CN103812411A

CN103812411A - 可变磁通电动机驱动器系统

Info

Publication number: CN103812411A
Application number: CN201410075969.5A
Authority: CN
Inventors: 结城和明; 堺和人; 饼川宏
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: US20130334991A1; US20120181970A1; EP2048772A1; EP2048772A4; US8884576B2; EP2048772B1; CA2813526C; CA2813526A1; CN105871143B; US9680406B2; CN103812411B; AU2007277772A1; CN102624314B; CA2659088A1; US8179068B2; WO2008013167A1; CN102624314A; US20140184133A1; CN105871143A; US20090261774A1

Abstract

本发明提供一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备：使用了永久磁铁的永久磁铁电动机（4）；逆变器（1），驱动永久磁铁电动机；以及磁化单元，流过用于对永久磁铁的磁通进行控制的磁化电流，永久磁铁是其磁通密度根据来自逆变器（1）的磁化电流而可变的可变磁铁，磁化单元流过可变磁铁的磁性体的磁化饱和区域以上的磁化电流，改善可变磁铁（53）的磁通的反复精度，提高扭矩精度。

Description

可变磁通电动机驱动器系统

本分案申请是基于申请号为200780027658.X，申请日为2007年7月24日，发明名称为“可变磁通电动机驱动器系统”的中国专利申请的分案申请。更具体说，本分案申请是基于申请号为201210079173.8，申请日为2007年7月24日（分案提交日为2012年3月23日），发明名称为“可变磁通电动机驱动器系统”的分案申请的再次分案申请。

技术领域

本发明涉及可变磁通电动机驱动器系统。

背景技术

代替以往的感应电动机（IM电动机），而开始普及效率优良且还可以期待小型化和低噪音化的永久磁铁同步电动机（PM电动机）。例如，将PM电动机用作面向铁路车辆或电动汽车的驱动电动机。

IM电动机利用来自定子的励磁电流来生成磁通本身，所以存在由于流过励磁电流而发生损失的技术性问题点。

另一方面，PM电动机是在转子具备永久磁铁，并利用其磁通来输出扭矩的电动机，所以无这样的IM电动机所具有的问题。但是，PM电动机由于其永久磁铁而发生与转速对应的感应电压。在铁路车辆、汽车等旋转范围宽的应用领域中，在最高转速下产生的感应电压不会（由于过电压）破坏对PM电动机进行驱动控制的逆变器成为条件。为了满足该条件，需要将逆变器的耐压设定得足够高、或者相反地限制电动机中具备的永久磁铁的磁通。由于前者对电源侧也造成影响，所以多数情况下选择后者。如果将此时的磁通量与IM电动机的磁通量（在IM电动机的情况下利用励磁电流生成的间隙磁通量）进行比较，则有时成为1:3左右。在该情况下，为了发生同一扭矩，在磁通量小的PM电动机中，需要流过大的（扭矩）电流。其意味着，如果将在低速域中输出同一扭矩的电流在IM电动机与PM电动机中进行比较，则PM电动机需要流过大的电流。

因此，与IM电动机相比，对PM电动机进行驱动的逆变器的电流容量增加。进而，逆变器内的开关元件的开关频率高、且所发生的损失依赖于电流值而增大，所以在PM电动机中在低速下产生大的损失和发热。

电车等有时期待利用行驶风来进行冷却，如果在低速时产生大的损失，则需要提高冷却能力，所以必须使逆变器装置大型化。另外相反地，在感应电压高的情况下，进行弱磁场控制，但此时，由于重叠励磁电流而效率降低。

这样，PM电动机通过内置磁铁而具有优点和缺点。作为电动机，该优点大，且还实现损失降低、小型化，但另一方面在电车、电动汽车等可变速控制的情况下，还存在与以往的IM电动机相比效率恶化的动作点。另外，对于逆变器，电流容量增大，且损失也增大，所以装置尺寸变大。系统的效率本身是由电动机侧决定的，所以通过应用PM电动机改善了综合效率，但另一方面逆变器的尺寸增加，而成为系统的缺点，其并非优选。

图57是示出以往的永久磁铁同步电动机（PM电动机）驱动器系统的一个例子的框图。主电路由直流电源3、将直流电力变换成交流电力的逆变器1、利用该逆变器1的交流电力驱动的永久磁铁同步电动机4a构成。而且，在主电路中，设置有用于检测电动机电流的电流检测器2、用于检测永久磁铁同步电动机4a的转子旋转角度的旋转角度传感器18。逆变器1将来自直流电源3的直流电力变换成交流电力，供给到永久磁铁同步电动机4a。由电流检测器2检测向永久磁铁同步电动机4a供给的电流，输入到电压指令运算部210。

接下来，对该以往系统的控制动作进行说明。此处的输入为扭矩指令Tm*。生成该扭矩指令Tm*，以使永久磁铁同步电动机4a成为期望的扭矩，并由恰当的单元输出。电流指令运算部211根据所输入的扭矩指令Tm*，生成用于决定D轴电流和Q轴电流的D轴电流指令Id*以及Q轴电流指令Iq*并输出到电压指令运算部210。另外，由旋转角度传感器18检测永久磁铁同步电动机4a的转子旋转角度，输出到电压指令运算部210。电压指令运算部210根据所输入的D轴电流指令Id*、Q轴电流指令Iq*，运算并生成DQ轴电压指令Vd*、Vq*，以使D轴电流Id以及Q轴电流Iq与该指令一致地流过电流。此时，电压指令运算部210对电流偏差实施PI控制，求出DQ轴电压指令。之后，电压指令运算部210对DQ轴电压指令Vd*、Vq*进行坐标变换，生成三相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*，输出到PWM电路6。此处，电压指令运算部210还将DQ轴电压指令变换成三相的电压指令，但例如还可以设置坐标变换部来运算电压指令的变换。PWM电路6根据所输入的三相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*，对逆变器1的开关元件进行接通断开控制。

但是，如图57所示，在以往的PM电动机驱动器系统中，需要在逆变器1的交流侧设置负载接触器209。永久磁铁同步电动机4a具有永久磁铁，所以在逆变器1门断开的情况下，只要电动机惰性旋转，就发生感应电压（反电动势）。在感应电压高于直流电源3的直流电压的情况下，向逆变器1施加过电压，并且对永久磁铁同步电动机4a施加制动力。

在永久磁铁同步电动机4a或逆变器1引起了短路或接地的情况下，由于感应电压而继续流过电流，有可能引起永久磁铁同步电动机4a或逆变器1的过热/烧损这样的问题。因此，在该驱动器系统中，逆变器1被门断开，并且负载接触器209被断开。由此，可以防止向逆变器1施加感应电压，并且可以防止故障电流继续流过永久磁铁同步电动机4a或逆变器1。

但是，负载接触器209的寿命较大地依赖于其开闭次数。因此，开闭频度高的负载接触器209存在作为部件的故障率高且寿命短这样的问题。为了提高系统的可靠性，如图57所示，向各相双重地设置负载接触器209a、209b；209c、209d；209e、209f，但未根本上解决，并且存在成本也上升的问题点。

进而，如日本特开平11－299297号公报（专利文献1）的记载所示，在对永久磁铁电动机进行弱磁通控制时，不会损失扭矩精度而降低弱磁通电流，降低逆变器和电动机的损失、设备的电流额定值，但由于流过励磁电流而产生效率降低或加热，还需要设置冷却装置等，所以还产生成本方面和装置的大型化这样的问题点。

作为解决以往的永久磁铁同步电动机的驱动器系统的课题的装置之一，在日本特开平5－304752号公报（专利文献）4中，公开出通过组合永久磁铁与励磁线圈而可以将磁通设为可变的电动汽车用驱动用交流电动机。

