CN103326654B - 同步电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步电机控制装置，在驱动具有永磁体的同步电机时，不需要直接在永磁体上安装温度检测器就可以高精度地推定永磁体的温度或磁通的值。该同步电机控制装置包括磁体状态推定单元(7)、(7a)，该磁体状态推定单元(7)、(7a)推定构成同步电机(1)的磁场的永磁体的温度或磁通，所述磁体状态推定单元(7)、(7a)基于所述转子位置和进行推定后得到的γ轴，将电枢电流坐标变换为由γ轴和与其正交方向即δ轴形成的γ-δ轴上的电流，并基于对同步电机1的控制指令和所述γ-δ轴上的电流来推定所述永磁体的温度或磁通。

Description

同步电机控制装置

技术领域

本发明涉及同步电机控制装置，该同步电机控制装置具备驱动同步电机的功率转换单元。

背景技术

众所周知，在具有逆变器等功率转换单元的同步电机控制装置中控制具有作为磁场磁体的永磁体的同步电机，此时，伴随着因对同步电机的电枢通电等而引起的温度上升，会发生被称为“退磁”的现象，即磁场永磁体的磁化强度即磁通减少的现象，进一步还会产生被称为“不可逆退磁”的现象，即如果超过允许温度，则即使温度下降到常温磁通也无法恢复到发生退磁前的状态的现象。

因此，在控制具有作为磁场磁体的永磁体的同步电机时，需要控制成至少将永磁体的温度抑制在发生不可逆退磁的允许温度以下。然而，由于同步电机结构上的空间问题、四周被壳体保护等原因，很难直接在永磁体上安装温度检测器，而且，多数具有作为磁场磁体的永磁体的同步电机在转子侧的内部具有永磁体，这也成为了进一步阻碍安装温度检测器的主要因素。因此，需要一种通过某种方法来间接地测定或者推定永磁体的温度或者与永磁体温度有关的磁通的技术。

作为解决该课题的同步电机控制装置的一个例子，现有技术揭示了一种装置(例如，参照专利文献1)，该装置基于从检测在逆变器和电枢绕组之间所交换的电流的电流传感器，检测电枢绕组的温度并用于校正电枢绕组的电阻值的温度传感器，以及用于检测磁场的磁极位置的磁极位置传感器中得到的电流、温度、转速等各个信息，通过由同步电机(旋转电机)的模型和比例积分器构成的磁通自适应观测器，从磁场永磁体获得与电枢绕组交链的磁通的值。

作为同样的控制装置的其它例子，现有技术还揭示了一种装置(例如，参照专利文献2)，该装置具有磁体温度推定部，该磁体温度推定部在对电枢绕组(定子绕组)通电时，首先，从存储在基准励磁电流映射中的多个电源电压的每个映射数据中，选择与从电压检测器输出的电池的端子电压相对应的映射数据，并从所选择的映射数据中包含的多个规定基准磁体温度的每个映射数据中，选择与由转矩传感器检测出的转矩、由角度运算部输出的转速及q轴电流(在本发明的后文中是指励磁电流)相对应的映射数据，将与所选择的映射数据相对应的规定基准磁体温度设定为磁体温度的推定值。

此外，作为同样的控制装置的其它例子，现有技术还揭示了一种装置(例如，参照专利文献3)，该装置基于同步电机的转速、基波电流或其指令值、以及具有基波频率整数倍的频率的高次谐波电压指令值，计算由同步电机的永磁体所产生的电枢交链磁通，并且参照永磁体温度与电枢交链磁通对应的表格，来推定与电枢交链磁通运算值相对应的永磁体的温度。

而且，作为同样的控制装置的其它例子，现有技术还揭示了一种装置(例如，参照专利文献4)，该装置具有检测永磁体(型)同步电动机的输入电压的电压检测器、从电压检测器的输出中提取q轴电压并输出的电压分量转换器、以及检测转速的速度检测器，还具有在设定存储单元中设定并存储永磁体型同步电动机的一次电阻，并根据d轴电流、q轴电流、q轴电压、转速、设定存储单元的一次电阻和磁通来推定永磁体型同步电动机的温度变化的温度推定器。

此外，专利文献5及专利文献6揭示了基于对同步电机的电压指令、电枢电流等，通过计算同步电机的转子位置来进行推定的例子。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2010-110141号公报

专利文献2：日本专利特许第4652176号公报

专利文献3：日本专利特开2003-235286号公报

专利文献4：日本专利特许第4548886号公报

专利文献5：日本专利特许第4672236号公报

专利文献6：国际专利公开WO2010/109528公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在专利文献1所示的现有装置中，当通过磁通自适应观测器从磁场永磁体获取与电枢绕组交链的磁通的值时，由于使用了基于检测电枢绕组的温度的温度传感器的输出而被校正的电枢绕组的电阻，因此存在需要用于检测电枢绕组温度的温度传感器，且控制装置的结构部件必然会增加的问题。

在专利文献2所示的现有装置中，由于随着磁体温度的改变，测定包括转矩、转速及电源电压的大量参数以生成磁体温度推定用的大量映射数据，因此存在需要花费巨大劳力来生成这些映射数据的问题。

在专利文献3所示的现有装置中，由于控制的高次谐波具有原本对同步电机的驱动非必要的基波分量的基波频率的整数倍的频率，因此存在该高次谐波可能会给同步电机的控制性能带来影响的问题。

在专利文献4所示的现有装置中，由于是电压分量也会带来严重影响的方式，因此存在需要电压检测器而导致控制装置的结构部件增加的问题。此外，在该专利文献4中虽然记载了推定同步电动机的输入电压的内容，但并未详细揭示推定方法。

本发明为解决现有的同步电机控制装置中的上述课题，其目的在与提供一种同步电机控制装置，该同步电机控制装置在驱动具有磁场永磁体的同步电机时，不需要直接在永磁体上安装温度检测器就可以高精度地推定永磁体温度或磁通值。

[用于解决问题的方法]

本发明所涉及的同步电机控制装置的特征在于，包括：

功率转换单元，该功率转换单元基于电压指令对具有构成磁场的永磁体的同步电机1输出电压；

电流检测单元，该电流检测单元检测所述同步电机的电枢电流；

电压指令运算单元，该电压指令运算单元基于控制指令来计算所述电压指令；

位置检测单元，该位置检测单元推定或者检测所述同步电机的转子位置；

磁通推定器，该磁通推定器至少基于所述电枢电流和所述电压指令中的任何一个来推定所述同步电机的总电枢交链磁通的产生方向即γ轴；以及

磁体状态推定单元，该磁体状态推定单元推定所述永磁体的温度或磁通，

所述磁体状态推定单元基于所述转子位置和进行推定后得到的所述γ轴，将所述电枢电流坐标变换为由γ轴和与其正交方向即δ轴形成的γ-δ轴上的电流，并基于所述控制指令和所述γ-δ轴上的电流来推定所述永磁体的温度或磁通。

[发明的效果]

根据本发明所涉及的同步电机控制装置，不需要直接在永磁体上安装温度检测器，能以较少的映射数据来推定不易受功率转换单元的电压输出精度的影响且精度良好的永磁体温度或磁通，并能同时驱动同步电机。

附图说明

图1是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式1中的同步电机控制装置的系统结构图。

图2是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式1中的同步电机控制装置的变形例的系统结构图。

图3是磁场中具有永磁体的同步电机的矢量图。

图4是表示本发明实施方式1中同步电机控制装置的磁体状态推定单元结构的一个示例的结构图。

图5是说明在规定的d-q坐标轴电流指令条件下γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ和永磁体温度的关系的特性图。

图6是在磁场中具有永磁体的同步电机的矢量图中，表示基准状态下的矢量图和相对于基准状态、在d-q坐标轴电流指令为一定的条件的情况下发生退磁时的矢量图的差异的说明图。

图7是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式2所涉及的同步电机控制装置的系统结构图。

图8是表示本发明实施方式2的同步电机控制装置中的电压指令运算单元结构的一个示例的系统图。

图9是表示本发明实施方式2中同步电机控制装置的磁体状态推定单元结构的一个示例的结构图。

图10是说明在规定的总电枢交链磁通指令Φ*、δ轴电流指令Iδ*条件下γ轴电流Iγ和永磁体温度的关系的特性图。

图11是在磁场中具有永磁体的同步电机的矢量图中，表示基准状态下的矢量图和相对于基准状态、在总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*为一定的条件的情况下发生退磁时的矢量图的差异的说明图。

图12是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式3中的同步电机控制装置的系统结构图。

图13是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式3中的同步电机控制装置的变形例的系统结构图。

图14是表示图13所示的控制指令生成器的结构的一个示例的结构图。

图15是说明图14所示的磁通指令产生器中δ轴电流指令Iδ*和磁通指令Φ*的关系的示意图。

图16是表示图13所示的控制指令生成器的其它结构示例的结构图。

图17是说明图16所示的磁通指令生成器中转矩指令τ0*和磁通指令Φ*的关系的示意图。

图18是表示本发明实施方式4的同步电机控制装置中、磁体温度推定器的一个结构示例的结构图。

图19是表示本发明实施方式4的同步电机控制装置中、磁体温度推定器的其它示例的结构图。

图20是示出了本发明实施方式4的同步电机控制装置中，在磁体状态参照单元72中设立表示γ-δ坐标轴上的电流和永磁体温度(磁通)之间的关系的映射或公式的控制指令条件的一个示例的说明图。

图21是表示本发明实施方式4的同步电机控制装置中、对永磁体温度(磁通)进行推定动作的速度范围的结构图。

图22是本发明实施方式5的同步电机控制装置中，在磁场中具有永磁体的同步电机不通电时的矢量图。

图23是本发明实施方式6的同步电机控制装置中，将δ轴上的电流控制为零时的矢量图。

图24是表示在本发明实施方式6的同步电机控制装置中，δ轴电流指令Iδ*或转矩指令τ*和推定永磁体温度或磁通的操作时序的时序图的一个示例的图。

标号说明

1同步电机

2功率转换单元

3电流检测单元

4、4a电压指令运算单元

5、5a位置检测单元

6、6a磁通推定器

7、7a磁体状态推定单元

8、8a控制指令运算单元

11a、11b、11c、11d坐标变换器

12电源

41γ轴电流指令产生器

42γ-δ坐标轴电压指令生成器

71、71a、71b、71c磁体温度推定器

72a、72b、72c、72d、72e、72f磁体状态参照单元

81转矩指令限制器

82、82a、82b控制指令生成器

83δ轴电流指令生成器

84、84a磁通指令生成器

85δ轴电流指令限制器

具体实施方式

实施方式1

下面，对本发明实施方式1中的同步电机控制装置的结构及各结构要素的功能进行说明。图1是在包含同步电机的情况下、表示本发明实施方式1中的同步电机控制装置的系统结构图。另外，本发明中的同步电机1具有磁场永磁体。

