组的温度T_c。

绕组电阻换算部(R换算部)6从绕组温度获取部5获取绕组温度T_c来计算绕组电阻R。

电感运算部(L_d运算部)7基于使d相电流从I_d1变化为I_d2时的d相电流的变化量(I_d2-I_d1)、q相电压的变化量ΔV_q以及旋转速度ω来计算d轴电感L_d。

反电动势电压常数运算部(K_v运算部)8根据q相电压V_q、变化后的d相电流I_d2、旋转速度ω、q相电流I_q、绕组电阻R以及d轴电感L_d来计算反电动势电压常数K_v。

磁体温度估计部9基于反电动势电压常数K_v来估计同步电动机50的磁体温度T_m。

接着，关于本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置的动作过程，使用图2示出的流程图来进行说明。首先，在步骤S101中使d相电流I_d从I_d1变化为I_d2。此时，在图3A和图3B中示出了改变d相电流前和改变d相电流后的d相电流、q相电流、旋转速度、绕组电阻、d轴电感以及反电动势电压常数与端子间电压矢量的关系。在图3A和图3B中，I_d1、I_d2是d相电流(无效电流)，I_q是q相电流(转矩生成电流)，R是绕组电阻，L_q是q轴电感，L_d是d轴电感，ω是旋转速度，K_v是反电动势电压常数。

在本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置中，进行矢量控制的同步电动机是对象，以下的两个条件是前提。

(前提条件1)从I_d1向I_d2的变化是在短时间内进行的，因此在变化前后绕组 温度和磁体温度没有变化。

(前提条件2)从I_d1向I_d2变化时的d轴电感L_d的变化量小。

并且，需要在I_d变化前后K_vω、I_qR、I_qωL_q相同。即，需要旋转速度ω相同、转矩也相同这一条件。例如没有外力而正在以固定速度进行旋转的情况符合该条件。此时，能够认为输出了与轴的动摩擦相匹配的几乎固定的转矩。

接着，在步骤S102中，计算d轴电感L_d。根据图3A和图3B，I_d2ωL_d与I_d1ωL_d的差成为q相电压的差ΔV_q。因而，能够得到下面的式(1)。

ΔV_q＝I_d2ωL_d-I_d1ωL_d (1)

因而，对式(1)进行变形，能够根据下述的式(2)计算d轴电感L_d。

L_d＝ΔV_q/(I_d2-I_d1)ω (2)

另外，在步骤S103中，用温度检测元件来读取绕组温度。接着，在步骤S104中，根据下述的式(3)来换算出绕组电阻R。

R＝R₁×(T₁+234.5(铜固有的值))/(绕组温度+234.5) (3)

其中，R₁是温度T₁时的绕组电阻。

接着，在步骤S105中，计算反电动势电压常数K_v。根据图3B，以K_vω+I_qR+I_d2ωL_d来给出作为端子间电压矢量的q轴成分的V_q。其中，关于I_d2，将图的箭头的朝向取为正。因而，能够根据下述的式(4)来计算K_v。

K_v＝(V_q-I_d2ωL_d-I_qR)/ω (4)

接着，在步骤S106中，使用反电动势电压常数K_v来估计磁体温度。即，根据反电动势电压常数K_v来计算磁通密度，根据磁体的温度特性来通过下述的式(5)估计磁体温度。

α(T-T₁)＝1-(K_v/K_v1) (5)

其中，α是由磁体的种类决定的常数，T是估计温度，K_v1是温度T₁(例如20℃)下的反电动势电压常数。

如以上说明的那样，根据本发明的实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置，在使d相电流变化并监视端子间电压等来估计反电动势电压和绕组电阻时，未使用q轴电感L_q，因此能够高精度地估计同步电动机的温度。 例如，能够实现电动机的适当的过热保护以及输出的估计精度提高。

[实施例2]

接着，对本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置进行说明。在图4中示出了本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置的结构图。发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置102的特征在于，具有电压指令生成部1、电压获取部2、旋转速度检测部3、电流检测部4、绕组电阻运算部10、绕组温度估计部11、电感运算部7、反电动势电压常数运算部8以及磁体温度估计部9。电压指令生成部1通过指令使d相电压和q相电压增减以控制d相电流。电压获取部2获取使d相电流变化时的d相电压和q相电压。旋转速度检测部3检测同步电动机的旋转速度。电流检测部4检测d相电流和q相电流。绕组电阻运算部10根据使d相电流变化时的d相电流的变化量、d相电压的变化量来计算绕组电阻。绕组温度估计部11根据绕组电阻来估计同步电动机的绕组的温度。电感运算部7基于使d相电流变化时的d相电流的变化量、q相电压的变化量以及旋转速度来计算d轴电感。反电动势电压常数运算部8根据q相电压、变化后的d相电流、旋转速度、q相电流、绕组电阻以及d轴电感来计算反电动势电压常数。磁体温度估计部9基于反电动势电压常数来估计同步电动机的磁体温度。

本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置102与实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置101的不同之处如下。即，在实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置101中，绕组温度获取部5获取同步电动机的绕组的温度，绕组电阻换算部6根据所获取到的绕组温度来计算绕组电阻。与此相对，在实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置102中，绕组电阻运算部10根据使d相电流变化时的d相电流的变化量、d相电压的变化量来计算绕组电阻，绕组温度估计部11根据绕组电阻来估计同步电动机的绕组的温度。实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置102中的其它结构与实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置101中的结构相同，因此省略详细的说明。

接着，关于本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置的动作过程，使用图5所示的流程图来进行说明。首先，在步骤S201中，使d相电流I_d从I_d1变化为I_d2。此时，改变d相电流前和改变d相电流后的d相电流、q相电流、旋转速度、绕组电阻、d轴电感以及反电动势电压常数与端子间电压矢量的关系同实施例1中示出的图3A和图3B相同。

接着，在步骤S202中，计算绕组电阻R。根据图3A和图3B，ΔV_d＝I_d2R-I_d1R，因此能够以下面的式(6)来求出绕组电阻R。

R＝ΔV_d/(I_d2-I_d1) (6)

接着，在步骤S203中，根据所计算出的绕组电阻来与实施例1同样地估计同步电动机的绕组的温度。

接着，在步骤S204中，计算d轴电感L_d。能够根据上述的式(2)来计算d轴电感L_d。

接着，在步骤S205中，计算反电动势电压常数K_v。能够根据上述的式(4)来计算K_v。

接着，在步骤S206中，使用反电动势电压常数K_v来估计磁体温度。

如以上说明的那样，根据本发明的实施例2所涉及的同步电动机的温度估计装置，与实施例1所涉及的同步电动机的温度估计装置同样，在使d相电流变化并监视端子间电压等来估计反电动势电压和绕组电阻时，未使用q轴电感L_q，因此能够高精度地估计同步电动机的温度。例如，能够实现电动机的适当的过热保护以及输出的估计精度提高。并且，根据d相电流和d相电压的检测值来计算绕组电阻，基于该绕组电阻来估计绕组温度，因此能够省略对绕组设置温度检测用的元件。

根据本发明的实施例所涉及的同步电动机的温度估计装置，在温度的计算中未使用q轴电感L_q。因此，能够高精度地估计同步电动机的温度。例如，能够实现同步电动机的适当的过热保护以及输出的估计精度提高。