在专利文献4中记载有如下的电动汽车驱动用交流电动机：不论在低输出运转还是在高输出运转中，都高效地运转电动机以及逆变器，而提高系统效率。该电动汽车驱动用交流电动机利用由埋入磁场磁极中的永久磁铁产生的磁通和根据需要由励磁线圈产生的磁通生成磁场磁通，根据电动机输出，将磁场磁通发生源切换成仅永久磁铁和永久磁铁以及励磁线圈这两者，并且经由旋转变压器供给励磁电流。因此，该电动汽车驱动用交流电动机根据电动机输出，例如在低输出时可以仅为永久磁铁的运转，所以运转效率提高。另外，可以提高电动机的低速域中的电动机电压，所以可以降低电流，可以减小电动机绕组的铜损、逆变器的发生损失而提高系统效率。特别是，对于多数情况下在低/中速域中运转的电动汽车，该效果大，且可以提高电流利用效率、并且延长一次充电行驶距离。

另外，该电动汽车驱动用交流电动机由于不使永久磁铁减磁，所以逆变器控制变得简单，并且不发生异常过电压，而可以保护设备。另外，旋转变压器通过进行高频动作而可以实现小型化，可以实现电动机或系统整体的小型轻量化。

但是，在专利文献4记载的电动汽车驱动用交流电动机中，在由励磁线圈发生磁通的情况下，总是需要流过励磁电流，所以存在由于流过励磁电流而效率降低这样的问题、由埋入磁场磁极的永久磁铁感应出电压的问题等。

与其相对，有可以利用由逆变器产生的电流使磁铁磁通可变的可变磁通电动机驱动器系统。该系统可以与运转条件对应地改变永久磁铁的磁通量，所以与以往的磁铁固定的PM电动机驱动器系统相比，可以期待提高效率。并且，在无需磁铁时通过减小磁通量还可以极力抑制感应电压。

但是，在对可以利用来自逆变器的磁化电流可变地控制磁通量的可变磁通电动机进行驱动的可变磁通电动机驱动器系统中，在哪个定时、如何进行改变磁通的磁化处理变得重要。需要扭矩精度、与磁化处理相伴的过渡扭矩的发生、用于对应于最高的效率和宽的速度范围的磁化处理的定时等。

另外，可变磁铁的BH特性（磁化－磁通密度特性）对于来自逆变器的磁化电流呈现急剧的响应，所以根据磁化的做法在磁通中易于产生偏差。在这样的情况下，扭矩的反复精度损失，有可能成为质量恶化的驱动器系统。

另外，在进行可变磁铁的磁化的情况下，需要从逆变器流过过大的电流，在该情况下，存在定子的饱和，与使可变磁铁减磁的情况相比，在增磁的情况下，需要流过更大的电流。另外，如果需要过大的电流，则不仅逆变器的开关元件的电流容量增大，而且还必须提高逆变器的开关元件的耐压。因此，仅为了磁化处理而开关元件容量增大，引起成本上升。另外，由于施加过大的电流，还存在瞬时性的发热，需要增加热容量，以使逆变器可以承受短时间的发热。

专利文献1：日本特开平11－299297号公报

专利文献2：美国专利第6800977号公报

专利文献3：美国专利第5977679号公报

专利文献4：日本特开平5－304752号公报

发明内容

本发明是鉴于上述以往技术的课题而完成的，其一个目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，抑制由于是可变磁铁而导致的扭矩精度劣化、且抑制与磁化处理相伴的过渡扭矩，进而，可以提高系统整体的效率并对应于宽的速度范围。

本发明的另一目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，对可以利用来自逆变器的磁化电流可变地控制磁通量的可变磁通电动机进行驱动，且可以改善可变磁铁的磁通的反复精度并提高扭矩精度。

本发明的又一目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，无需增加逆变器的电流容量、热容量，而可以利用简便的电路使可变磁铁磁化。

本发明的又一目的在于，提供一种可变磁通电动机驱动器系统，代替永久磁铁电动机，而应用可以可变地控制磁铁磁通的可变磁通电动机，使用简易的装置根据状况抑制基于所使用的可变磁铁的磁通的反电动势，防止在高速域中施加制动力，并且安全地保护系统。

为了达成上述目的，本发明的第一方面提供一种可变磁通电动机驱动器系统，具备对使用了固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，具备：扭矩指令生成部，生成上述可变磁通电动机的扭矩指令；可变磁通控制部，利用来自上述逆变器的磁化电流使磁通可变而使上述可变磁铁磁化；切换器，切换基于来自上述扭矩指令生成部的扭矩指令的DQ轴电流基准和来自上述可变磁通控制部的DQ轴磁化电流指令；磁化请求生成部，对上述可变磁通控制部发生在规定的条件成立时使上述可变磁铁磁化的请求；以及门指令生成部，根据基于来自上述切换器的扭矩指令的DQ轴电流基准或DQ轴磁化电流指令生成用于控制上述逆变器的门指令。

根据本发明的第一方面，抑制由于是可变磁铁而导致的扭矩精度劣化、并且抑制与磁化处理相伴的过渡扭矩，进而可以提高系统整体的效率并对应于宽的速度范围。

本发明的第二方面提供一种可变磁通电动机驱动器系统，具备：永久磁铁电动机，使用了永久磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；以及磁化单元，流过用于对上述永久磁铁的磁通进行控制的磁化电流，上述永久磁铁在至少一部分具有可变磁铁，该可变磁铁可以利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变，上述磁化单元流过上述可变磁铁的磁性体的磁化饱和区域以上的磁化电流。

本发明的第三方面提供一种可变磁通电动机驱动器系统，具备：永久磁铁电动机，使用了永久磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；可变磁通控制单元，为了控制上述永久磁铁的磁通而流过磁化电流；检测上述永久磁铁电动机的电流的单元；以及磁通推测单元，根据向上述永久磁铁电动机施加的电压、电流以及作为电动机参数的绕组电感，推测磁通量，上述永久磁铁在至少一部分具有可变磁铁，该可变磁铁可以利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变。

根据上述本发明的第二第三方面，可以一边利用来自逆变器的磁化电流控制可变磁铁的磁通量一边驱动可变磁通电动机，可以改善可变磁铁的磁通的反复精度，并提高扭矩精度。

本发明的第四方面提供一种可变磁通电动机驱动器系统，具备对具有固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，具备：主控制部，控制上述逆变器，以使上述可变磁通电动机的扭矩成为扭矩指令；磁化绕组，使上述可变磁通电动机的可变磁铁磁化；以及磁化电路，向上述磁化绕组供给磁化电流。

根据上述本发明的第四方面，无需增加逆变器的电流容量和热容量，而可以利用简便的电路使可变磁铁磁化。

本发明的第五方面提供一种可变磁通电动机驱动器系统，具备：永久磁铁电动机，至少具有作为低保持力的永久磁铁的可变磁铁；逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；磁化部，供给用于对上述可变磁铁的磁通进行控制的磁化电流；减磁判断部，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，根据判断结果生成减磁信号；以及一个以上的减磁部，根据由上述减磁判断部生成的减磁信号，对上述可变磁铁进行减磁。

根据上述本发明的第五方面，在需要可变磁通电动机驱动器系统的保护的情况下或在逆变器的停止时进行减磁，所以反电动势被抑制，可以防止施加制动力，并且可以安全地保护系统。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图2是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的简易模型图。

图3是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的转子的结构图。

图4是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机的固定磁铁和可变磁铁的BH特性（磁通密度－磁化特性）的特性图。

图5是定量地用正确地关系仅示出图4的第二象限（B>0、H<0）的特性图。

图6是示出本发明的第一实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的框图。

图7是示出本发明的第一实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。

图8是示出本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的一个例子的时序图。

图9是示出本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的另一例子的时序图。

图10是本发明的第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图11是示出本发明的第二实施方式中的扭矩指令生成部的内部结构的框图。

图12是示出本发明的第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的一个例子的时序图。

图13是本发明的第三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图14是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的一个例子的框图。