首先，有关用于驱动本发明实施方式1的同步电机控制装置中的同步电机所必须的结构，按顺序对从功率转换单元的输出侧到功率转换单元的输入侧、即生成电压指令的流程进行说明。图1中，具有磁场永磁体的同步电机1由本发明实施方式1中的同步电机控制装置进行控制。该同步电机控制装置包括：输入侧连接至电源12且输出侧连接至同步电机1的电枢绕组的功率转换单元2，检测同步电机1的电枢电流的电流检测单元3，电压指令运算单元4，位置检测单元5，磁通推定器6，磁体状态推定单元7，第一坐标变换器11a，以及第二坐标变换器11b。

电源12由输出直流电压的电源或者电池构成。通过公知的整流器从单相或者三相交流电源得到直流电压的装置也包含在电源12的概念中。功率转换单元2包括公知的基于PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制的逆变器，将连接至输入侧的电源12产生的直流电转换为多相交流电，并将该多相交流电提供给同步电机1的电枢绕组。更详细而言，功率转换单元2基于从后文所述的由电压指令运算单元4得到的电压指令、严格来说是对从电压指令运算单元4输出的电压指令进行坐标变换后得到的多相交流电压指令，产生多相交流电压，并将该多相交流电压施加在同步电机1的电枢绕组上以驱动同步电机1。其结果是，在同步电机1的电枢绕组中产生了输出电流。下文将该电枢绕组中产生的输出电流表述为电枢电流。

同步电机1的输出电流即电枢电流由电流传感器等构成的电流检测单元3进行检测。在同步电机1为三相同步旋转电机的情况下，电流检测单元3可以是检测同步电机1的三相电枢电流iu、iv、iw中所有相位的电枢电流的结构，也可以是对于一个相位(例如w相)的电枢电流iw，使用检测出的另外两相的电枢电流iu、iv、通过[iw=-iu-iv]的关系来求得，即检测两个相位的电枢电流的结构。另外，电流检测单元3除了由直接检测同步电机1各相的电枢电流的电流传感器结构以外，也可以使用从电源12和功率转换单元2之间流过的DC链路电流来检测电枢电流的公知技术。

位置检测单元5由公知的旋转变压器、编码器等构成，检测同步电机1的转子位置θ。此处，同步电机1的转子位置θ指构成磁场的永磁体的N极方向相对于以u相电枢绕组为基准的轴的角度，一般而言，将以同步电机1的转速(记为电角频率ω)旋转的旋转双轴坐标(下文表述为d-q坐标轴)的d轴设为上述永磁体的N极方向，将q轴设为相对于该d轴旋转90°的正交方向。下文的说明也基于此内容。

图2是在包含同步电机的情况下、表示本发明实施方式1中的同步电机控制装置的变形例的系统结构图。上述图1中的位置检测单元5使用公知的旋转变压器、编码器等来检测同步电机1的转子位置θ，而如图2所示的同步电机控制装置包括位置检测单元5a，该位置检测单元5a应用公知的自适应观测器，基于电压指令、电枢电流等，通过运算来推定转子位置θ。该位置检测单元5a的结构例如可以用专利文献5或者专利文献6中所示的结构来实现，因此此处省略说明。另外，图1和图2的区别仅在于位置检测单元5(5a)所涉及的部分，其它结构相同。

坐标变换器11a基于转子位置θ通过下述公式(1)的运算将同步电机1的电枢电流iu、iv、iw变换为d-q坐标轴上的电流Id、Iq。

[数学式1]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\sqrt{\frac{2}{3}}& -\frac{1}{\sqrt{6}}& -\frac{1}{\sqrt{6}}\\ 0& -\frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}\mathrm{iu}\\ \mathrm{iv}\\ \mathrm{iw}\end{array}\right]$

···(公式1)

电压指令运算单元4输出d-q坐标轴上的电压指令Vd*、Vq*以使d-q坐标轴上的电流Id、Iq与所需的控制指令(此处为电流指令Id*、Iq*)一致。在进行电流反馈控制的情况下，基于d-q坐标轴上的电流指令Id*、Iq*和d-q坐标轴上的电流Id、Iq之间的偏差，根据下述公式(2)进行比例积分控制(PI控制)，生成d-q坐标轴上的电压指令(电流反馈控制指令)Vd*、Vq*。

[数学式2]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Vd}*(\mathrm{Kpd}+\frac{\mathrm{Kid}}{s})(\mathrm{Id}*\mathrm{Id})\\ \mathrm{Vq}*=(\mathrm{Kpq}+\frac{\mathrm{Kiq}}{s})(\mathrm{Iq}*\mathrm{Iq})\end{array}\right.$

···(公式2)

式中，Kpd为电流控制d轴比例增益、Kid为电流控制d轴积分增益、Kpq为电流控制q轴比例增益、Kiq为电流控制q轴积分增益、s为拉普拉斯算子。另外，拉普拉斯算子s的倒数1/s为单次的时间积分。

然而，在当高速驱动时、功率转换单元2例如公知的PWM控制逆变器的载波频率与同步电机1的转速(电角频率)ω的比值较小的情况下，若施加在同步电机1各相上的交流电压的一个周期内功率转换单元2的开关元件的开关次数变少，则无法对为了使同步电机1的电流跟随所需的电流指令而必须的电压指令进行更新，导致很难进行电流反馈控制。在这种情况下，可以进行电压前馈控制。为了进行电压前馈控制，需要将图1或图2中未作为电压指令运算单元4的输入而记载的转速ω输入至电压指令运算单元4。转速ω可以通过对位置检测单元5或5a中检测出的转子位置θ进行微分运算得到。

在进行电压前馈控制的情况下，基于d-q坐标轴上的电流指令Id*、Iq*、转速ω、永磁体磁通Φm，通过下述公式(3)生成d-q坐标轴上的电压指令(电压前馈控制指令)Vd*、Vq*。

[数学式3]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Vd}*=R\·\mathrm{Id}*-\mathrm{\ω}\·\mathrm{Lq}\·\mathrm{Iq}*\\ \mathrm{Vq}*=R\·\mathrm{Iq}*+\mathrm{\ω}\·(\mathrm{Ld}\·\mathrm{Id}*+\mathrm{\Φm})\end{array}\right.$

···(公式3)

式中，Ld为d轴方向的电感(下文表述为d轴电感)、Lq为q轴方向的电感(下文表述为q轴电感)、R为电阻(主要为同步电机1的电枢绕组的电阻，在同步电机1和功率转换单元2之间布线电阻的影响大到不能忽略的情况下，也将该布线电阻考虑在内)。

另外，公式(3)的永磁体磁通Φm可以在驱动开始时先设为基准值等规定的值，再将通过实施本发明实施方式1中的同步电机控制装置得到的永磁体磁通推定值Φmag作为新的Φm，并以递归方式逐次更新。

公式(3)中，该运算中使用的d-q坐标轴电流全部为指令值Id*、Iq*，但也可以使用d-q坐标轴上的电流Id、Iq，或者Id*和Id的平均值、Iq*和Iq的平均值来代替。

此外，通常仅使用电流反馈控制或者电流反馈控制和电压前馈控制并用，在难以进行电流反馈控制的运转条件下，可以使电流反馈控制无效，仅进行电压前馈控制。

将从电压指令运算单元4输出的d-q坐标轴上的电压指令Vd*、Vq*基于转子位置θ，在坐标变换器11b中通过下述公式(4)的运算变换为电压指令vu*、vv*、vw*，然后输出至功率转换单元2。

[数学式4]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{vu}*\\ \mathrm{vv}*\\ \mathrm{vw}*\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{2}{3}}& 0\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vd}*\\ \mathrm{Vq}*\end{array}\right)$

···(公式4)

然而，在(4)式中，考虑到基于电流检测单元3所检测出的电枢电流iu、iv、iw值的控制运算反映到从功率转换单元2所输出的电压vu、vv、vw的控制运算延迟时间(浪费时间)，也可以以基于上述控制运算延迟时间的相位校正量Δθd1校正之后的相位对转子位置θ进行坐标变换。

功率转换单元2如上所述，基于电压指令vu*、vv*、vw*通过公知的PWM控制方式等对同步电机1施加电压vu、vv、vw。

以上为本发明实施方式1中的同步电机控制装置中驱动同步电机1所需的结构。接着，对作为本发明的实施方式1中的同步电机控制装置的特征的、用于推定同步电机1所具有的磁场永磁体的温度或磁通量所需的结构，即磁通推定器6和磁体状态推定单元7进行说明。

磁通推定器6，至少基于d-q坐标轴上的电压指令Vd*、Vq*推定总电枢交链磁通Φ的产生方向即γ轴，具体而言，推定d轴与所推定的总电枢交链磁通(矢量)Φ的方向所成的角度。总电枢交链磁通Φ是指上述永磁体产生的磁通(下文称为永磁体磁通)Φm和上述电枢电流产生的磁通(电枢反作用磁通)Φa的合成磁通，在本发明实施方式1中，将相对于上述γ轴旋转90°的正交方向定为δ轴。

图3是具有磁场永磁体的同步电机的矢量图，表示上述γ-δ坐标轴、和d轴与总电枢交链磁通Φ的方向所成的角度∠Φ0的关系。作为计算上述角度∠Φ0优选的一个方法，通过d-q坐标轴上的电流Id、Iq和总电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd、q轴分量Φq的关系式即下述公式(5)求得Φd、Φq，再基于下述公式(6)由求得的Φd、Φq来计算∠Φ0。

[数学式5]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Φd}=\mathrm{Ld}\·\mathrm{Id}+\mathrm{\Φm}\\ \mathrm{\Φq}=\mathrm{Lq}\·\mathrm{Iq}\end{array}\right.$

···(公式5)

[数学式6]

$\∠\mathrm{\Φ}0={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Φq}}{\mathrm{\Φd}}\right)$

···(公式6)

另外，可知由于磁饱和，公式(5)的运算中使用的d-q坐标轴电感Ld、Lq的值随着电枢电流而变化，例如可以将d-q坐标轴上的电流Id、Iq和d-q坐标轴电感Ld、Lq的关系以公式或者表格的形式进行储存，并根据电流使其变化，由此可以降低由电感变动而引起的磁通推定的误差。

此外，永磁体磁通Φm会根据温度而逐次变化，因此在驱动开始时先设为基准值等的规定值，再将通过实施本发明实施方式1中的同步电机控制装置而得到的永磁体磁通推定值Φmag作为新的Φm，以递归方式逐次更新。

