CN105144574B - 永磁体电动机的磁体温度推定装置及永磁体电动机的磁体温度推定方法 - Google Patents

Abstract

本发明的永磁体电动机的磁体温度推定装置包括：电压检测部(1)，该电压检测部(1)检测向绕组通电时的电压；高次分量检测部(2)，该高次分量检测部(2)检测电压的高次分量；参照数据库(3)，该参照数据库(3)将由磁体温度和其他一个以上的参数构成的两个以上的参数作为会对检测高次分量的电压带来影响的参数，并将该两个以上的参数与高次分量之间的对应关系预先以表格的形式进行存储；参数值检测部(4)，该参数值检测部(4)检测一个以上的参数的值；以及磁体温度推定部(5)，该磁体温度推定部(5)基于由参数值检测部检测出的一个以上的参数、和存储于参照数据库的表格对由高次分量检测部检测出的高次分量所对应的磁体温度进行推定。

Description

永磁体电动机的磁体温度推定装置及永磁体电动机的磁体温 度推定方法

技术领域

本发明涉及能够高精度地推定永磁体电动机的磁体温度的磁体温度推定装置及磁体温度推定方法。

背景技术

近年来，用于EV/HEV(电动汽车/混合动力汽车)的电动机中，为了减小磁体成本，使用了将Dy(Dysprosium：镝)的含量减小的磁体。然而，若减小Dy的含量，则可能会导致在高温下退磁。

因此，对于磁体温度的掌握很重要，需要推定磁体温度，使电动机进行工作以使得不会在高温下对磁体施加过剩的退磁场。作为这种技术的一个示例，存在对感应电压常数进行检测以推定磁体温度的技术(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-55119号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，现有技术中，存在如下问题。

专利文献1中，从感应电压常数(即，相当于电压基波分量的值)推定磁体温度。然而，基波分量相对于磁体温度其变化较小。因此，在推定磁体温度时，需要较高的测量精度。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，得到一种能够高精度地推定磁体温度而不基于基波分量的永磁体电动机的磁体温度推定装置及永磁体电动机的磁体温度推定方法。

用于解决问题的手段

本发明所涉及的永磁体电动机的磁体温度推定装置中，该永磁体电动机由卷绕有绕组的圆环状定子、和具有永磁体的转子芯部构成，所述永磁体电动机的磁体温度推定装置包括：电压检测部，该电压检测部检测向绕组通电时的电压；高次分量检测部，该高次分量检测部检测由电压检测部检测出的电压的高次分量；参照数据库，该参照数据库将由磁体温度和其他一个以上的参数构成的两个以上的参数作为会对检测所述高次分量的所述电压带来影响的参数并将所述两个以上的参数与高次分量之间的对应关系预先以表格的形式进行存储；参数值检测部，该参数值检测部检测一个以上的参数的值；以及磁体温度推定部，该磁体温度推定部基于由参数值检测部检测出的一个以上的参数、和存储于参照数据库的表格，对由高次分量检测部检测出的高次分量所对应的磁体温度进行推定。

另外，本发明所涉及的永磁体电动机的磁体温度推定方法中，该永磁体电动机由卷绕有绕组的圆环状定子、和具有永磁体的转子芯部构成，所述永磁体电动机的磁体温度推定方法包括：电压检测步骤，该电压检测步骤检测向绕组通电时的电压；高次分量检测步骤，该高次分量检测步骤检测电压检测步骤中检测出的电压的高次分量；存储步骤，该存储步骤将由磁体温度和其他一个以上的参数构成的两个以上的参数作为会对检测高次分量的电压带来影响的参数并将所述两个以上的参数与高次分量之间的对应关系预先以表格的形式存储于存储部；参数值检测步骤，该参数值检测步骤检测一个以上的参数的值；以及磁体温度推定步骤，该磁体温度推定步骤基于参数值检测步骤中检测出的一个以上的参数、和存储步骤中存储于存储部的表格，对高次分量检测步骤中检测出的高次分量所对应的磁体温度进行推定。

发明效果

根据本发明，通过使用相对于磁体温度的变化率较大的电压的高次分量的检测结果来进行磁体温度推定，从而可得到能够高精度地推定磁体温度而不基于基波分量的永磁体电动机的磁体温度推定装置及永磁体电动机的磁体温度推定方法。