图15是示出本发明的第三实施方式的可变磁通电动机的加速时的响应波形的特性图。

图16是示出本发明的第三实施方式的可变磁通电动机的减速时的响应波形的特性图。

图17是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的另一例子的框图。

图18是示出本发明的第三实施方式中的磁化请求生成部的内部结构的又一例子的框图。

图19是本发明的第四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图20是示出本发明的第四实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。

图21是本发明的第四实施方式的可变磁通电动机控制的时序图。

图22是本发明的第五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的可变磁通电动机的剖面图。

图23是本发明的第五实施方式中使用的可变磁通电动机中采用的二个可变磁铁的BH特性图。

图24是示出本发明的第五实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。

图25是本发明的第五实施方式的可变磁通控制部所参照的磁化电流表。

图26是本发明的第六实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图27是示出本发明的第六实施方式的可变磁通控制部的内部结构的框图。

图28是本发明的第六实施方式的可变磁通电动机控制的时序图。

图29是本发明的第七实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图30是本发明的第七实施方式中的可变磁通电动机的转子的一个例子的结构图。

图31是本发明的第七实施方式中的可变磁通电动机的转子的另一例子的结构图。

图32是示出本发明的第七实施方式中的磁化用变换器的内部结构的一个例子的电路图。

图33是示出本发明的第七实施方式中的磁化用变换器的内部结构的另一例子的电路图。

图34是示出在本发明的第七实施方式中使用磁化绕组进行磁化时的波形的一个例子的波形图。

图35是示出在本发明的第七实施方式中使用磁化绕组进行磁化时的波形的另一例子的波形图。

图36是示出在本发明的第七实施方式中以非接触形式从磁化电路向转子的磁化绕组供给电力时的一个例子的结构图。

图37是示出在本发明的第七实施方式中以非接触形式从磁化电路向转子的磁化绕组供给电力时的另一例子的结构图。

图38是本发明的第八实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图39是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图40是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的逆变器的电路图。

图41是示出本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。

图42是本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。

图43是在现有驱动器与本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器之间比较了磁通的控制的说明图。

图44是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图45是示出本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。

图46是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。

图47是示出本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中使用的停止减磁判断部的内部结构的一个例子的框图。

图48是本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的减磁控制的时序图。

图49是本发明的第十一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图50是示出在本发明的第十一实施方式中可以使可变磁通电动机的线间短路而进行减磁的减磁部的结构例的电路图。

图51是本发明的第十二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图52是示出本发明的第十二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的停止减磁判断部的动作的流程图。

图53是本发明的第十三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图54是示出本发明的第十三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中的停止减磁判断部的动作的流程图。

图55是本发明的第十四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图56是本发明的第十五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

图57是以往的可变磁通电动机驱动器系统的框图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。

（第一实施方式）

图1是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。首先，对驱动器系统的包括可变磁通电动机4的主电路进行说明。逆变器1将来自直流电源的直流电力变换成交流电力后供给到可变磁通电动机4。对于供给到可变磁通电动机4的电流Iu、Iw，由电流检测器2进行检测，通过坐标变换部7变换成D轴电流Id、Q轴电流Iq后，输入到电压指令运算部10。来自电压指令运算部10的D轴电压指令Vd*、Q轴电压指令Vq*被输入到坐标变换器5，变换成三相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*后输入到PWM电路6。PWM电路6利用来自门指令生成部15的门指令Gst对逆变器1的开关元件进行接通断开控制。另一方面，对于可变磁通电动机4的旋转角度θ，由旋转角度传感器18进行检测，由伪微分器8进行微分而求出逆变器频率ω1后，输入到电压指令运算部10、磁通指令运算部12。

此处，对本发明的第一实施方式的可变磁通电动机4进行说明。图2是本发明的第一实施方式的可变磁通电动机4的简易模型图。可变磁通电动机4的定子侧与现有的永久磁铁同步电动机相同，在转子侧作为磁铁而具有磁性体的磁通密度固定的固定磁铁（FMG）54和磁性体的磁通密度可变的可变磁铁（VMG）53。在永久磁铁同步电动机的情况下仅为前者的固定磁铁，可变磁通电动机的特征在于具备可变磁铁。现在，如果将磁铁的磁化方向设为D轴，则固定磁铁54和可变磁铁53是沿着D轴方向配置的。另外，图2中的Ld为D轴电感，Lq为Q轴电感。

接下来，对固定磁铁54、可变磁铁53进行说明。固定磁铁（永久磁铁）是指，在未从外部流过电流等的状态下维持磁化的状态的磁铁。另外，虽然说是固定磁铁，其磁通密度并非在任意条件下都严格地不变化。即使是永久磁铁同步电动机，也通过利用逆变器1等流过过大的电流而减磁、或者相反地磁化。即，固定磁铁是指，并非其磁通量不变化，而是在与通常的额定运转接近的状态下，磁通密度大致不会根据其电流而变化的磁铁。

另一方面，可变磁铁53是指，即使在通常的额定运转条件下，磁通密度根据可以在逆变器1中流过的电流而变化的磁铁。这样的可变磁铁53依赖于磁性体的材质、结构，可以在某种程度的范围内进行设计。

例如，多数情况下将残留磁通密度Br高的钕铁硼（NdFeB）磁铁用作最近的永久磁铁同步电动机的固定磁铁（永久磁铁）。由于残留磁通密度Br高至1.2T程度，所以可以利用小的体格输出大的扭矩，适合于要求电动机的高输出小型化的EV（电动汽车）、HEV（混合动力车）、电车。在以往的永久磁铁同步电动机的情况下，不会由于通常的电流而减磁成为必要条件，所以钕铁硼磁铁（NdFeB）从具有非常高的保持力Hc（大约1000kA/m）的观点来看也是最佳的磁性体。其原因为，残留磁通密度大且保磁力大的磁铁被选定用于永久磁铁同步电动机。

此处，将残留磁通密度高且保持力Hc小的铝镍钴AlNiCo（Hc＝60～120kA/m）、FeCrCo磁铁（Hc＝约60kA/m）这样的磁性体作为可变磁铁53。根据在利用逆变器1对以往的永久磁铁同步电动机进行驱动时流过的程度的通常的电流量，钕铁硼NdFeB磁铁的磁通密度（磁通量）大致恒定，铝镍钴AlNiCo磁铁等可变磁铁的磁通密度（磁通量）可变。严格而言，钕铁硼在可逆区域中利用，所以虽然在微小的范围中产生磁通密度的变动，但如果无逆变器电流，则回到当初的值。另一方面，可变磁铁53在不可逆区域中利用，所以即使无逆变器电流，磁铁特性不成为当初的值而停留于变化的状态。在图2中，对于作为可变磁铁53的铝镍钴的磁通量，也仅D轴方向的量变动，而Q轴方向大致为零。

图3是可变磁通电动机4的转子51的结构图。组合钕铁硼NdFeB等高保磁力的固定磁铁54与铝镍钴AlNiCo等低保磁力的可变磁铁53而配置于转子铁芯52。可变磁铁53由于其磁化方向与Q轴方向正交，所以不会受到Q轴电流的影响，而可以利用D轴电流进行磁化。55为磁极部。

图4是固定磁铁54和可变磁铁53的BH特性（磁通密度－磁化特性）的特性图。图4中的S54为固定磁铁54的BH特性，S53为可变磁铁53的BH特性，Br1为可变磁铁53的残留磁通密度，Br2为固定磁铁54的残留磁通密度。另外，H1sat为可变磁铁53的饱和值，Hc1为可变磁铁53的保持力，Hc2为固定磁铁54的保持力。进而，X为基于逆变器的输出电流的磁化区域。Y表示可变磁铁的磁化饱和区域。