此外，作为计算上述角度∠Φ0的另一个优选方法，通过d-q坐标轴上的电压Vd、Vq和总电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd、q轴分量Φq的关系式即下述公式(7)求得Φd、Φq，并基于下述公式(6)根据求得的Φd、Φq来计算角度∠Φ0。

[数学式7]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Φd}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{Vq}-(R+\mathrm{Lq}\·s)\mathrm{Iq}\}\widetilde{=}\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{Vq}*-R\·\mathrm{Iq}\}\\ \mathrm{\Φq}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{Vd}-(R+\mathrm{Ld}\·s)\mathrm{Id}\}\widetilde{=}\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{Vq}*-R\·\mathrm{Iq}\}\end{array}\right.$

···(公式7)

然而，在本发明实施方式1的图1、图2的结构中，由于d-q坐标轴上的电压Vd、Vq的实际值未知，因此使用d-q坐标轴上的电压指令Vd*、Vq*来代替d-q坐标轴上的电压Vd、Vq。此时，在开始驱动同步电机1之前，由于d-q坐标轴上的电压指令Vd*、Vq*为0，[Φd=Φq=0]，因此，在开始驱动同步电机1时，总电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd的初始值被赋予基准值等规定的永磁体磁通Φm。

此外，因为需要将图1或图2中未作为磁通推定器6的输入而记载的转速ω输入至磁通推定器6，所以与上述内容相同，使用位置检测单元5或5a所检测出的转子位置θ来进行微分运算以得到转速ω。在上述公式(7)中，也可以假设电流的变化是缓慢的，由此可以忽略包含拉普拉斯算子的项。

对于电阻R，因为电阻值根据同步电机1的温度而变化，所以也可以检测出同步电机1的温度后再校正电阻R的值，而且，在与电阻R有关的项比其它项小时，可以忽略包含此电阻的项，在计算上述角度∠Φ0时可以不使用与同步电机1的电枢电流有关的信息，由此实现运算的简化。

图4是表示本发明实施方式1的同步电机控制装置中的磁体状态推定单元结构的一个示例的系统结构图。本发明实施方式1的同步电机控制装置的特征之一的磁体状态推定单元7如图4所示，具有坐标变换器11c和磁体温度推定器71，当赋予其某一规定的控制指令(此处为规定的d-q坐标轴电流指令Id*、Iq*)时，基于γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ输出永磁体温度推定值Tmag。

坐标变换器11c基于磁通推定器6所求出的角度∠Φ0，利用下述公式(8)将d-q坐标轴上的电流Id、Iq变换为γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ。代替d-q坐标轴上的电流Id、Iq，也可以将d-q坐标轴上的电流指令Id*、Iq*变换为γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ。

[数学式8]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{I\γ}\\ \mathrm{I\δ}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos (\∠\mathrm{\Φ}0)& \sin (\∠\mathrm{\Φ}0)\\ -\sin (\∠\mathrm{\Φ}0)& \cos (\∠\mathrm{\Φ}0)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right)$

···(公式8)

另外，由公式(8)变换得到的γ轴电流Iγ和δ轴电流Iδ分别相当于操作同步电机1的总电枢交链磁通Φ的磁化电流和有助于同步电机1产生转矩的转矩电流。

磁体温度推定器71中预先存储了表示随着赋予其规定的d-q坐标轴电流指令Id*、Iq*时的温度变化而变化的、γ-δ坐标轴上电流Iγ、Iδ和永磁体温度(推定值)Tmag的关系的映射或者公式，若向其输入Iγ或者Iδ，则参照该映射或者公式，输出永磁体温度推定值Tmag。在通过预先解析等方法弄清同步电机1的特性(电感变化和磁体退磁特性)的情况下，可以使用同步电机1的特性数据来预先求得这些映射或者公式，在未弄清的情况下，也可以通过实际测定来获取特性数据。

图5是说明在规定的d-q坐标轴电流指令条件下γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ和永磁体温度的关系的特性图，表示了在规定的d-q坐标轴电流指令条件(例如，Id*：0[A]、Iq*：600[A])下γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ和永磁体温度的关系的一个示例。图5(A)示出了在将γ轴电流Iγ设为横轴、将永磁体温度(推定值)Tmag设为纵轴的情况下，永磁体温度Tmag对γ轴电流Iγ的特性。图5(B)示出了在将δ轴电流Iδ设为横轴、将永磁体温度(推定值)Tmag设为纵轴的情况下永磁体温度Tmag对δ轴电流Iδ的特性。

只要图5(A)或图5(B)的特性图中至少有一个时，可以通过将d-q坐标轴电流指令设定为例如Id*：0[A]、Iq*：600[A]，由此驱动同步电机1来推定永磁体温度Tmag。

在图4的结构中，磁体状态推定单元7的输出为永磁体温度推定值Tmag，但是永磁体温度推定值Tmag和永磁体磁通推定值Φmag之间是相关的，故可以通过事先掌握该相关关系，由此用永磁体磁通推定值Φmag来作为磁体状态推定单元7的输出。例如，在对应于温度上升10℃以1%的比例发生退磁的永磁体的情况下，将基准温度设为T0、将温度为T0时的(基准)永磁体磁通设为Φm0，此时永磁体温度推定值Tmag和永磁体磁通推定值Φmag的关系如下述公式(9)所示。

[数学式9]

Φmag＝Φm0·{1-(Tmag-T0)·0.001}

···(公式9)

接着，对在赋予其规定的d-q坐标轴电流指令Id*、Iq*时基于γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ来推定永磁体温度Tmag的原理进行说明。图6是在磁场中具有永磁体的同步电机的矢量图中，表示基准状态下的矢量图和相对于基准状态、在d-q坐标轴电流指令为一定的条件的情况下发生退磁时的矢量图的差异的说明图，图6(A)是基准状态，即，永磁体未发生退磁时的矢量图，图6(B)以图6(A)为基准，是控制指令，即该实施方式1中规定的d-q坐标轴电流指令Id*、Iq*处于一定(在进行所期望的控制的前提下d-q坐标轴电流Id、Iq保持一定)的稳定状态下，永磁体随着同步电机1的温度上升而发生退磁(磁体磁通减少ΔΦmag的量)时的矢量图。

如图6所示，由于退磁使总电枢交链磁通Φ的方向，即γ轴的方向变化，所以即使d-q坐标轴电流Id、Iq保持一定，如果将d-q坐标轴电流Id、Iq坐标变换到γ-δ坐标轴上，则退磁前后γ-δ坐标轴电流Iγ、Iδ将发生变化，通过掌握这种γ-δ坐标轴电流Iγ、Iδ的变化，就可以掌握永磁体磁通Φmag的变化，即永磁体温度Tmag的变化。

根据上述本发明实施方式1中的同步电机控制装置，不需要在永磁体上直接安装温度检测器，而且，因为基于γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ而非电压信息来推定同步电机1的永磁体温度(或者磁通)，所以不容易受到功率转换单元2的电压输出精度(例如，由逆变器的空载时间而引起的电压误差)的影响，具有可以高精度地推定永磁体的温度或磁通的效果。

此外，只要有至少一种映射数据，就可以进行这些推定，故具有可以以较少的映射数据来推定永磁体温度或磁通的效果。

实施方式2

接下来，对本发明实施方式2中的同步电机控制装置进行说明。图7是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式2所涉及的同步电机控制装置的系统结构图。在上述实施方式1中，将d-q坐标轴上的电流指令Id*、Iq*作为控制指令进行赋予，但在实施方式2中，将总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*作为控制指令赋予。此外，虽然没有特别图示，但在实施方式2中也可以包括如图2所示的由推定运算得到转子位置θ的位置检测单元5a。

下文以和实施方式1的不同部分为中心进行说明，对于相同部分会适当省略说明。首先，关于实施方式2中驱动同步电机1所必需的结构，对在基于转子位置θ通过上述公式(1)的运算将电枢电流iu、iv、iw变换为d-q坐标轴上的电流Id、Iq的处理之后，到功率转换单元2的输入侧即生成电压指令为止的流程进行说明。

图7中，磁通推定器6a在推定实施方式1中所示的、d轴与所推定的总电枢交链磁通Φ的方向所成的角度∠Φ0的基础上，还求得以总电枢交链磁通Φ的大小｜Φ｜和u相电枢绕组为基准而取的轴与所推定的总电枢交链磁通Φ的方向所成的角度∠Φ(下文表述为总电枢交链磁通Φ的相位)。具体而言，通过实施方式1所示的方法，推定总电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd和q轴分量Φq，基于下述公式(10)及公式(11)，求得总电枢交链磁通Φ的大小｜Φ｜和相位∠Φ。

[数学式10]

$\left|\mathrm{\Φ}\right|=\sqrt{{\mathrm{\Φd}}^2+{\mathrm{\Φq}}^2}$

···(公式10)

[数学式11]

$\∠\mathrm{\Φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Φq}}{\mathrm{\Φd}}\right)+\mathrm{\θ}=\∠\mathrm{\Φ}0+\mathrm{\θ}$

···(公式11)

图8是表示本发明实施方式2的同步电机控制装置中的电压指令运算单元结构的一个示例的系统图。如图8所示，电压指令运算单元4a具有γ轴电流指令生成器41和γ-δ坐标轴电压指令生成器42，该电压指令运算单元4a输出γ-δ坐标轴上的电压指令Vγ*、Vδ*，从而使总电枢交链磁通Φ和δ轴电流Iδ与所需的控制指令、此处为总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*一致。

γ轴电流指令生成器41基于磁通误差ΔΦ来生成γ轴电流指令Iγ*，由此将总电枢交链磁通误差ΔΦ调整为零。磁通误差ΔΦ为从总电枢交链磁通指令Φ*减去由上述公式(10)求得的总电枢交链磁通的大小｜Φ｜而算出的值，该计算式如下述公式(12)所示。

[数学式12]

ΔΦ＝Φ*-|Φ|

···(公式12)

由于γ轴电流Iγ为同步电机1的磁化分量即磁化电流，故可以利用γ轴电流来操作总电枢交链磁通。具体而言，磁化电流的增减量和总电枢交链磁通的增减量具有以γ轴方向电感Lγ为比例系数的比例关系，作为用于将磁通误差ΔΦ调整为零的控制器，优选例如积分器。

由此，使用如下述公式(13)所示的积分控制运算来生成γ轴电流指令Iγ*。

[数学式13]

$\mathrm{I\γ}*=\frac{\mathrm{Kf}\·\mathrm{\Δ\Φ}}{s}$

···(公式13)