附图说明

图1是本发明的实施方式1中的磁体温度推定装置的框图。

图2是表示本发明的实施方式1中的预先存储于参照数据库中的多个表格的具体示例的图。

图3是本发明的实施方式1中的电磁场分析所使用的旋转电机的概要图。

图4A是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的基波分量相对于磁体温度的变化率的图。

图4B是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的5次分量相对于磁体温度的变化率的图。

图4C是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的7次分量相对于磁体温度的变化率的图。

图4D是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的11次分量相对于磁体温度的变化率的图。

图4E是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的13次分量相对于磁体温度的变化率的图。

图5是本发明的实施方式2中的磁体温度推定装置的框图。

具体实施方式

下面，对于本发明的永磁体电动机的磁体温度推定装置及永磁体电动机的磁体温度推定方法的优选实施方式，使用附图进行说明。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1中的磁体温度推定装置的框图。图1所示的本实施方式1中的磁体温度推定装置包括电压检测部1、高次分量检测部2、参照数据库3、参数值检测部4、和磁体温度推定部5而构成。

电压检测部1检测旋转电机(永磁体电动机)的线间电压或相间电压。作为其检测方法，例如可采用从控制系统中的电压指令值进行检测的方法、或者使用实测到的数值的方法等。

由电压检测部1检测出的电压被发送至高次分量检测部2。然后，高次分量检测部2计算出由电压检测部1检测出的电压的高次分量。作为其计算方法，例如可采用通过傅立叶变换求出的方法、利用带通滤波器提取出特定频率分量的方法等。

另外，参照数据库3是预先存储有多个表格的存储部，该多个表格中对磁体温度、旋转速度、线圈温度、电流、电流相位等会给电压检测部1所检出的电压带来影响的参数、与电压的高次分量之间的对应关系进行了规定。

图2是表示本发明的实施方式1中的预先存储于参照数据库3中的多个表格的具体示例的图。图2中，作为具体示例，示出了由n种旋转速度ω1～ωn、和m种磁体温度T1～Tm的组合构成的n×m个表格。而且，各个表格中以二维表格的形式预先规定了将d轴电流id和q轴电流iq这两个电流作为参数时的电压的高次分量的测定结果。

因而，利用预先存储于参照数据库3的多个表格，可以确定一个与旋转速度、磁体温度、d轴电流id、q轴电流iq这四个参数相对应的电压的高次分量。

另外，参数值检测部4是对磁体温度的推定所使用的参数进行检测的单元。具体而言，参数值检测部4分别如下所述能够检测出旋转速度、d轴电流id、q轴电流iq这三个参数。参数值检测部4通过使用旋转变压器等旋转位置传感器，从而检测出旋转速度。而且，参数值检测部4获取d轴电流id和q轴电流iq以作为电流指令值或实测值。

磁体温度推定部5基于由高次分量检测部2检测出的电压的高次分量、由参数值检测部4检测出的旋转速度、d轴电流id、q轴电流iq这三个参数、和存储于参照数据库3的多个表格，来求出磁体温度的推定值。

具体而言，磁体温度推定部5例如能够以如下次序来推定磁体温度。

(次序1)磁体温度推定部5对于存储于参照数据库3的n×m个表格中的各个表格，分别提取出与由参数值检测部4检测出的d轴电流id、q轴电流iq相对应的电压的高次分量(n×m个)。

(次序2)磁体温度推定部5对于由次序1提取出的n×m个电压的高次分量，将其限定为从与参数值检测部4所检测出的旋转速度相对应的m个表格中提取出的m个电压的高次分量。

(次序3)磁体温度推定部5对于由次序2所限定的m个电压的高次分量，确定具有与高次分量检测部2所计算出的电压的高次分量最接近的值的表格，将与该表格相对应的磁体温度作为磁体温度的推定值。

此外，上述的次序只是一个示例，可改变次序1～3的顺序，来得到磁体温度的推定值。

作为使用电压的高次分量的优点，可举出如下方面：与使用电压的基波分量的情况相比，电压相对于磁体温度的变化率较大，因此能够高精度地进行测量。因此，使用电磁场分析可证实这种优点，下面进行详细说明。