另外，图5是定量地用正确的关系仅示出图4的第二象限（B>0、H<0）的特性图。在钕铁硼NdFeB与铝镍钴AlNiCo的情况下，在残留磁通密度Br1、Br2中无明显误差，但对于保磁力Hc1、Hc2，相对钕铁硼NdFeB磁铁，在铝镍钴AlNiCo磁铁中成为1/15～1/8，在FeCrCo磁铁中成为1/15。

在以往的永久磁铁同步电动机中，基于逆变器1的输出电流的磁化区域X与钕铁硼NdFeB磁铁的保磁力相比充分小，且在其磁化特性的可逆范围中利用。可变磁铁53的保磁力如上所述小，所以在逆变器1的输出电流的范围中，在即使使电流成为零也不回到电流施加前的磁通密度B的不可逆区域中的利用成为可能，可以使磁通密度（磁通量）可变。

式（1）示出可变磁通电动机4的动作特性的等价简易模型。该模型是将D轴设为磁铁磁通方向、将Q轴设为与D轴正交的方向而给出的DQ轴旋转坐标系上的模型。

\begin{matrix} [\begin{matrix} Vd \\ Vq \end{matrix}] = \frac{d}{dt} \times [\begin{matrix} Ld & 0 \\ 0 & Lq \end{matrix}] \times [\begin{matrix} Id \\ Iq \end{matrix}] \\ + [\begin{matrix} R 1 & - ω 1 \times Lq \\ ω 1 \times Ld & R 1 \end{matrix}] \times [\begin{matrix} Id \\ Iq \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 \\ ω 1 \times (ΦF    LX + ΦVAR) \end{matrix}] \end{matrix} . . . (1)

此处，R1：绕组电阻，Ld：D轴电感，Lq：Q轴电感，ΦFIX：固定磁铁的（交链）磁通量，ΦVAR：可变磁铁的（交链）磁通量，ω1：逆变器频率。

接下来，参照图1对可变磁通电动机4的可变磁通电动机驱动器系统的控制进行说明。对可变磁通电动机驱动器系统的运转指令生成部16输入运转指令Run*和由保护判定部17判断的保护信号PROT。运转指令生成部16根据该运转指令Run*和由保护判定部17判断的保护信号PROT生成输出运转状态标志Run。

基本上，在输入了运转指令Run*的情况下（Run*＝1），使运转状态标志Run成为运转状态（Run＝1），在运转指令指示了停止的情况下（Run*＝0），使运转状态标志Run成为停止状态（Run＝0）。其中，在保护判定部17不是判断为保护而是判断为正常的情况下（PROT＝0）、且保护判定部17进行了保护检测的情况下（PROT＝1），即使运转指令Run*为“1”，运转状态也成为运转停止（Run＝0）。

另外，运转指令生成部16生成许可施加扭矩的扭矩许可标志TrqON（在TrqON＝1时施加扭矩，在TrqON＝0时不施加扭矩）。在运转指令Run*从“0”成为“1”的情况下，首先进行磁化处理。在该期间，在实施磁化处理的过程中，磁化完成标志FCCmp成为“1”。扭矩许可标志TrqON在该磁化完成之后、即磁化完成标志FCCmp从“1”成为“0”之后，才成为“1”。其原因为，由此在磁化完成之后提高扭矩。

相反地，在运转指令Run*从“1”成为“0”、即指示了运转停止的情况下，首先，使扭矩许可标志TrqON＝0，将扭矩指令Tm*减小至零，之后，使运转状态标志Run成为停止状态（Run＝0）。在后面叙述该关系。

扭矩指令生成部38在扭矩许可标志TrqON＝0的情况下，生成使目标值成为零的扭矩指令Tm*，在TrqON＝1的情况下生成成为期望的扭矩那样的扭矩指令Tm*。对于该过渡状态，可以限制扭矩指令的变化率，也可以用一次系统响应，依赖于应用。也可以根据情况阶段状地变化。

在门指令生成部15中，输入运转状态标志Run，生成门指令Gst并输出到内置于逆变器1的开关元件。门指令生成部15发挥作用，使得在运转状态标志Run从停止（＝0）改变成运转（＝1）的情况下，立即设为门开始（Gst＝1），在运转状态标志Run从运转（＝1）改变成（＝0）的情况下，在经过规定时间之后，设为门断开（Gst＝0）。在经过了该规定时间之后门断开的意图是以如上所述使可变磁铁53磁化成规定值而自由运行（Free Run）。

在磁通指令运算部12中，将运转状态标志Run和逆变器频率ω1、即转子旋转频率ωR设为输入，例如如下式所示生成并输出磁通指令Φ*。另外，在本实施方式中，设为带旋转角度传感器（分析器，resolver）18的控制，所以将用伪微分器8对由旋转角度传感器18检测出的角度θ进行微分而得到的转子旋转频率用作逆变器输出频率ω1。

If(Run=0)Φ*=Φmin

Elseif(|ω1|＜ωA)Φ*=Φmax …(2)

ElseΦ*=Φmin

此处，Φmin：作为可变磁通电动机可以取的最小磁通量（>0），Φmax：作为可变磁通电动机可以取的最大磁通量，ωA：规定的旋转频率。

即，在运转状态标志Run为停止的情况下（Run＝0），使磁通指令Φ*成为最小Φmin，在为运转状态（Run＝1）且旋转频率ωR低于规定值的情况下使磁通指令Φ*成为最大Φmax，并且，在速度高于规定值的情况下使磁通指令Φ*成为最小Φmin。关于磁通量的Φmin、Φmax的设定，将在后面叙述。

在电流基准运算部11中，将扭矩指令Tm*和磁通指令Φ*设为输入，如下式所示运算D轴电流基准IdR和Q轴电流基准IqR。

IdR=0…(3)

IqR=rm*/Φ* …(4)

此处，式（3）以及式（4）是假设未使用可变磁通电动机4的磁阻扭矩的运算式（电动机极对数＝1）。可以是存在D轴电感Ld与Q轴电感Lq的差异ΔL的凸极形电动机，也可以是无差异的非凸极形的电动机。

但是，在考虑效率的最佳化、规定电流下的最大输出的情况下，考虑磁阻扭矩的作法是有效的。在该情况下，例如，可以如下式所示进行运算。

IqR = (- Φ * + \sqrt{Φ *^{2} - 4 \times (Ld - Lq) \times K \times Tm *}) / 2 \times (Ld - Lq) \times K \cdot \cdot \cdot (5)

IdR=K×IqR…(6)

此处，K为D轴电流与Q轴电流的比率，是根据上述的效率最佳化、最大输出等用途而变化的值。为了实现最佳化而成为函数，作为其自变量，有扭矩、速度等各种值。一般进行简易的近似、表格化而使用。

磁化请求生成部29在磁通指令Φ*变化的情况、或者在运转状态标志Run变化的情况下，将磁化请求标志FCReq设为“1”，否则设为“0”。图6示出磁化请求生成部29的结构，31、33为上次值保持部，30、34为变化判定部，32为逻辑和电路。

由上次值保持部31保持磁通指令Φ*的上次值。上次值保持部31的输出为上次存储的磁通指令Φ*，与本次的磁通指令值Φ*一起输入到变化判定部30。在变化判定部30中对二个输入进行比较并在磁通指令值Φ*中存在变化的情况下输出“1”，在无变化的情况下输出“0”。即，仅在磁通指令Φ*变化的情况下设为“1”。代替磁通指令Φ*，关于运转状态标志Run，也具有与其同样的电路，二个变化判定部30、34的输出被输入到逻辑和电路32，其逻辑和被输出作为磁化请求标志FCReq。

作为磁化请求生成部29的输出的磁化请求标志FCReq在磁通指令Φ*变化的情况、或在运转状态标志Run变化的情况下成为“1”（有磁化请求），否则成为“0”（无磁化请求）。另外，对于运转状态标志Run变化的状态，考虑逆变器启动时、停止时、在保护下停止时等。另外，此处使用磁通指令Φ*，但也可以使用后述的可变磁通控制部13的磁化电流指令Im*（磁化电流表27的输出）的变化来生成磁化请求FCReq。