式中，Kf为积分增益。

输出γ-δ坐标轴上的电压指令Vγ*、Vδ*，以使γ-δ坐标轴上的电流Iγ、Iδ与电流指令Iγ*、Iδ*一致。与实施方式1相同，γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ在后文所述的磁体状态推定单元7a中求得。在进行电流反馈控制的情况下，基于γ-δ轴上的电流Iγ*、Iδ*和γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ的偏差进行下述公式(14)的比例积分控制(PI控制)，生成γ-δ轴上的电压指令(电流反馈控制指令)Vγ*、Vδ*。

[数学式14]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{V\γ}*(\mathrm{Kp\γ}+\frac{\mathrm{Ki\γ}}{s})(\mathrm{I\γ}*-\mathrm{I\γ})\\ \mathrm{V\δ}*=(\mathrm{Kp\δ}+\frac{\mathrm{Ki\δ}}{s})(\mathrm{I\δ}*-\mathrm{I\δ})\end{array}\right.$

···(公式14)

式中，Kpγ为电流控制γ轴比例增益，Kiγ为电流控制γ轴积分增益，Kpδ为电流控制δ轴比例增益，Kiδ为电流控制δ轴积分增益。

与实施方式1的情况相同，在难以进行电流反控制的情况下，也可以进行电压前馈控制。然而，为了进行电压前馈控制，需要将图7中未作为电压指令运算单元4a的输入而记载的转速ω和电枢交链磁通的大小｜Φ｜输入至电压指令运算单元4a，如上所述，另行基于转子位置θ进行微分运算以预先求得转速ω。

进行电压前馈控制时，基于γ-δ轴上的电流指令Iγ*、Iδ*、转速ω和电枢交链磁通的大小｜Φ｜，通过下述公式(15)生成γ-δ轴上的电压指令(电压前馈控制指令)Vγ*、Vδ*。

[数学式15]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{V\γ}*=R\·\mathrm{I\γ}*\\ V\mathrm{\δ}*=R\·I\mathrm{\δ}*+\mathrm{\ω}\left|\mathrm{\Φ}\right|\end{array}\right.$

···(公式15)

公式(15)中，该运算中使用的γ-δ坐标轴电流均为指令值Iγ*、Iδ*，但也可以使用γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ、或Iγ*和Iγ的平均值、Iδ*和Iδ的平均值等来代替。此外，通常仅使用电流反馈控制、或者电流反馈控制和电压前馈控制并用，在难以进行电流反馈控制的运转条件下，可以使电流反馈控制无效，仅进行电压前馈控制。

在坐标变换器11d中利用下述公式(16)的运算，基于磁通推定器6a所推定的总电枢交链磁通Φ的相位∠Φ，将从电压指令运算单元4a输出的γ-δ轴上的电压指令Vγ*、Vδ*变换为电压指令vu*、vv*、vw*，并输出至功率转换单元2。

[数学式16]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{vu}*\\ \mathrm{vv}*\\ \mathrm{vw}*\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{2}{3}}& 0\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\cos (\∠\mathrm{\Φ})& -\sin (\∠\mathrm{\Φ})\\ \sin (\∠\mathrm{\Φ})& \cos (\∠\mathrm{\Φ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{V\γ}*\\ \mathrm{V\δ}*\end{array}\right)$

$=\left(\begin{array}{cc}\sqrt{\frac{2}{3}}& 0\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ -\frac{1}{\sqrt{6}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\cos (\∠\mathrm{\Φ}0+\mathrm{\θ})& -\sin (\∠\mathrm{\Φ}0+\mathrm{\θ})\\ \sin (\∠\mathrm{\Φ}0+\mathrm{\θ})& \cos (\∠\mathrm{\Φ}0+\mathrm{\θ})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{V\γ}*\\ \mathrm{V\δ}*\end{array}\right)$

···(公式16)

然而，公式(16)中，考虑到基于电流检测单元3所检测出的电枢电流iu、iv、iw值的控制运算反映到从功率转换单元2所输出的电压vu、vv、vw的控制运算延迟时间(浪费时间)，也可以以基于上述控制运算延迟时间的相位校正量Δθd2校正之后的相位对转子位置θ进行坐标变换。

功率转换单元2，与实施方式1的情况相同，基于电压指令vu*、vv*、vw*通过公知的PWM控制方式对同步电机1施加电压vu、vv、vw。

接下来，对用于推定永磁体的温度或磁通量所必需的结构即磁体状态推定单元7a进行说明。图9是表示本发明实施方式2的同步电机控制装置中的磁体状态推定单元结构的一个示例的结构图。图9中，磁体状态推定单元7a具有坐标变换器11c和磁体温度推定器71a，在赋予其某一规定的控制指令、此处为总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*时，基于γ轴电流Iγ输出永磁体温度推定值Tmag。

坐标变换器11c基于磁通推定器6a所求出的上述角度∠Φ0、利用上述公式(8)将d-q轴上的电流Id、Iq变换为γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ。另外，坐标变换器11c所生成的γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ的值也被用于上述电压指令运算单元4a中。

磁体温度推定器71a中预先存储了表示随着赋予其规定的总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*时的温度变化而变化的、γ坐标轴电流Iγ和永磁体温度(推定值)Tmag的关系的映射或者公式，若向其输入γ轴电流Iγ，则参照上述映射或者公式，输出永磁体温度推定值Tmag。与实施方式1的情况相同，在通过预先解析等方法弄清同步电机1的特性、即电感变化和磁体退磁特性等的情况下，可以使用同步电机1的特性数据来预先求得这些映射或者公式，在未弄清的情况下，也可以通过实际测定来获取特性数据。此外，也可以使用从γ轴电流指令产生器41输出的电流指令Iγ*来代替输入至磁体温度推定器71a的γ轴电流Iγ。

图10是说明在规定的总电枢交链磁通指令Φ*、δ轴电流指令Iδ*的条件下、γ轴电流Iγ和永磁体温度Tmag的关系的特性图，并以总电枢交链磁通指令Φ*设为0.08[Wb]、δ轴电流指令Iδ*设为450[A]的情况为例，示出了此时γ轴电流Iγ和永磁体温度Tmag的关系。图10示出了在将γ轴电流Iγ取为横轴、将永磁体温度(推定值)Tmag取为纵轴的情况下，永磁体温度Tmag对γ轴电流Iγ的特性。

如图10所示，作为一个示例，通过将总电枢交链磁通指令Φ*设定为0.08[Wb]、将δ轴电流指令Iδ*设定为450[A]并驱动同步电机1，可以根据γ轴电流Iγ来推定永磁体温度Tmag。在上述图9的结构中，磁体状态推定单元7a的输出为永磁体温度推定值Tmag，然而如上所述，永磁体温度推定值Tmag和永磁体磁通推定值Φmag是相关的，故当然也可以通过事先掌握该相关关系，由此用永磁体磁通推定值Φmag来作为磁体状态推定单元7的输出。

此处，利用同步电机的矢量图来说明在将总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*作为规定的控制指令进行赋予时，基于γ轴电流Iγ来推定永磁体温度Tmag的原理。图11是在磁场中具有永磁体的同步电机的矢量图中，表示基准状态下的矢量图和相对于基准状态、在总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*为一定的条件的情况下发生退磁时的矢量图的差异的说明图。在图11中，(A)为基准状态，即永磁体未发生退磁时的矢量图，(B)为规定的控制指令即总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*保持一定，即在进行所期望的控制的前提下，在总电枢交链磁通的大小｜Φ｜和δ轴电流Iδ保持一定的稳定状态下，磁体磁通减小与随着同步电机1的温度上升而导致的永磁体的退磁、即ΔΦmag相对应的量时的矢量图。

由于上述永磁体的退磁使总电枢交链磁通Φ的方向、即γ轴的方向变化，所以即使总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*保持一定，退磁前后γ轴电流Iγ会发生变化，通过掌握该γ轴电流Iγ的变化，就可以掌握永磁体磁通Φmag的变化，即永磁体温度Tmag的变化。

根据上述本发明实施方式2中的同步电机控制装置，与上述实施方式1的情况相同，不需要在永磁体上直接安装温度检测器，而且，因为基于γ轴电流Iγ而非电压信息来推定同步电机1的永磁体温度(或者磁通)，所以不容易受到功率转换单元2的电压输出精度、例如由逆变器的空载时间而引起的电压误差的影响，具有可以高精度地推定永磁体的温度或磁通的效果。此外，只要有至少一种映射数据，就可以进行这些推定，故具有可以以较少的映射数据来推定永磁体温度或磁通的效果。

实施方式3

接下来，对本发明实施方式3中的同步电机控制装置进行说明。图12是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式3中的同步电机控制装置的系统结构图，图13是在包括同步电机的情况下、表示本发明实施方式3中的同步电机控制装置的变形例的系统结构图。本发明实施方式3中的同步电机控制装置如图12或图13所示，追加了基于转矩指令生成上述控制指令的上位的指令产生系统即控制指令运算单元8(或者8a)，该控制指令运算单元根据γ轴电流Iγ限制转矩指令并根据限制后的转矩指令输出上述控制指令。

在图12中，控制指令运算单元8生成上述实施方式1中所说明的作为控制指令的d-q轴上的电流指令Id*、Iq*，另一方面，在图13中，控制指令运算单元8a生成上述实施方式2中所说明的作为控制指令的总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*。如图12、图13所示，控制指令运算单元8、8a具有转矩指令限制器81和控制指令生成器82、82a。图12、图13中转矩指令限制器81的结构相同。下文将在用转矩指令限制器81进行限制之前的转矩指令记为τ*，转矩指令限制器81的输出即(进行限制之后的)转矩指令记为τ0*，以进行区别。

如上所述，γ轴电流Iγ相当于操作同步电机1的总电枢交链磁通的磁化电流，当若永磁体随着同步电机1的温度上升而发生退磁(磁体磁通减少ΔΦmag的量)时，如果控制指令保持一定，则通过增加γ轴电流Iγ来补偿磁体因退磁而减少的磁通。(赋予d-q轴上的电流指令Id*、Iq*以作为控制指令的实施方式例外)

因此，随着γ轴电流Iγ的增加，同步电机1的电枢电流(有效值)也增加，所以包括永磁体在内的同步电机1整体的温度也由于同步电机1中产生的热量(电枢绕组的电阻产生的热量等)而上升，进一步加剧永磁体的退磁。而且，如果超过了允许温度，则可能导致不可逆退磁，即就算温度下降到常温、磁通也无法恢复到退磁发生前的状态。而且，被功率转换单元2的性能(例如功率转换单元2的结构部件即开关元件的元件规格)所限制的同步电机1的电枢电流存在上限值，γ轴电流Iγ的增加可能会导致超过该上限值。

