(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図４
2019129663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０１４２５号公報
【特許文献２】特許第５８２３０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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】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】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】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】図５は、回転機の基本ベクトル図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
［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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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・Ｔｍａｇ２−Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃ（Ａ，Ｂ，Ｃは正の定数）で表される。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
【数１】
2019129663.tif 000003
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
【数２】
2019129663.tif 000004
【００４１】
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。
【００４２】
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）。
【００４３】
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）。
【００４４】
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。
【００４５】
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）。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
［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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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・Ｔｍａｇ２−Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃから図６の実線で示されるΨｕ＝−Ａ・Ｔｍａｇ２−Ｂ・Ｔｍａｇ＋Ｃ’（Ｃ’＝Ｃ−（Ψｕｏ−Ψｕａ））に補正される。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
【数３】
2019129663.tif 000005
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
［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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【実施例】
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
【表１】
2019129663.tif 000006
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
【表２】
2019129663.tif 000007
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
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。
【符号の説明】
【００８５】
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
【図１】
2019129663.tif 000008
【図２】
2019129663.tif 000009
【図３】
2019129663.tif 000010
【図４】
2019129663.tif 000011
【図５】
2019129663.tif 000012
【図６】
2019129663.tif 000013