接下来，可变磁通控制部13利用来自逆变器1的磁化电流使磁通可变而使可变磁铁磁化。图7是可变磁通控制部13的框图。在可变磁通控制部13中，输入作为磁通指令运算部12的输出的磁通指令Φ*，运算并输出D轴磁化电流指令Idm*和Q轴磁化电流指令Iqm*。对于该生成处理，以下进行说明。

为了使可变磁铁磁化，按照图4的可变磁铁的BH特性，求出规定的磁化电流指令Im*。特别是，磁化电流指令Im*的大小被设定成图4中的H1sat以上、即设定成可变磁铁53的磁化饱和区域Y。

因此，为了直到磁性体的饱和区域为止流过磁化电流，应由磁通指令运算部12设定的磁通量Φmin、Φmax被设定成对可变磁铁53的磁通（磁通密度）为正或负的最大（饱和）值加上固定磁铁部分而得到的值。即，如果将可变磁铁的磁通量的正的最大值设为ΦVARmax（负的最大值的绝对值设为与正的最大值相等）、将固定磁铁的磁通量设为ΦFIX，则可以用下式表示。

Φmin=ΦFIX-ΦVARmax …(7)

Φmax=ΦFIX+ΦVHRmax …(8)

将磁通指令Φ*设为输入，利用存储有对应的磁化电流的磁化电流表27，输出用于取得磁通指令Φ*的磁化电流指令Im*。基本上，将磁铁的磁化方向设为D轴，所以磁化电流指令Im*被提供成向D轴的磁化电流指令Idm*。

但是，永久磁铁同步电动机在D轴电感Ld与Q轴电感Lq中存在很多差异，而发生磁阻扭矩。通过流过D轴电流，发生扭矩。特别是，在实现宽的速度范围的永久磁铁磁阻电动机（PRM电动机）的情况下显著。为了磁化，需要与额定电流等同、或其以上的电流值，所以假定在磁化处理时瞬时发生大的磁阻扭矩。理想情况下，即使是无凸极性的电动机，也会流过上述过大的磁化电流，所以当然假定产生部分性的磁饱和。由此，通过流过用于磁化的磁化电流，产生过渡性的扭矩骤变而引起机械振动，在汽车、电车的情况下，还对乘坐心情造成恶劣影响，而并非优选。

为了回避该现象，不仅是D轴磁化电流，而且还流过对磁化不造成影响但对扭矩降低作出贡献的Q轴磁化电流，从而可以抑制发生瞬时的磁阻扭矩。一般，用下式表示永久磁铁同步电动机扭矩。

Tm=Φ×Iq+(Ld-Lq)×Id×Iq …(9)

此处，在设为流过D轴磁化电流Idm时，可以在下式中求出不产生扭矩的条件。

Iq=Tm/(Φ+(Ld-Lq)×Id) …(10)

因此，如果置换成磁化电流指令，则得到下式。

Iq*=Tm/(Φ*+(Ld-Lq)×Idm*) …(11)

此处，存在应在磁通变化前设定磁通指令Φ*、应在磁通变化后设定、还是应在其中间设定这样的问题。可变磁通的磁化复杂，无法一概地限定。而且，需要与实际设备对应地进行调整，对式（11）的磁通指令进行基于实际设备测定的表格化，或者将D轴磁化电流指令Idm*、Q轴磁化电流指令Iqm*作为用扭矩不连续被减小的那样的实际设备验证求出的函数或表而具有。

在图7中，在Q轴磁化电流指令运算部36中，将磁化电流指令Im*（即D轴磁化电流指令Idm*）作为输入，生成并输出Q轴磁化电流指令。利用切换器26，仅在磁化完成标志FCCmp＝1的期间、即磁化处理中，输出值作为Q轴磁化电流指令Iqm*，在磁化完成标志FCCmp＝0的期间、即磁化处理完成后提供零。在Q轴磁化电流指令运算部36中，也可以如上式（11）或如上述，具有根据实际设备提供用于过渡扭矩降低的实测的Q轴电流指令的表、函数。另外，切换器23也与切换器26同样地动作，在磁化完成标志FCCmp＝1的期间输出值而作为Q轴磁化电流指令Iqm*，在磁化完成标志FCCmp＝0的期间提供零。

在图7中，磁化请求标志FCReq在希望切换磁通这样的请求时，至少瞬间成为切换请求状态（＝1）。为了使磁通可靠地可变，向最小接通脉冲（on pulse）器28输入磁化请求标志FCReq。作为该输出的磁化完成标志FCCmp（＝1：磁化中、＝0：磁化完成）具有在一旦输入了接通（＝1）的情况下，在规定时间的期间不成为断开（＝0）的功能。如果超过规定时间磁化请求标志维持了接通（＝1）的情况下，与磁化请求标志FCReq成为断开的同时，磁化完成标志FCCmp也立即成为断开。这样通过仅在规定时间继续磁化处理，可以进行可靠的磁化。

在图1的切换器37中，被输入磁化完成标志FCCmp，在磁化中（磁化完成标志FCCmp＝1）的情况下，输出作为可变磁通控制部13的输出的DQ轴的磁化电流指令Idm*、Iqm*，在磁化完成（磁化完成标志FCCmp＝0）的情况下，输出作为电流基准运算部11的输出的DQ轴电流基准IdR、IqR，而作为DQ轴电流指令Id*、Iq*。

根据如上所述生成的DQ轴电流指令Id*、Iq*，电压指令运算部10生成DQ轴电压指令Vd*、Vq*，以与该指令一致地流过电流。然后，用坐标变换部5变换成三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*，经由PWM电路6进行门信号的生成等。

图8是第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的时序图。在图8中，示出保护信号PROT不成立的状况。如果在时刻t1输入了运转指令Run*，则建立运转状态标志Run，磁通指令Φ*也从Φ0变化成Φmax。通过该运转状态标志Run的变化以及磁通指令Φ*的变化，建立磁化请求标志FCReq，建立将其仅在规定时间（时刻t1～时刻t2的期间）确保了接通状态的磁化完成标志FCCmq。仅在磁化完成标志FCCmp指示磁化中的FCCmp＝1的期间，D轴磁化电流指令Idm*具有值。

扭矩许可标志TrqON在磁化完成标志FCCmp从“1”成为“0”的时刻t2成为“1”，扭矩指令Tm*从时刻t2开始上升。即，对于扭矩指令Tm*，在刚刚起动之后磁化完成并且直到磁化完成标志FCCmp＝0为止不上升。在该情况下，扭矩指令Tm*在从时刻t2到时刻t3的期间上升。

然后，如果在时刻t4磁通指令Φ*从Φmax变化成Φmin，则磁化请求标志FCReq建立，将其仅在规定时间（时刻t4～时刻t5的期间）确保了接通状态的磁化完成标志FCCmp建立。仅在磁化完成标志FCCmp指示磁化中的FCCmp＝1的期间，D轴磁化电流指令Idm*以及Q轴磁化电流指令I1qm*具有值。

接下来，如果在时刻t6未输入运转指令Run*，则扭矩许可标志TrqON从“1”成为“0”，扭矩指令Tm*在从时刻t6到时刻t7的期间下降。在扭矩指令Tm*成为零的时刻t7，运转状态标志Run从“1”成为“0”，磁通指令Φ*从Φ0变化成Φmax。另外，磁化请求标志FCReq建立，将其仅在规定时间（时刻t7～时刻t8的期间）确保了接通状态的磁化完成标志FCCmp建立。仅在磁化完成标志FCCmp指示磁化中的FCCmp＝1的期间，D轴磁化电流指令Idm*具有值。