因此，当同步电机1的温度上升时，为了抑制温度进一步上升和同步电机1的电枢电流超过上限，通过根据上述γ轴电流Iγ来控制转矩指令τ*，由此间接地使控制指令(d-q轴上的电流指令Id*、Iq*，或者总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*)的大小变小，从而抑制电枢电流(有效值)的增加。

转矩指令限制器81根据γ轴电流Iγ来限制转矩指令τ*，输出(限制后的)转矩指令τ0*。γ轴电流Iγ和转矩指令τ*的限制值之间的关系根据驱动条件、同步电机1的热容量或冷却性能来设定，更进一步地根据功率转换单元2的性能来设定。例如，在规定的控制指令中，若γ轴电流Iγ超过某一值，则判断为永磁体温度接近会导致不可逆退磁的温度，于是在进行降低转矩指令、极端情况下将其设置为“0”等处理之后，输出(限制后的)转矩指令τ0*。此外，随着γ轴电流Iγ的增加，也可以使转矩指令τ*的限制值呈阶梯状地递减。

另外，在赋予总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*的图13的实施方式中，因为存在从磁化电流指令生成器41输出的γ轴指令电流Iγ*的值，所以也可以用Iγ*来代替γ轴电流Iγ。

图12中的控制指令生成器82基于(限制后的)转矩指令τ0*来生成控制指令即d-q轴上的电流指令Id*、Iq*。对于具有磁场永磁体的同步电机1的情况，可知存在无数个可以产生相同转矩的d轴电流Id和q轴电流Iq的组合，对应于(限制后的)转矩指令τ0*，输出与所期望的条件(例如效率最大、转矩最大等)相符合的适当的d-q轴上的电流指令Id*、Iq*。

作为d-q轴上的电流指令Id*、Iq*的选择方法，包括公知的使电动机的效率最大的方法、使电动机的功率因数为1的方法、使对应于某一交链磁通而得到的转矩最大的方法、使对应于某一电动机电流而得到的转矩最大的方法等。在本发明实施方式3所涉及的同步电机控制装置中，因为基于转矩指令τ0*来选择d-q轴上的电流指令Id*、Iq*的方法是任意的，所以省略了对这些电流指令Id*、Iq*的选择方法的详细说明，但作为最简单的方法，例如调整负的d轴电流指令值Id*，以使得从电压指令运算单元4输出的d-q轴上的电压指令Vd*、Vq*不超过功率转换单元2可以施加在同步电机1上的电压，然后基于上述公式(17)来生成q轴电流指令Iq*。

另外，下述公式(17)的永磁体磁通Φm随着温度逐次变化，因此在驱动开始时事先设为基准值等规定的值，将由上述磁体温度(磁通)推定动作而得到的永磁体磁通推定值Φmag作为Φm，再以递归方式逐次更新。

[数学式17]

$\mathrm{Iq}*=\frac{\mathrm{\τ}0*}{\mathrm{Pm}\·\{\mathrm{\Φm}+(\mathrm{Ld}-\mathrm{Lq})\·\mathrm{Id}*\}}$

···(公式17)

式中，Pm是同步电机1的极对数。

另外，作为不同于上述的方法，也可以事先测定与同步电机1的各种转矩对应的d-q轴上的电流Id、Iq的最优值并将其映射化，在运转中根据(限制后的)转矩指令τ0*，随时参照该映射以得到对应于τ0*的d-q轴上的电流指令Id*、Iq*。

在实施方式3所涉及的同步电机控制装置的变形例即图13中，控制指令生成器82a基于(限制后的)转矩指令生成控制指令即总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*。与生成d-q轴上的电流指令Id*、Iq*作为控制指令时相同，对于具有磁场永磁体的同步电机1的情况，可知存在无数个可以产生相同转矩的总电枢交链磁通Φ和δ轴电流Iδ的组合，控制指令生成器82a对应于(限制后的)转矩指令τ0*输出与所期望的条件(例如效率最大、转矩最大等)相符合的适当的控制指令即总电枢交链磁通Φ*和δ轴电流Iδ*。

图14是表示图13所示的控制指令生成器的结构的一个示例的图。在图14中，控制指令生成器82a具有δ轴电流指令生成器83和磁通指令生成器84，更合适的是还附加有δ轴电流指令限制器85，该δ轴电流指令限制器85使用由电压指令运算单元4a所算出的γ轴电流指令Iγ*(图14中的用点线箭头示出)来限制δ轴电流指令Iδ*。

δ轴电流指令生成器83基于(限制后的)转矩指令τ0*和从后文所述的磁通指令生成器84输出的总电枢交链磁通指令Φ*，利用下述公式(18)算出δ轴电流指令Iδ*。

[数学式18]

$\mathrm{I\δ}*=\frac{\mathrm{\τ}0*}{\mathrm{Pm}\·\mathrm{\Φ}*}$

···(公式18)

在图8所示的电压指令运算单元4a内部的磁化电流指令生成器41中，若进行调整以使磁通误差ΔΦ为零，则在上述公式(18)的运算中也可以使用由下述公式(10)得到的总电枢交链磁通的绝对值｜Φ｜来代替总电枢交链磁通指令Φ*。

[数学式19]

$\mathrm{I\δ}*=\frac{\mathrm{\τ}0*}{\mathrm{Pm}\·\left|\mathrm{\Φ}\right|}$

···(公式19)

在附加上述δ轴电流指令限制器85的情况下，基于电流限制值Imax和γ轴电流指令Iγ*来限制δ轴电流指令Iδ*，从而将δ轴电流指令Iδ*和γ轴电流指令Iγ*的合成电流限制为基于功率转换单元2的规格而确定的电流限制值Imax。δ轴电流指令Iδ*的上限值Iδ*max由下述公式(20)来求得，逐次求得Iδ*max，同时限制δ轴电流指令Iδ*以使δ轴电流指令Iδ*的绝对值｜Iδ*｜不超过Iδ*max。

[数学式20]

$\mathrm{I\δ}*\max =\sqrt{{\left(I\max \right)}^2-{(\mathrm{I\γ}*)}^2}$

···(公式20)

磁通指令生成器84对应于被输入的δ轴电流指令Iδ*输出总电枢交链磁通指令Φ*，该总电枢交链磁通指令Φ*是例如为在同步电机1的电枢电流(有效值)保持一定的条件下输出最大转矩的指令。

若在这种条件下驱动同步电机1，则在同步电机1的电枢绕组、同步电机1和功率转换单元2之间的配线上产生的铜损变小，此外，功率转换单元2上所产生的导通损耗也变小，所以同步电机1、功率转换单元2的转换效率提高。

图15是说明如图14所示的磁通指令生成器中δ轴电流指令Iδ*和磁通指令Φ*的关系的示意图，示出了满足上述条件的δ轴电流指令Iδ*和总电枢交链磁通指令Φ*的关系的一个示例，预先将该关系以公式化或表格数据的形式存储在磁通指令生成器84中，然后随着被输入的δ轴电流指令Iδ*输出合适的总电枢交链磁通指令Φ*。

此外，作为其它合适的总电枢交链磁通指令Φ*，虽然未在图14中示出，但是存在一种总电枢交链磁通指令Φ*，其在δ轴电流指令Iδ*的基础上，还参照同步电机1的转速ω，对于δ轴电流指令Iδ*，可以减小包括具有速度依赖性的同步电机1的涡流损耗和磁滞在内的铁损。如果在这种条件下驱动同步电机1，则同步电机1上所产生的铁损变小，尤其在转速较高时更明显，因此主要在高转速区域，同步电机1的转换效率提高。

另外，在图14所示的控制指令生成器82a中附加δ轴电流指令限制器85并通过上述公式(20)来限制δ轴电流指令Iδ*，在此情况下，从δ轴电流指令生成器83到磁通指令产生器84之间的计算是循环的。即，建立了一个从(限制后的)转矩指令τ0*→(δ轴电流指令生成器83、δ轴电流指令限制器85)→δ轴电流指令Iδ*→(磁通指令生成器84)→总电枢交链磁通指令Φ*→(δ轴电流指令生成器83)→δ电流指令Iδ。。。的循环，对于被输入的转矩指令τ0*，为了确定δ轴电流指令Iδ*及总电枢交链磁通指令Φ*，需要反复进行从δ轴电流指令限制器85到磁通指令产生器84之间的运算以使其收敛，使得运算处理变得困难。

因此，实际装置中在由微机以规定的运算周期进行上述处理时，可以采取提高运算处理稳定性等的对策，例如，将上一次(一个运算周期前)的运算结果用作为δ轴电流指令生成器83所使用的总电枢交链磁通指令Φ*，由使用该指令值计算出的δ轴电流指令Iδ*来算出这一次的总电枢交链磁通指令Φ*，或者，在磁通指令生成器84中，将总电枢交链磁通指令Φ*的值通过合适的滤波器输出等。

另外，在图13中，也可以使用下述的控制指令生成器82b来代替图14所示的控制指令生成器82a。图16是表示图13所示的控制指令生成器的其它结构示例的结构图。图16中，控制指令生成器82b基于(限制后的)转矩指令τ0*而非δ轴电流指令Iδ*，生成总电枢交链磁通指令Φ*。

图16中的磁通指令产生器84a对应于被输入的(控制后的)转矩指令τ0*输出合适的总电枢交链磁通指令Φ*。例如，如果使用下述公式(21)的关系将图15的横轴变换为转矩指令，则可以得到对应于被输入的(限制后的)转矩指令τ0*的总电枢交链磁通指令Φ*。

[数学式21]

τ0*＝Pm·Φ*·Iδ*

···(公式21)

图17是表示图16中所示的磁通指令生成器中的转矩指令τ0*和磁通指令Φ*的关系的示意图，示出了基于图15得到的(限制后的)转矩指令τ0*和总电枢交链磁通指令Φ*的关系的一个示例。磁通指令生成器84b预先将该关系以公式化或表格数据的形式存储在磁通指令生成器84a中，然后根据被输入的转矩指令τ0*来输出合适的总电枢交链磁通指令Φ*。另外，控制指令生成器82b中的δ轴电流指令生成器83、δ轴电流指令限制器85的动作与上述控制指令生成器82a中的相同。