图3是本发明的实施方式1中的电磁场分析中所使用的旋转电机的概要图。图3所示的旋转电机包括定子10和转子20。本实施方式1中，以8极12槽的结构为例进行说明，但对于极数和槽数的组合等旋转电机的形状，并不局限于此。

定子10具有圆环状的定子芯部11、和卷绕于定子芯部11的线圈12。另一方面，转子20由埋设有永磁体30的转子芯部21构成。

图3的旋转电机的主要规格如下所述。

定子10的外径φ138

转子20的外径φ90

轴长：50mm

永磁体30的剩余磁通密度：1.2T(常温)

1.1T(100℃)

1.0T(180℃)

接着，示出电磁场分析的分析条件。

磁体温度：常温、100℃、180℃这三种模式

输入电流：3000AT

对于分析结果，使用图4A～图4E进行说明。

图4A～图4E是表示本发明的实施方式1所涉及的电磁场分析中线间电压的各分量(基波、5次、7次、11次、13次)相对于磁体温度的变化率的图。更具体而言，在通电了3000AT时，图4A表示与线间电压的基波分量相关的变化率，图4B表示与线间电压的5次分量相关的变化率，图4C表示与线间电压的7次分量相关的变化率，图4D表示与线间电压的11次分量相关的变化率，而且，图4E表示与线间电压的13次分量相关的变化率。

而且，这些图4A～图4E中，横轴表示磁体温度，纵轴表示线间电压的比率。这里，纵轴的线间电压的比率是表示磁体温度为100℃、180℃时线间电压的值在以磁体常温时的线间电压作为基准时的变化率。另外，这些图4A～图4E对于使电流相位β变为0、20、40、60、80度时的五种情况，示出了进行变化率分析后的结果。

由这些图4A～图4E所示的分析结果可知如下情况。

(1)可知图4B～图4E所示的线间电压的高次分量(5次、7次、11次、13次)的变化率在任一电流相位β下都比图4A所示的线间电压的基波分量的变化率要大。因而，相比于基波分量，高次分量由于相对于磁体温度的变化较大，因此可以说是对于磁体温度推定而言更合适的参数。

(2)在检测高次分量的情况下，也可如“5次和7次”、“7次和11次和13次”那样，不只是使用一个分量，而是使用多个分量。而且，通过使用多个参数，从而磁体温度推定方法更加多样化，因此能够基于多个推定值进行更高精度的磁体温度推定。此外，对于该推定方法的详细情况，将在实施方式2、3中进行后述。

(3)本次的分析中，作为高次分量，验证了5次、7次、11次、13次的各分量的数据。然而，由于11次分量、13次分量的频率是基波分量的大约12倍，因此在进行除了极低速区域以外的测量时，需要使采样非常细。若考虑这一点，由于5次分量或7次分量在所存在的高次分量(不存在线间电压为偶数次和3的倍数的分量)中属于频率比较低的种类，因此测量比较容易，可以说较为实用。

(4)以上对检测高次分量的优越性进行了阐述，而尽管图4A所示的基波分量的变化率较小，但由于频率较低，因此具有容易检测的优点。因此，通过不仅采用高次分量，而且还组合利用基波分量的推定结果，从而能够增加磁体温度推定方法的多样性，使检测变得容易。

(5)作为所检测的电压，如上所述，既可为相电压也可为线间电压。其中，在实际测量相电压的情况下，需要引出中性点。因此，线间电压具有更容易实际测量的优点。其中，在从指令值推定电压值的情况下，相电压和线间电压的使用容易度都相同。

如上所述，根据实施方式1，使用相对于磁体温度的变化率较大的电压的高次分量来进行磁体温度的推定。具体而言，作为会对检测高次分量的电压带来影响的参数，采用由磁体温度和其他一个以上的参数构成的两个以上的参数。另外，基于实际的测量结果或分析结果，将该两个以上的参数与电压的高次分量之间的对应关系预先制成表格。

然后，基于磁体温度以外的参数值的检测结果、电压的高次分量的提取结果、以及与电压的高次分量相关联地表格化后的数据，来推定磁体温度。其结果是，通过使用相对于磁体温度的变化率较大的电压的高次分量来进行推定，从而能够实现可高精度地推定磁体温度的磁体温度推定，而不只是基于基波分量。

此外，实施方式1的说明中，对于使用旋转速度、d轴电流id、q轴电流iq作为会对检测高次分量的电压带来影响的磁体温度以外的参数的情况进行了说明。然而，本申请发明中，磁体温度以外的参数的数量、或作为参数采用的物理量并不局限于此。本发明的技术特征在于，着眼于相对于磁体温度的变化率较大的电压的高次分量，通过利用该高次分量的检测结果来高精度地推定磁体温度。而且，作为会对高次分量的检测带来影响的其他参数而附带选定的参数不局限于实施方式1所例示的参数。

实施方式2.