因此，根据式（11），在磁化处理A（时刻t1～时刻t2）、磁化处理C（时刻t7～时刻t8）中，Q轴磁化电流指令＝0，仅在磁化处理B（时刻t4～时刻t5）中Q轴磁化电流指令具有值。

此处，在可变磁通电动机4中，在磁化中流过过大的电流，所以发生很多过渡扭矩。由于该扭矩骤变，有可能引起机械振动，并且在损失、元件的压力方面也存在极力降低不慎流过过大的电流这样的要求。因此，在第一实施方式中，按照特定的条件进行磁化处理，所以可以将扭矩骤变、损失的发生、构成逆变器1的开关元件的受力抑制成所需最小限。

另外，由于在使逆变器1刚刚启动之后进行磁化处理，所以可以在开始施加扭矩之前确定可变磁铁53的磁化状态。例如，在电源刚刚接通之后，可变磁通电动机4的磁化状态不明，在进行自由运行的状态下，由于某种原因，磁化状态未必变化。例如，在逆变器1的直流电压降低，而由于总磁通发生的感应电压超过其的情况下，即使在停止了逆变器1的状态下，也从可变磁铁电动机4向逆变器1流过电流，但由于该原因，也假定磁化状态变化。另外，为了在自由转动中将感应电压抑制成最小限，在逆变器1的停止前，有时会设定成在通常的运转时不使用的磁通量。在该情况下，在使逆变器1启动时，必须磁化成运转上必要的磁通量。

即，由于逆变器1的启动前的磁化状态（磁通量）不明确，所以在第一实施方式中，将其确定而开始运转。其结果，在运转状态下，不会出现总磁通量过小而扭矩不足、或者实际磁通被设定成与控制器所假设的磁通不同的值等现象，而可以可靠地确保扭矩精度。

另外，在第一实施方式中，在逆变器刚刚启动之后磁化完成的状态下，使扭矩指令上升。如上所述，通过与D轴磁化电流一起流过Q轴磁化电流，具有进行过渡扭矩的降低的效果。但是，为了严格地抑制发生过渡扭矩，流过多少Q轴磁化电流即可是无法严格地决定的。另一方面，只要在扭矩指令Tm*为零、即Q轴磁化电流Iq＝0的情况下，就不会发生成为扭矩骤变的原因的磁阻扭矩，所以可以平滑地进行起动。即，在逆变器1刚刚启动之后，在完成磁化之后，使扭矩指令上升，从而可以进行无扭矩骤变的平滑的起动。

另外，在第一实施方式中，在运转指令停止之后、即在无需施加扭矩之后进行磁化处理，视为磁化完成，停止逆变器1的门。

在电车等的高速行驶中，存在为了降低损失而停止了逆变器1的自由运行状态、即惰行状态，但此时，如果可变磁通大，则还发生较大的感应电压。在该感应电压超过逆变器直流电压、即架线电压的情况下，即使在停止了逆变器的状态下，也从可变磁通电动机4向逆变器1流过电流。其中，来自可变磁通电动机4的运动能量被吸收，对车辆产生制动力，所以并非优选。另外，在进而速度高且磁通量也高的情况下，还存在感应电压超过逆变器1、甚至超过电源侧的耐压而导致破坏设备的可能性。因此，在完全上，优选极力使总磁通成为零而进行自由转动。

如上所述，通过在逆变器1刚刚停止之前降低磁通，可以抑制在自由转动中发生感应电压，可以回避施加制动力的问题、由于设备的过电压引起的故障的可能性。

特别是，选择使用可变磁通和固定磁通来表示的磁通中的、其绝对值更接近零的磁通，来进行磁化处理。在第一实施方式中，控制三个磁通等级，其中，选择绝对值最小的一个。由此，可以显著抑制发生感应电压。在具有使用了一个可变磁铁53和固定磁铁54的二个等级的磁通等级的情况下、或者在具有组合了多个可变磁铁53的四个等级以上的磁通等级的情况下，也可以同样地考虑。

另外，如果不将可变磁铁53使用至饱和区域，则可以利用可变磁铁53的正的最大与负的最大之间的任意的中间值。由此，还可以极力使总磁通成为零。

另外，例如，通过设计电动机结构以使可变磁铁53的总磁通与固定磁铁54的总磁通相等，还可以不改变可变磁通53的饱和区域Y中的利用这一点而使总磁通成为零。

另外，在第一实施方式中，在逆变器启动时以及逆变器停止时进行磁化。而且此时，将扭矩指令设定成零。其原因为，如上所述，在磁化处理中流过过大的电流，而无法回避发生过渡扭矩。在具有凸极性的磁阻电动机中，稳定地流过Q轴电流，所以由于过大的磁化电流而发生较大的过渡扭矩，引起机械振动，或者在电车、HEV应用中，使乘坐心情劣化。因此，即使是磁阻电动机，在零扭矩状态下，Q轴电流也为零，所以即使为了磁化而沿着D轴方向流过过大的电流，也可以极力抑制发生过渡扭矩。

另外，即使在施加了扭矩的状态下，也可以利用在磁化处理时流过的电流，降低过渡扭矩。即，本来，在磁化处理中流过D轴方向的电流即可。但是，在凸极电动机中，在流过Q轴电流的情况下，由于D轴电流，扭矩变动。通常，即使在并非凸极电动机的情况下，在磁化处理中有时流过额定以上的过大的电流，所以瞬时地产生磁饱和，有可能发生与凸极电动机同样的过渡扭矩。为了抑制该现象，与D轴电流一起还流过Q轴电流而作为磁化电流。从式（11）可知，可以利用Q轴电流抑制过渡扭矩。

这样，为了抑制与磁化处理相伴的过渡扭矩，与D轴电流一起流过Q轴电流，从而极力降低过渡扭矩，在机械振动的引发、电车和HEV应用中，可以抑制乘坐心情的劣化。

另外，通过磁化处理，由于磁通急剧变化或过大的磁化电流而使电动机的等价参数较大地变动的可能性，假定难以如式（11）所示事先计算出。因此，应根据实际设备决定Q轴电流。即，决定Q轴电流，以可以决定磁化处理中所需的D轴电流而抑制过渡扭矩即可。可以将其作为数据，并在表等中存储而实施。

图9是第一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的另一例子的时序图。在图9中，示出在时刻ta保护信号的PROT成立的情况。即，并非运转指令Run*指示了停止的情况，而是通过保护信号PROT实现逆变器停止的情况下的时序图。

在保护信号PROT检测出保护动作的时刻ta，保护信号PROT从“0”变化成“1”。在该状态下，运转指令Run*、运转状态标志Run以及扭矩许可标志TrqON一起断开。门指令Gst维持接通状态而进行磁化处理。即，在时刻ta～时刻tb为止的期间进行磁化处理。由此，提供使磁通的绝对值极力接近零那样的磁通指令Φ*。

如上所述，并非与保护信号PROT从“0”变化成“1”的保护检测一起，立即停止逆变器1，而是降低总磁通之后进行门断开。由此，可以降低在保护原因是何种原因不明的状态下，由门断开中的感应电压引起的二次故障的可能性。另外，无需对所有保护都在该磁化处理之后进行切口断开（notch off）。

（第二实施方式）

图10是本发明的第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。在本第二实施方式中，相对图1所示的第一实施方式，磁化请求生成部29代替向可变磁通控制部13输出的磁化请求标志FCReq而生成向扭矩指令生成部38输出的前级磁化请求标志FCReq0，扭矩指令生成部38除了扭矩许可标志TrqON以外，还输入前级磁化请求标志FCReq0以及磁化完成标志FCCmp，除了扭矩指令Tm*以外，还生成磁化请求标志FCReq。即，扭矩指令生成部38生成在使可变磁铁磁化时降低扭矩的扭矩指令Tm*，并且在降低了扭矩之后向可变磁通控制部13输出磁化请求标志FCReq。由此，可变磁通控制部13在降低了扭矩之后进行动作以使可变磁铁磁化。对与图1相同的要素附加同一标号并省略重复的说明。