而且，为了优化控制指令生成器82a、82b，可以生成总电枢交链磁通指令Φ*，该总电枢交链磁通指令Φ*是考虑了因功率转换单元2的规格而被限制的电压限制值的指令。

功率转换单元2具有取决于该功率转换单元2的规格和电源12的输出电压Vpn的可输出电压最大值Vmax(有效值换算)，优选地限制总电枢交链磁通指令Φ*以将同步电机1的电枢所产生的感应电压抑制在Vmax以下。若忽略同步电机1的电阻R的电压降，则以同步电机1的转速ω和总电枢交链磁通Φ的积来决定该感应电压，因此优选根据功率转换单元2的可输出最大电压值Vmax，利用下述公式(22)逐次计算基于同步电机1的转速ω的磁通指令最大值Φmax，，并将用Φmax对磁通指令生成器84、84a的输出进行限制后得到的值作为总电枢交链磁通指令Φ*。

[数学式22]

$\mathrm{\Φ}\max =\frac{V\max -R\·\mathrm{I\δ}*-\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ω}}\widetilde{=}\frac{V\max -\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ω}}$

ただし、

$V\max =\frac{\mathrm{Vpn}}{\sqrt{2}}$

···(公式22)

其中，△V是控制余量电压。

根据如上所述的本发明实施方式3中的同步电机控制装置，具有如下效果，即可以通过限制电枢电流(有效值)的增加量来防止不可逆退磁，且可以将由功率转换单元2的性能所限制的同步电机1的电枢电流抑制在限制值以下，使得在包括磁场永磁体的同步电机1的温度上升时，通过限制转矩指令，从而抑制温度进一步上升。

实施方式4

接下来，对本发明实施方式4中的同步电机控制装置进行说明。本发明实施方式4中的同步电机控制装置中，用下文所示的磁体温度推定器71b来置换上述实施方式1的同步电机控制装置中图4所示的磁体温度推定器71，用下文所示的磁体温度推定器71c来置换上述实施方式2的同步电机控制装置中图9所示的磁体温度推定器71a。

图18是表示本发明实施方式4的同步电机控制装置中、磁体温度推定器的结构的一个结构示例的结构图，示出了在赋予d-q轴上的电流指令Id*、Iq*以作为实施方式1中说明的控制指令时的磁体温度推定器71b的结构。图19是表示本发明实施方式4的同步电机控制装置中、磁体温度推定器的其它示例的结构图，示出了在赋予δ轴电流指令Iδ*和总电枢交链磁通指令Φ*以作为实施方式2中说明的控制指令时的磁体温度推定器71c。

本发明实施方式4的同步电机控制装置的特征在于，包括图18所示的磁体温度推定器71b及图19所示的磁体温度推定器71c中共有的，且具有映射或者公式的磁体状态参照单元(图18的72a～72c，图19的72d～72f)，该映射或者公式表示分别对应于多个控制命令、即由d-q轴上的电流指令Id*、Iq*或者δ轴电流指令Iδ*和总电枢交链磁通指令Φ*的组合形成的多个控制指令，γ-δ轴上的电流和永磁体温度(磁通)的关系。

利用图18的磁体温度推定器71b对本发明实施方式4中的同步电机控制装置进行说明，例如，预先设定d-q轴上的电流指令Id*、Iq*的多个组和(Id*、Iq*)=(Id1、Iq1)、(Id2、Iq2)、(Id3、Iq3)、(Id4、Iq4)。。。，对应于各个指令，预先准备多个存储有表示随着温度变化的γ轴电流Iγ(或者δ轴电流Iδ)和永磁体温度(推定值)Tmag之间的关系的映射或者公式的磁体状态参照单元72。在图18的例子中，(Id*、Iq*)=(0[A]、200[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72a、(Id*、Iq*)=(0[A]、400[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72b、(Id*、Iq*)=(0[A]、600[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72c，对于这些控制指令条件以外的情况也准备多个同样的磁体状态参照单元。

与上述相同，在通过预先解析等方法弄清同步电机1的特性(电感变化和磁体退磁特性)的情况下，可以使用同步电机1的特性数据来预先求得这些映射或者公式，在未弄清的情况下，也可以通过实际测定来获取特性数据。

当同步电机1驱动过程中的d-q轴上的电流指令Id*、Iq*与预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件基本一致(判断该条件一致时给予一定的余量)时，磁体温度推定器71b参照包含γ轴电流Iγ或δ轴电流Iδ的该控制指令条件的磁体状态参照单元72的映射或者公式，输出永磁体温度推定值Tmag。

接着，利用图19的磁体温度推定器71c对本发明实施例中的同步电机控制装置进行说明，例如预先设定δ轴电流指令Iδ*和总电枢交链磁通指令Φ*的多个组和(Iδ*、Φ*)=(Iδ1、Φ1)、(Iδ2、Φ2)、(Iδ3、Φ3)、(Iδ4、Φ4)。。。，对应于各个指令，预先准备多个存储有表示随着温度变化的γ轴电流Iγ和永磁体温度(推定值)Tmag之间的关系的映射或者公式的磁体状态参照单元72。在图19的例子中，(Iδ*、Φ*)=(0.05[Wb]、100[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72d、(Iδ*、Φ*)=(0.05[Wb]、200[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72e、(Iδ*、Φ*)=(0.05[Wb]、300[A])所涉及的图表为磁体状态参照单元72f，对于这些控制指令条件以外的情况也准备多个同样的磁体状态参照单元。

当同步电机1驱动过程中的控制指令(Iδ*、Φ*)与预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件基本一致时，参照包含γ轴电流Iγ的该控制指令条件的磁体状态参照单元72的映射或者公式，输出永磁体温度推定值Tmag。

在同步电机1驱动过程中的控制指令和预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件不一致的情况下，可以采取如下处理，例如不进行永磁体温度推定动作，而保持最近一次温度推定动作时的温度推定值，并输出该值作为永磁体温度推定值Tmag。在实施该处理的情况下，变为间断的永磁体温度推定动作。

此外，如上所述，永磁体温度推定值Tmag和永磁体磁通推定值Φmag是相关的，当然可以基于该相关关系来推定永磁体磁通推定值Φmag。然而，如果准备对应于多个控制指令的磁体状态参照单元72，则磁体状态参照单元越多，同步电机1驱动过程中的控制指令和预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件一致的概率会提高，因此即使控制指令发生变化，也可以更频繁地推定永磁体温度(磁通)，不过这样可能会削弱本发明可以用较少的映射数据进行推定的效果。

因此，需要适当地进行设定以使得在准备磁体状态参照单元72时的控制指令条件不会过多增加。如上文中已经叙述的那样，若同步电机1的电枢电流(有效值)增加，则包括永磁体在内的同步电机1整体的温度也会因同步电机1上所产生的热量(由电枢绕组的电阻上产生的热等)而上升，进一步促进了永磁体的退磁；换而言之，可以认为若同步电机1的电枢电流(有效值)在较小的范围内，则同步电机1的温度上升较小，不会发生永磁体的退磁，即推定永磁体温度(磁通)的必要性较小。

因此，也可以将磁体状态参照单元72中设立表示γ-δ轴上的电流和永磁体温度(磁通)之间的关系的映射或者公式的控制指令条件限定在规定的电流以上。图20是示出了本发明实施方式4的同步电机控制装置中，在磁体状态参照单元72中设立表示γ-δ坐标轴上的电流和永磁体温度(磁通)之间的关系的映射或者公式的控制指令条件的一个示例的说明图。

图20中，用虚线示出的外侧的圆表示电流限制值Imax，用虚线示出的内侧的圆表示进行永磁体温度(磁通)的推定动作的最小电流条件I1，配置在这两个圆所包围的范围内的多个黑色圆形标记是磁体状态参照单元72中设立表示γ-δ轴上的电流和永磁体温度(磁通)之间的关系的映射或者公式的控制指令条件。另外，具有磁场永磁体的同步电机1接通正的d轴电流的机会不多，故为了减少映射数据仅在d轴电流为负的范围内设定上述黑色圆形标记。

图20仅仅是一个示例，并不一定要如图20所示那样使上述黑色圆形标记所示出的条件等间隔排列，在驱动同步电机1时，可以在只赋予特定的(多个)控制指令时，根据该控制指令设定上述黑色圆形标记。

此外，在上述同步电机1驱动过程中的控制指令和预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件不一致的情况下，示出了不进行永磁体温度推定动作而进行间断的永磁体温度推定动作的示例，但对于这种情况，可能会发生在同步电机1驱动过程中长时间不进行永磁体温度推定动作的情况。鉴于此，也可以每隔规定的期间强制地使同步电机1驱动过程中的控制指令与预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条一致，从而使得每隔规定的期间必定会进行永磁体温度推定动作。

由此，可以防止在同步电机1驱动过程中，长时间不进行永磁体温度推定动作的状况。然而，在每隔规定的期间强制地使同步电机1驱动过程中的控制指令与预先准备的多个磁体状态参照手段72中的控制指令条件一致时，需要抑制同步电机1的转矩输出的变化。

如上所述，对于具有磁场永磁体的同步电机1的情况，存在无数个可以产生相同转矩的d轴电流Id和q轴电流Iq的组合，或者总电枢交链磁通Φ和δ轴电流Iδ的组合，利用这一点，若采取如下处理，即选择转矩输出在控制指令变更前后不产生较大变化、且与多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件相一致的控制指令的组合，则可以抑制同步电机1的转矩输出的变化。

此外，本发明实施方式4中的同步电机控制装置的特征在于，与现有技术相比使用了γ-δ轴上的电流Iγ、Iδ而非电压信息来直接推定永磁体温度(磁通)，因此不容易受到功率转换单元2的电压输出精度(例如，因逆变器的空载时间而引起的电压误差)的影响。然而，使用d-q轴上的电压指令Vd*、Vq*来推定总电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd、q轴分量Φq，并基于公式(10)、公式(11)来求出总电枢交链磁通Φ的大小｜Φ｜和相位∠Φ，此时，使用电压信息，故在电压变低的低速区域中，功率转换单元2的电压输出精度会受少许影响。由此，在低速区域中，会影响到总电枢交链磁通的推定精度，甚至会影响到将该推定精度所影响的电枢电流坐标变换为γ轴及δ轴两轴上的电流时的精度，因此可能会影响永磁体温度(磁体)的推定精度。

此外，对于同步电机1通过自身所产生转矩进行加速的用途的情况，在从速度为零起开始通电以使其产生转矩的动作中，在由于温度上升而产生退磁的影响之前，大多会超过易受电压精度影响的速度区间，可以认为在这种用途下，在低速区域中推定永磁体温度(磁通)的必要性较小。

因此，可以将永磁体温度(磁通)的推定动作限定于仅在同步电机1的转速ω在规定的速度以上时才执行。图21是表示在本发明实施方式4的同步电机控制装置中，对永磁体温度(磁通)进行推定动作的速度范围的说明图，当在电压精度可能会受影响的规定速度ω1以下(若考虑负速度则为-ω1～ω1的范围)时，即便使驱动过程中的控制指令和预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件一致，也不进行永磁体温度(磁通)的推定动作。由此，仅在功率转换单元的电压输出精度变得更高的高速区域中才执行推定永磁体温度(磁通)的动作，从而可以获得提高推定精度的效果。