本实施方式2中，说明了以下永磁体电动机的磁体温度推定装置：即，对于作为电压的高次分量，通过如“5次和7次”、“7次和11次和13次”那样，不只是使用一个高次分量，而是使用多个高次分量，从而能够实现磁体温度的推定精度的提高。

图5是本发明的实施方式2中的磁体温度推定装置的框图。若与之前的实施方式1中的图1的框图进行比较，则不同点在于，图5所示的框图具有单独推定部51和整合推定部52以作为磁体温度推定部5的内部结构。因此，下面以新的构成要件即单独推定部51和整合推定部52为中心进行说明。

磁体温度推定部5内的单独推定部51对于电压的多个高次分量，分别利用之前的实施方式1中说明的推定方法来计算单独的磁体温度推定值。以下的说明中，作为一个示例，说明单独推定部51对于5次分量、7次分量、11次分量这三个分量分别推定了磁体温度推定值的情况。

接着，磁体温度推定部5内的整合推定部52通过对单独推定部51所推定的关于三个分量的各磁体温度推定值进行整合处理，从而确定一个磁体温度推定值。例如，整合推定部52通过求出三个分量的平均值或者采用中间值，从而确定一个磁体温度推定值。

如上所述，根据实施方式2，基于对多个高次分量分别推定的磁体温度，来确定一个磁体温度推定值。其结果是，能够抑制各分量的测定偏差，能够实现推定精度的进一步提高。

实施方式3.

实施方式3中，对于通过使用多个分量并利用与之前的实施方式2不同的方法来力图提高磁体温度的推定精度的情况进行说明。此外，本实施方式3中的磁体温度推定装置的框图与之前的实施方式2中的图5所示的框图相同。

会对检测高次分量的电压带来影响的参数如之前的实施方式1所说明的那样，除了磁体温度以外，还存在旋转速度、线圈温度、电流、电流相位等多个参数。因此，由磁体温度推定部5推定的磁体温度对于某一个高次分量而言并不一定是1个，也有存在多个的情况。

具体而言，假设单独推定部51中，对于5次分量求出90℃和120℃这两个推定值，对于7次分量求出90℃的推定值。在这种情况下，通过加入“在一个分量推定出两个以上的磁体温度的情况下，与其他分量共有(或包含于预定范围内)的温度为真”这一逻辑，从而整合推定部52能够将推定值限定为90℃。

如上所述，根据实施方式3，即使在对于一个高次分量推定出两个以上的磁体温度的情况下，通过与对于其他高次分量推定出的磁体温度进行比较，也可以确定一个磁体温度推定值。其结果是，能够减少磁体温度推定的差错，能够实现推定精度的进一步提高。

Claims (12)

1.一种永磁体电动机的磁体温度推定装置，

该永磁体电动机由卷绕有绕组的圆环状定子、和具有永磁体的转子芯部构成，所述永磁体电动机的磁体温度推定装置的特征在于，包括：

电压检测部，该电压检测部检测向所述绕组通电时的电压；

高次分量检测部，该高次分量检测部检测由所述电压检测部检测出的所述电压的高次分量；

参照数据库，该参照数据库将由不包含磁体温度的一个以上的参数、和磁体温度构成的参数组作为会对检测所述高次分量的所述电压带来影响的所述参数组，并将所述参数组与所述高次分量之间的对应关系预先以表格的形式进行存储；

参数值检测部，该参数值检测部检测不包含所述磁体温度的所述一个以上的参数的值；以及

磁体温度推定部，该磁体温度推定部基于由所述参数值检测部检测出的所述一个以上的参数、和存储于所述参照数据库的所述表格，对由所述高次分量检测部检测出的所述高次分量所对应的磁体温度进行推定，