在图10中，在图1所示的第一实施方式中，磁化请求生成部29的输出信号为磁化请求标志FCReq，但在第二实施方式中，输出前级磁化请求标志FCReq0。该前级磁化请求标志FCReq0与扭矩许可信号TrqON和磁化完成标志FCCmp一起输入到扭矩指令生成部38。

图11是第二实施方式中的扭矩指令生成部38的框图。如果前级磁化请求标志FCReq0为“1”的状态、即存在磁通可变的请求，则RS触发器44被置位。RS触发器44的输出经由逻辑和电路46输入到切换器39。向逻辑和电路46还输入磁化完成标志FCCmp。

切换器39在逻辑和电路46的输出为“1”时，将输出从扭矩基准TmR切换成规定的磁化用扭矩基准TmMag。另外，切换器40利用扭矩许可标志TrqON进行切换，在扭矩许可标志TrqON为“1”时选择切换器39的输出，在为“0”时选择“0”。

因此，如果在逻辑和电路46的输出为“1”，且由切换器39选择了规定的磁化用扭矩基准TmMag的期间，扭矩许可标志TrqON为扭矩许可状态（＝1），则由切换器40选择输出磁化用扭矩基准TmMag。该磁化用扭矩基准TmMag由于变化率极限41，而其输出变化的斜率被限制，扭矩指令Tm*逐渐变化。在比较器42中，判断扭矩指令Tm*与磁化用扭矩指令TmMag是否相等，在相等的情况下输出“1”，在不相等的情况下输出“0”。比较器42的输出和RS触发器44的输出被输入到逻辑和电路43，取逻辑积之后输出而作为磁化请求标志FCReq。

即，在由于变化率极限41，逐渐变化的扭矩指令Tm*与磁化用扭矩指令TmMag相等的情况下，磁化请求标志FCReq成为磁化请求（＝1）。另一方面，磁化请求标志FCReq被输入到延迟电路45，成为延迟了一个控制周期的输出。该延迟电路45的输出被输入到RS触发器44的复位。即，磁化请求标志FCReq在控制周期中建立（＝1）一个周期，之后被复位（＝0）。

来自扭矩指令生成部38的磁化请求标志FCReq被输入到可变磁通控制部13，进行与第一实施方式同样的磁化处理。来自可变磁通控制部13的磁化完成标志FCCmp被输入到图11中的扭矩指令生成部38的逻辑和电路46，只要可变磁通控制部13为磁化中（磁化完成标志FCCmp＝1）的状态，则将扭矩指令Tm*固定成磁化用扭矩指令TmMag。与磁化完成（FCCmp＝0）一起，扭矩指令Tm*朝向扭矩基准TmR，通过变化率极限41的作用而逐渐增加。

图12是示出第二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的动作的一个例子的时序图。在图12中，示出设为磁化用扭矩指令TmMag＝0的情况。

例如，对于磁化处理B（t4～t5）的动作，利用前级磁化请求标志FCReq0，在从时刻t4’到时刻t4的期间，扭矩指令Tm*朝向零被减小。在成为零的时刻t4，磁化请求标志FCReq建立而进行磁化处理。直到磁化完成为止（从FCCmp＝1到成为0为止），扭矩指令Tm*被维持成磁化用扭矩指令＝0。

这样，在进行磁化处理时，进行动作以使扭矩指令Tm*缩小至磁化用扭矩指令TmMag来进行磁化，所以即使是磁阻电动机，在零扭矩状态下，Q轴电流为零，所以即使为了磁化而沿着D轴方向流过过大的电流，也可以极力抑制发生过渡扭矩。

（第三实施方式）

图13是本发明的第三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。在本第三实施方式中，相对图1所示的第一实施方式，追加设置调制率运算部61以及弱磁场控制部62，向磁化请求生成部29输入弱磁场控制部62的输出信号。由此，磁化请求生成部29根据逆变器1的调制率发生磁化请求。对与图1相同的要素附加同一标号并省略重复的说明。

在图13中，由直流电压检测器60检测出逆变器1的直流侧电压Vdc而输入到调制率运算部61。对调制率运算部61，与直流电压Vdc一起，还输入作为电压指令运算部10的输出的DQ轴电压指令Vd*、Vq*。在调制率运算部61中，根据DQ轴电压指令Vd*、Vq*，如下式运算出DQ轴坐标系上的电压指令的大小V1*。

V 1 * = \sqrt{Vd *^{2} + Vq *^{2}} \cdot \cdot \cdot (12)

另外，在调制率运算部61中，根据直流电压Vdc利用下式运算出逆变器1可以输出的最大的DQ轴电压V1max。另外，在单脉冲模式时，形成该最大输出。

V 1 \max = \frac{\sqrt{6}}{π} \cdot Vdc \cdot \cdot \cdot (13)

调制率AL用下式表示。从调制率运算部61输出该调制率AL。另外，调制率AL为大于等于0小于等于1的值。

AL = \frac{V 1 *}{V 1 \max} \cdot \cdot \cdot (14)

弱磁场控制部62输入来自调制率运算部61的调制率AL，在调制率AL超过规定的最大调制率ALmax的情况下，对DQ轴电流进行校正控制，以使AL成为ALmax。其为弱磁场控制。规定的最大调制率为任意的值，但不超过1。作为弱磁场控制的一个例子，如下式运算出对DQ轴电流的校正量If*。

If * \frac{Kp \cdot s + Ki}{s} \cdot (AL - AL \max) \cdot \cdot \cdot (15)

其中，s：拉普拉斯算子，Kp：比例增益，Ki：积分增益，If*被限定在大于等于0的范围。在上式中，控制弱磁场用的补偿电流指令If*，以使调制率AL与最大调制率ALmax一致。

弱磁场用的补偿电流指令If*最终将DQ轴的电流基准IdR、IqR作用于电流基准运算部11而进行补偿。即，对电流基准运算部11的运算式（5）以及式（6）的最终级进行减法运算而校正即可。

实际上，并非单纯地对D轴电流基准IdR、Q轴电流基准IqR减去补偿电流指令If*来校正，而可以根据运转状况决定对DQ轴的比率来校正。

如上所述，可以控制弱磁场。通过弱磁场控制，弱磁场用的补偿电流指令If*具有大于等于0的值（在无弱磁场时为0，在弱磁场中成为正值），补偿DQ轴电流基准。

该弱磁场用的补偿电流指令If*被输入到磁化请求生成部29。磁化请求生成部29在逆变器的调制率成为最大的区域中发生磁化请求标志FCReq（＝1）。图14是示出第三实施方式中的磁化请求生成部29的一个例子的框图。相对图6所示的第一实施方式中的磁化请求生成部29，追加设置将弱磁场用的补偿电流指令If*与规定的设定值IfMag进行比较的比较器63、和判定比较器63的比较结果的变化的变化判定部64。对与图6相同的要素附加同一标号并省略重复的说明。

弱磁场用的补偿电流指令If*通过比较器63与规定的设定值IfMag进行比较。补偿电流指令If*在弱磁场区域增加至正，所以设定值IfMag被设置成正。在补偿电流指令If*增加而大于设定值IfMag的情况下输出“1”，在小的情况下输出“0”。在变化判定部64中，检测比较器63的输出变化的时刻而输出到逻辑和电路32，逻辑和电路32的输出为磁化请求标志FCReq，所以进行磁化处理。即，在弱磁场区域中，在弱磁场的深度变大的时刻实施磁化处理。

在该磁化处理中，例如如上式（2）设定磁通指令运算部12，以在低速侧提供大的磁通指令Φ*，在高速侧提供小的磁通指令Φ*即可。即，根据速度条件，切换磁通指令Φ*即可。