根据如上所述的本发明实施方式4中的同步电机控制装置，因为准备了对应于多个控制指令的磁体状态参照单元72，因此由于同步电机1驱动过程中的控制指令和预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件一致的概率提高，故可以获得即使控制指令逐次变化，也可以跟随控制指令的变化来推定永磁体温度(磁通)的效果。

此外，由于将设立表示γ-δ轴上的电流和永磁体温度(磁通)的关系的映射或者公式的上述控制指令条件限定在该推定为必需的电流领域中，由此具有可以简化磁体状态参照单元的结构的效果。

而且，由于每隔规定的期间强制地使同步电机1驱动过程中的控制指令与预先准备的多个磁体状态参照单元72中的控制指令条件一致，从而使得每隔规定的期间必定会进行永磁体温度推定动作，因此通过每隔规定的期间进行永磁体的温度(磁通)推定，可以获得防止长时间不进行推定动作的状态的效果。

此外，由于仅在功率转换单元的电压输出精度变得更高的高速区域执行推定永磁体温度(磁通)的动作，且仅在基于电压指令所推定出的总电枢交链磁通的推定精度、甚至是将该推定精度所影响的电枢电流坐标变换为γ轴及δ轴两轴上的电流时的精度极高时，进行温度(磁通)推定，因此具有提高推定精度的效果。

实施方式5

接下来，对本发明实施方式5中的同步电机控制装置进行说明。本发明实施方式5中的同步电机控制装置设置为如下，即在上述实施方式1～4所示的基于控制指令和γ-δ轴上的电流来推定永磁体温度(磁通)的模式的基础上，设定上述控制指令以使得同步电机1的电枢电流为零，并且基于进行该设定时所推定出的总电枢交链磁通Φ来推定永磁体温度(磁通)。

对于上述实施方式1～4所示的基于γ-δ轴上的电流推定永磁体温度(磁通)的情况，由于是以同步电机1的电枢绕组中多少有电流流过为前提的方式，因此对于同步电机1的电枢电流为零的情况，无法推定永磁体温度(磁通)。因此，为了推定永磁体温度(磁通)，需要在电枢绕组中流过不必要的电流，由于流过不必要的电流，因此可能会产生不必要的转矩，或者导致永磁体的温度上升。

鉴于此，除上述实施方式1～4中所示的基于γ-δ轴上的电流推定永磁体温度(磁通)的模式以外，通过新增加设定上述控制指令以使得同步电机1的电枢电流为零，并且基于进行该设定时所推定出的总电枢交链磁通Φ来推定永磁体温度(磁通)的模式，由此在不通电时，在电枢绕组中不流过不必要的电流的状态下能够推定永磁体温度(磁通)。

图22是本发明实施方式5的同步电机控制装置中，在磁场中具有永磁体的同步电机不通电时的矢量图。由于在不通电时，构成电枢交链磁通的磁通仅为永磁体磁通Φm，因此总电枢交链磁通Φ和永磁体磁通Φm一致。此外，由于同步电机1产生电压的主要因素仅为由永磁体磁通Φm而引起的感应电压，因此可以利用下述公式(23)得到不通电时d-q轴上的电压Vd、Vq。

[数学式23]

Vd＝0 Vq＝ω·Φ＝ω·Φm

···(公式23)

若设定上述控制指令以使得同步电机1的电枢电流为零，即，将d-q轴上的电流指令Id*、Iq*设定成Id*=Iq*=0以作为控制指令，则进行调整以使d-q轴上的电压Vd、Vq和d-q轴上的电压指令Vd*、Vq*一致，由此基于下述公式(24)利用q轴电压指令Vq*来求得总电枢交链磁通Φ(该值为永磁体磁通推定值Φmag)。

[数学式24]

$\mathrm{\Φ}\max =\mathrm{\Φ}=\frac{\mathrm{Vq}*}{\mathrm{\ω}}$

···(公式24)

当然，也可以基于表示永磁体温度推定值Tmag和永磁体磁通推定值Φmag的关系的上述公式(9)的关系，将其换算成永磁体温度推定值Tmag。

对于赋予总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*以作为控制指令的情况，例如将总电枢交链磁通指令Φ*设为基准值等规定的永磁体磁通的值，将δ轴电流指令Iδ*设为零，并且由电流检测单元3监控同步电机1的电枢电流，调整总电枢交链磁通指令Φ*以使电枢电流为零，由此电枢电流为零的不通电状态下的总电枢交链磁通指令Φ*与永磁体磁通推定值Φmag相当。在这种情况下，在总电枢交链磁通指令Φ*的调整过程中可能会流过电枢电流，但在永磁体磁通推定时，电枢绕组中不会流过不必要的电流。

另外，对于实施方式1～4，均可添加实施方式5的结构。

根据如上所述的本发明实施方式5中的同步电机控制装置，具有即使在不产生γ-δ轴上电流的不通电时期，也可以进行永磁体的温度(磁通)推定的效果。

实施方式6

接下来，对本发明实施方式6中的同步电机控制装置进行说明。本发明实施方式6的同步电机控制装置具有如下结构，即在上述实施方式2或3中，为了将上述δ轴上的电流控制为零以进入无负载状态，将δ轴电流指令Iδ*设为“0”，即赋予“Iδ*=0”，并赋予使同步电机1的电枢上产生的感应电压变为功率转换单元2的可输出电压以下的总电枢交链磁通指令Φ*。

在这种情况下，需要基于上述公式(22)的关系在下述公式(25)的范围内设定总电枢交链磁通指令Φ*。

[数学式25]

$\mathrm{\Φ}*\≤\mathrm{\Φ}\max =\frac{V\max -R\·\mathrm{I\δ}*-\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ω}}\widetilde{=}\frac{V\max -\mathrm{\ΔV}}{\mathrm{\ω}}$

···(公式25)

为了赋予这些控制指令,可以如上述实施方式2的图7那样直接赋予满足上式的δ轴电流指令Iδ*、总电枢交链磁通指令Φ*，或者也可以通过将上述实施方式3的图13的转矩指令τ*设为0(实际为τ0*=0)，通过基于上述公式(18)的运算来得到Iδ*=0，然后对磁通指令产生器84赋予满足上述公式(25)的Φ*。

图23是在本发明实施方式6的同步电机控制装置中将δ轴上的电流控制为零时的矢量图，是表示基准状态下的矢量图和相对于基准状态、在总电枢交链磁通指令Φ*和δ轴电流指令Iδ*为一定的条件的情况下(此处为Φ*≦Φmax，Iδ*=0)发生退磁时的矢量图的差异的说明图，(A)为基准(无负载)状态，即永磁体未发生退磁时的矢量图，(B)为在规定的控制指令即总电枢交链磁通指令Φ*(≦Φmax)和δ轴电流指令Iδ*(=0)保持一定，即在进行所期望的控制的前提下总电枢交链磁通的大小｜Φ｜和δ轴电流Iδ(=0)保持一定的稳定状态下，磁体磁通减小与随着同步电机1的温度上升而导致的永磁体的退磁、即ΔΦmag相对应的量时的矢量图。

图23中，由于不流过δ轴电流Iδ而仅流过γ轴电流Iγ，因此因永磁体磁通Φm、γ轴电流Iγ而产生的电枢反作用磁通Φa、总电枢交链磁通Φ的各个矢量均在同一轴上，γ轴和d轴、δ轴和q轴分别为同一根轴。即，Φa=Lγ·Iγ=Ld·Id。在图23中示出了将电枢反作用磁通Φa作用在使永磁体磁通Φm减弱的方向上的例子，在这种情况下，若上述永磁体发生退磁，则将总电枢交链磁通Φ控制在规定的一定值，作用在使永磁体磁通Φm减弱的方向上的电枢反作用磁通Φa减小与磁体磁通的减小量ΔΦmag相对应的量，其结果是，若γ轴方向电感Lγ的变化小到几乎不产生影响，则γ轴电流(的绝对值)｜Iγ｜也变小。

相反地，对于将电枢反作用磁通Φa作用在使永磁体磁通Φm加强的方向上的情况，通过电枢反作用磁通Φa的增加来补偿磁体磁通的减小量ΔΦmag，其结果是，γ轴电流(的绝对值)｜Iγ｜变大。由此，无论是哪种情况，γ轴电流Iγ的大小在退磁前后都会产生变化，通过掌握该γ轴电流Iγ的变化，也可以掌握永磁体磁通Φmag的变化、即永磁体温度Tmag的变化。

在基于γ轴电流Iγ的变化求得永磁体磁通Φmag或者永磁体温度推定值Tmag的变化时，可以采用与上述实施方式所示相同的方法。

在本实施方式6中，由于在不流过δ轴电流Iδ而仅流过用于进行永磁体的温度(磁通)推定的γ轴电流Iγ，因此可以在电枢绕组中不流过不必要电流的情况下进行永磁体的温度(磁通)推定。

虽然存在上述Φ*≦Φmax的限制，但若在因发热而发生退磁的状态(例如100°C)下将总电枢交链磁通指令Φ*设定为永磁体磁通的值，则在100°C附近总电枢交链磁通指令Φ*和永磁体磁通Φmag大体一致，几乎不产生电枢反作用磁通Φa，因此几乎没有γ轴电流Iγ流过。

因此，可以在电枢绕组中不流过不必要电流的情况下进行永磁体的温度(磁通)推定，也可以抑制因γ轴电流Iγ而引起的发热、损耗。对于常温等永磁体温度较低的情况，若与上述100°C的情况相同、将总电枢交链磁通指令Φ*设为永磁体磁通的值，则虽然流过用于产生作用在使永磁体磁通Φm减弱的方向上的电枢反作用磁通Φa的γ轴电流Iγ，但因为没有流过δ轴电流Iδ，故电枢电流没有变得太大，且由于永磁体温度较低，因γ轴电流Iγ而产生的发热所带来的影响也没有变大。

在本实施方式6中，因为赋予［Iδ*=0］，所以在永磁体的温度(磁通)推定动作中，同步电机1产生的转矩为零。由此，在同步电机1的负载驱动过程中、即产生转矩的状态下，为了进行该推定动作，可以仅在极短的时间内赋予Iδ*=0(或τ*=0)且Φ*≦Φmax的指令，将因同步电机1产生的转矩瞬间变为零所带来的影响抑制在最小限度。