所述一个以上的参数包括所述永磁体电动机的旋转速度、线圈温度、电流、电流相位中的至少任一个而构成。

2.如权利要求1所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部针对由所述电压检测部检测出的所述电压检测多个高次分量，

所述参照数据库存储与所述多个高次分量分别相对应的各个表格，

所述磁体温度推定部基于由所述参数值检测部检测出的所述一个以上的参数、和存储于参照数据库的所述各个表格，对与所述多个高次分量分别相对应的多个磁体温度进行推定，并基于推定出的所述多个磁体温度来确定一个磁体温度推定值。

3.如权利要求1所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部所检测的所述高次分量包含5次分量或7次分量。

4.如权利要求2所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部所检测的所述高次分量包含5次分量或7次分量。

5.如权利要求1所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部针对由所述电压检测部检测出的所述电压进一步检测基波分量，

所述参照数据库进一步存储与所述基波分量相对应的基波分量用表格，

所述磁体温度推定部在推定与由所述高次分量检测部检测出的所述高次分量相对应的磁体温度时，还参照与由所述高次分量检测部检测出的所述基波分量相对应地推定出的磁体温度。

6.如权利要求2所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部针对由所述电压检测部检测出的所述电压进一步检测基波分量，

所述参照数据库进一步存储与所述基波分量相对应的基波分量用表格，

所述磁体温度推定部在推定与由所述高次分量检测部检测出的所述高次分量相对应的磁体温度时，还参照与由所述高次分量检测部检测出的所述基波分量相对应地推定出的磁体温度。

7.如权利要求3所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部针对由所述电压检测部检测出的所述电压进一步检测基波分量，

所述参照数据库进一步存储与所述基波分量相对应的基波分量用表格，

所述磁体温度推定部在推定与由所述高次分量检测部检测出的所述高次分量相对应的磁体温度时，还参照与由所述高次分量检测部检测出的所述基波分量相对应地推定出的磁体温度。

8.如权利要求4所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述高次分量检测部针对由所述电压检测部检测出的所述电压进一步检测基波分量，

所述参照数据库进一步存储与所述基波分量相对应的基波分量用表格，

所述磁体温度推定部在推定与由所述高次分量检测部检测出的所述高次分量相对应的磁体温度时，还参照与由所述高次分量检测部检测出的所述基波分量相对应地推定出的磁体温度。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述电压检测部检测线间电压以作为向所述绕组通电时检测的所述电压。

10.如权利要求2所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述磁体温度推定部通过求出与所述多个高次分量分别相对应地推定出的多个磁体温度的平均值，从而确定所述一个磁体温度推定值。

11.如权利要求2所述的永磁体电动机的磁体温度推定装置，其特征在于，

所述磁体温度推定部在对于所述多个高次分量中的某一分量推定出两个以上的磁体温度的情况下，将所述两个以上的磁体温度中与对于其他分量推定出的磁体温度相差预定量以上的推定值作为误推定而将其删除。

12.一种永磁体电动机的磁体温度推定方法，该永磁体电动机由卷绕有绕组的圆环状定子、和具有永磁体的转子芯部构成，所述永磁体电动机的磁体温度推定方法的特征在于，包括：

电压检测步骤，该电压检测步骤检测向所述绕组通电时的电压；

高次分量检测步骤，该高次分量检测步骤检测所述电压检测步骤中检测出的所述电压的高次分量；

存储步骤，该存储步骤将由不包含磁体温度的一个以上的参数、和磁体温度构成的参数组作为会对检测所述高次分量的所述电压带来影响的所述参数组，并将所述参数组与所述高次分量之间的对应关系预先以表格的形式存储于存储部；

参数值检测步骤，该参数值检测步骤检测不包含所述磁体温度的所述一个以上的参数的值；以及

磁体温度推定步骤，该磁体温度推定步骤基于所述参数值检测步骤中检测出的所述一个以上的参数、和所述存储步骤中存储于所述存储部的所述表格，对所述高次分量检测步骤中检测出的所述高次分量所对应的磁体温度进行推定，

所述一个以上的参数包括所述永磁体电动机的旋转速度、线圈温度、电流、电流相位中的至少任一个而构成。