图24是表示在本发明实施方式6的同步电机控制装置中，δ轴电流指令Iδ*或转矩指令τ*和推定永磁体温度或磁通的操作时序的时序图的一个示例的图。如图24所示，在同步电机1的负载驱动过程(产生转矩的状态)中，间断地使δ轴电流指令Iδ*或转矩指令τ*为零，在该期间内进行永磁体的温度(磁通)推定动作。由此，即使在同步电机1的负载驱动过程中，也能将因产生的转矩变为零所带来的影响抑制在最小限度，且能够在电枢绕组中不流过不必要电流的情况下进行永磁体的温度(磁通)推定，故可以在该推定动作中抑制因电枢电流而引起的发热、损耗。

根据上述本发明实施方式6的同步电机控制装置，具有可以在电枢绕组中不流过不必要电流的情况下进行永磁体的温度(磁通)推定，并且可以抑制因电枢电流而引起的发热、损耗的效果。此外，在同步电机1的负载驱动过程(产生转矩的状态)中，间断地使δ轴电流指令Iδ*或转矩指令τ*为零，在该期间内进行永磁体的温度(磁通)推定动作，由此具有如下效果，即就算在负载驱动过程中也能够将因产生的转矩变为零而带来的影响抑制在最小限度，并且可以抑制因该推定动作所涉及的电枢电流所产生的发热、损耗。

上文所述的本发明的同步电机控制装置具有以下特征。

(1)其特征在于包括：基于电压指令对具有构成磁场的永磁体的同步电机输出电压的功率转换单元，检测上述同步电机的电枢电流的电流检测单元，基于控制指令计算上述电压指令的电压指令运算单元，推定或者检测上述同步电机的转子位置的位置检测单元，至少基于上述电枢电流和上述电压指令中的任何一个来推定上述同步电机的总电枢交链磁通的产生方向即γ轴的磁通推定器，以及推定上述永磁体的温度或磁通的磁体状态推定单元，上述磁体状态推定单元基于上述转子位置和进行推定后得到的上述γ轴，将上述电枢电流坐标变换为由γ轴和与其正交方向即δ轴形成的γ-δ轴上的电流，并基于上述控制指令和上述γ-δ轴上的电流来推定上述永磁体的温度或磁通。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，能够以较少的映射数据来推定不易受功率转换单元的电压输出精度的影响且精度良好的永磁体的温度或磁通，而不需要在永磁体上直接安装温度检测器。

(2)其特征在于，上述控制指令是上述同步电机的旋转双轴坐标即d-q轴上的电流指令(实施方式1，图1至图6)。根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，能够以较少的映射数据来推定不易受功率转换单元的电压输出精度的影响且精度良好的永磁体的温度或磁通，而不需要在永磁体上直接安装温度检测器。

(3)其特征在于，所述控制指令是用于将上述δ轴上的电流控制为规定值的δ轴电流指令和用于将上述总电枢交链磁通控制为规定值的总电枢交链磁通指令(实施方式2，图7至图11)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，能够以较少的映射数据来推定不易受功率转换单元的电压输出精度的影响且精度良好的永磁体的温度或磁通，而不需要在永磁体上直接安装温度检测器。

(4)其特征在于，包括控制指令运算单元，该控制指令运算单元根据上述γ轴电流来限制对上述同步电机的转矩指令，并根据进行限制后得到的所述转矩指令来输出上述控制指令(实施方式3，图12至图17)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，通过在包含永磁体的同步电机的温度上升时限制转矩指令，故具有如下效果，即可以防止不可逆退磁，并且可以将被功率转换单元的性能所限制的同步电机的电枢电流抑制在限制值以下。

(5)其特征在于，上述磁体状态推定单元包括磁体状态参照单元，该磁体状态参照单元具有分别对应于多个上述控制指令，以表示上述γ-δ轴上的电流和永磁体的温度或磁通之间的关系的映射或者公式(实施方式4，图18至19)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，即使控制指令逐次变化，也可以跟随控制指令的变化来推定永磁体的温度或磁通。

(6)其特征在于，在上述电枢电流为规定值以上时设定上述控制指令条件，该控制指令条件中设定有表示上述γ-δ轴上的电流和永磁体温度或磁通之间的关系的映射或者公式(实施方式4，图20)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，由于将设定有表示γ-δ轴上的电流和永磁体温度(磁通)之间的关系的映射或公式的上述控制指令条件限定在该推定为必需的电流领域中，因此可以简化磁体状态参照单元的结构。

(7)其特征在于，每隔规定的期间，将所述控制指令设定为表示上述磁体状态参照单元中的上述γ-δ轴上的电流和上述永磁体的温度或磁通之间的关系的控制指令，上述磁体状态推定单元基于被设定的上述控制指令来推定上述永磁体的温度或磁通(实施方式4)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，通过每隔规定的期间进行永磁体的温度(磁通)推定，可以防止长时间不进行推定动作的状态。

(8)其特征在于，每隔规定的期间，将所述控制指令设定为表示上述磁体状态参照单元中的上述γ-δ轴上的电流和上述永磁体的温度或磁通之间的关系的控制指令，上述磁体状态推定单元仅在从上述转子位置换算得到的上述同步电机的速度在规定速度以上时，执行推定上述永磁体的温度或磁通的动作(实施方式4，图21)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，由于仅在功率转换单元的电压输出精度变得更高的高速区域执行推定永磁体温度(磁通)的动作，且仅在基于电压指令所推定出的总电枢交链磁通的推定精度、甚至是将该推定精度影响的电枢电流坐标变换为γ轴及δ轴两轴上的电流时的精度极高时，进行温度(磁通)推定，因此具有提高推定精度的效果。

(9)其特征在于，上述磁体状态推定单元包括：基于上述控制指令和上述γ-δ轴上的电流来推定上述永磁体的温度或磁通的模式，以及设定上述控制指令以使上述电枢电流为零，并在基于进行该设定时所推定出的上述总电枢交链磁通来推定上述永磁体的温度或磁通的模式(实施方式5，图22)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，具有即使在不通电时也可以进行永磁体的温度(磁通)推定的效果。

(10)其特征在于，上述控制指令是用于将上述δ轴上的电流控制为零的δ轴电流指令，以及用于控制上述总电枢交链磁通以使上述同步电机的电枢上产生的感应电压为上述功率转换单元的可输出电压以下的总电枢交链磁通指令(实施方式6，图23)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，具有如下效果，即可以在电枢绕组中不流过不必要电流的情况下进行永磁体的温度(磁通)推定，并且可以抑制因电枢电流而引起的发热、损耗。

(11)其特征在于，间断地将上述δ轴电流指令或对上述同步电机的转矩指令设为零，上述磁体状态推定单元仅在上述δ轴电流指令或对上述同步电机的转矩指令变为零的期间执行推定上述永磁体的温度或磁通的动作(实施方式6，图24)。

根据由此构成的本发明的同步电机控制装置，具有如下效果，即就算在负载驱动过程中也能够将因产生的转矩变为零而带来的影响抑制在最小限度，并且可以抑制因该永磁体的温度(磁通)推定动作所涉及的电枢电流所产生的发热、损耗。

此外，本发明在其发明的范围内能够自由地组合各实施方式，能够对各实施方式进行适当的变形、省略。

Claims (10)

1.一种同步电机控制装置，其特征在于，包括：

功率转换单元，该功率转换单元基于电压指令对具有构成磁场的永磁体的同步电机输出电压；

电流检测单元，该电流检测单元检测所述同步电机的电枢电流；

电压指令运算单元，该电压指令运算单元基于控制指令来计算所述电压指令；

位置检测单元，该位置检测单元推定或者检测所述同步电机的转子位置；

磁通推定器，该磁通推定器至少基于所述电枢电流和所述电压指令中的任何一个来推定所述同步电机的总电枢交链磁通的产生方向即γ轴；以及

磁体状态推定单元，该磁体状态推定单元推定所述永磁体的温度或磁通，

所述磁体状态推定单元基于所述转子位置和进行推定后得到的所述γ轴，将所述电枢电流坐标变换为由γ轴和与其正交方向即δ轴形成的γ-δ轴上的电流，并基于所述控制指令和所述γ-δ轴上的电流来推定所述永磁体的温度或磁通，

所述磁体状态推定单元包括磁体状态参照单元，该磁体状态参照单元具有分别对应于多个所述控制指令，以表示所述γ-δ轴上的电流和永磁体的温度或磁通之间的关系的映射或者公式。

2.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述控制指令是所述同步电机的旋转双轴坐标即d-q轴上的电流指令。

3.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述控制指令是用于将所述δ轴上的电流控制为规定值的δ轴电流指令和用于将所述总电枢交链磁通控制为规定值的总电枢交链磁通指令。

4.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

包括控制指令运算单元，该控制指令运算单元根据所述γ轴电流来限制对所述同步电机的转矩指令，并根据进行限制后得到的所述转矩指令来输出所述控制指令。

5.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

在所述电枢电流为规定值以上时设定所述控制指令条件，该控制指令条件中设定有表示所述γ-δ轴上的电流和永磁体温度或磁通之间的关系的映射或者公式。

6.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

每隔规定的期间，将所述控制指令设定为表示所述磁体状态参照单元中的所述γ-δ轴上的电流和所述永磁体的温度或磁通之间的关系的控制指令，

所述磁体状态推定单元基于被设定的所述控制指令来推定所述永磁体的温度或磁通。

7.如权利要求6所述的同步电机控制装置，其特征在于，

每隔规定的期间，将所述控制指令设定为表示所述磁体状态参照单元中的所述γ-δ轴上的电流和所述永磁体的温度或磁通之间的关系的控制指令，

所述磁体状态推定单元仅在从所述转子位置换算得到的所述同步电机的速度在规定速度以上时，执行推定所述永磁体的温度或磁通的动作。

8.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述磁体状态推定单元包括：

基于所述控制指令和所述γ-δ轴上的电流来推定所述永磁体的温度或磁通的模式；以及

设定所述控制指令以使所述电枢电流为零，并在基于进行该设定时所推定出的所述总电枢交链磁通来推定所述永磁体的温度或磁通的模式。

9.如权利要求3所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述控制指令是用于将所述δ轴上的电流控制为零的δ轴电流指令，以及用于控制所述总电枢交链磁通以使所述同步电机的电枢上产生的感应电压为所述功率转换单元的可输出电压以下的总电枢交链磁通指令。

10.如权利要求3所述的同步电机控制装置，其特征在于，

间断地将所述δ轴电流指令或对所述同步电机的转矩指令设为零，所述磁体状态推定单元仅在所述δ轴电流指令或对于所述同步电机的转矩指令变为零的期间执行推定所述永磁体的温度或磁通的动作。