图15是示出第三实施方式的可变磁通电动机4的加速时的响应波形的特性图。在图15中，示出将最大调制率ALmax的上限置位成1的情况。当前，从时刻t0开始，可变磁通电动机4的速度FR增加。与可变磁通电动机4的速度FR的增加一起，调制率AL也增加。然后，在调制率AL成为“1”的时刻t1，开始产生弱磁场、即弱磁场用的补偿电流指令If*从零逐渐增加到正的值。在弱磁场用的补偿电流指令If*成为IfMag1的时刻t2，进行磁化处理MG－A，磁铁磁通从Φ1降低至Φ2。此时，虽然磁铁磁通降低，但依然为弱磁场区域WK－A，调制率维持1。

如果弱磁场用的补偿电流指令If*在时刻t3再次达到IfMag2，则再次进行磁化处理MG－B，磁铁磁通从Φ2降低至Φ3。在该情况下，磁通的降低大，一旦调制率AL小于“1”，则从弱磁场区域WK－B脱离。

此处，弱磁场是为了确保宽的速度控制而必需的功能，但在永久磁铁同步电动机的情况下，为了弱磁场而需要流过大的电流，产生功率因数、效率的降低，而并非优选。因此，根据表示弱磁场的深度的弱磁场用的校正电流指令If*的大小，进行磁通可变，从而可以抑制流过用于过大的弱磁场的电流，可以抑制电动机的功率因数、效率的降低。其结果，具有降低损失而可以对冷却器进行小型化等效果。另外，功率因数的降低被减轻而可以利用电流容量小的开关元件。

另外，在成为高速旋转而继续弱磁场的情况下，为了减小磁铁磁通，可以旋转至更高速而可以在宽的速度范围内动作。

进而，在第三实施方式中，将最大调制率ALmax的上限设为“1”，但其为单脉冲模式。在单脉冲模式下，输出由逆变器可以输出的最大电压。另外，在输出一个周期内各包含一个正负脉冲，所以每一周期的开关次数也最低。

即，在单脉冲模式中，可以降低开关元件的开关损失，所以对输出电压的提高和通过降低损失而实现装置的小型化也作出贡献。如磁化处理B所示，即使在磁通变化之后调制率小于“1”的情况下，作为可变磁通电动机驱动器系统不会有任何问题，但另一方面，如磁化处理A所示，即使在磁化后的磁铁磁通值中，只要是可以维持单脉冲模式的切换条件，则不会增加无需的开关损失，而可以减轻对冷却器的负担。

进而，对于成为磁通可变的弱磁场用的补偿电流指令If*的设定，优选设定成在任意进行磁铁的磁化之前实施磁化处理。在将向弱磁场用的补偿电流指令If*的切换设定值IfMag置位成大的值的情况下，假定利用通过弱磁场控制增加的电流方便地进行磁化，而磁铁磁通变化。即使在该状态下，也可以利用导入了可变磁铁的第三实施方式达成实现宽的速度范围等，但在考虑了向HEV、电车的搭载的情况下，优选降低与切换相伴的扭矩骤变。在磁通可变时，磁通急剧地变动，所以产生扭矩骤变，如果故意地使磁铁可变，则可以仅在磁化处理的期间，容易地实现向完全追踪型的电流控制切换等扭矩骤变的抑制对策。

另外，在图14中，示出了对弱磁场用的补偿电流指令If*，仅可以设定一个切换点的情况，但也可以设定二个以上的切换点。在图15中示出了存在二个切换点（IfMag1、IfMag2）的情况。

图16是示出第三实施方式的可变磁通电动机4的减速时的响应波形的特性图。与图15的情况同样地，例如，在磁化处理MG－A中在弱磁场用的补偿电流指令If*小于规定值IfMag1的时刻t13发生磁化请求。关于磁化处理MG－B，在弱磁场区域外请求了磁化处理，所以无法通过基于弱磁场用的补偿电流If*的磁化请求来实现。WK－A、WK－B分别表示弱磁场区域。

因此，如图17所示构成磁化请求生成部29而代替图14的结构。图17是示出第三实施方式中的磁化请求生成部29的另一例子的框图。即，磁化请求生成部29代替弱磁场用补偿电流指令值If*而输入调制率AL，使用比较器63对调制率AL与规定的设定值ALMag进行比较，使用变化判定部64判定该比较结果的变化而发生磁化请求。由此，可以实现磁化处理B。

另外，图18是示出第三实施方式中的磁化请求生成部29的又一例子的框图。在该一个例子中，相对图17所示的一个例子，代替图17的调制率AL，而输入可变磁通电动机4的转子旋转速度ωR。转子旋转角度ωR是对由旋转角度传感器18检测出的旋转角度θ进行微分而得到的。

磁化请求生成部29输入可变磁通电动机4的转子旋转速度ωR，使用比较器63对转子旋转速度ωR与规定的设定值ωRMag进行比较，使用变化判定部64判定该比较结果的变化而发生磁化请求。即，如图18所示，通过根据转子旋转速度ωR切换磁通以在低速下设为高的磁通而在高速下设为小的磁通，也可以达成宽的速度范围。

（第四实施方式）

图19是本发明的第四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。在本实施方式中，作为永久磁铁同步电动机的可变磁通电动机与图2～图5示出并说明的第一实施方式相同。

在本实施方式中，主电路由直流电源3、将直流电力变换成交流电力的逆变器1、利用该逆变器1的交流电力驱动的可变磁通电动机4构成。而且，在主电路中，设置有用于检测电动机电力的交流电流检测器2、用于检测电动机速度的旋转角度传感器（分析器）18。

接下来，对上述系统的控制动作进行说明。此处的输入为运转指令Run*和扭矩指令Tm*。运转指令生成部16将运转指令Run*和由保护判定部17判断的保护信号PROT作为输入，生成输出运转状态标志Run。基本上，在输入了运转指令的情况下（Run*＝1），使运转状态标志Run成为运转状态（Run＝1），在运转指令指示了停止的情况下（Run*＝0），使运转状态标志Run成为停止状态（Run＝0）。进而，在保护检测的情况下（PROT＝1），即使是运转指令Run*＝1，运转状态也成为停止状态Run＝0。

门指令生成部15输入运转状态标志Run，生成并输出对内置于逆变器1的开关元件的门指令Gst。在该门指令生成部15中如下作用，在运转状态标志Run从停止（Run＝0）改变成运转（Run＝1）的情况下，立即设为门开始（Gst＝1），在运转状态标志Run从运转（Run＝1）改变成停止（Run＝0）的情况下，在经过规定时间之后，设为门断开（Gst＝0）。

磁通指令运算部12将运转状态标志Run和逆变器频率ω1、即转子旋转频率ωR设为输入，例如如下式（16）所示生成磁通指令Φ*。即，在运转停止（Run＝0）的情况下，使磁通指令Φ*成为最小Φmin，在为运转状态（Run＝1）且旋转频率ωR低于规定值的情况下，使磁通指令Φ*成为最大Φmax，并且，在速度高于规定值的情况下，使磁通指令Φ*成为最小Φmin。

If(Run=0)Φ*=Φmin

Elseif(|ω1|＜ωA)Φ*=Φmax …(16)

ElseΦ*=Φmin

此处，Φmin：作为可变磁通电动机4可以取的最小磁通量（>0），Φmax：作为可变磁通电动机4可以取的最大磁通量，ωA：规定的旋转频率。另外，关于磁通量的Φmin、Φmax的设定，在后面的可变磁通控制部13中进行说明。

在电流基准运算部11中，将扭矩指令Tm*和磁通指令Φ*设为输入，如下式（17）、（18）所示运算D轴电流基准IdR和Q轴电流基准IqR。

IdR=0 …(17)

IqR=Tm*/Φ* …(18)

该式（17）、式（18）是假设未使用电动机的磁阻扭矩，且将电动机极数也设为0的运算式。可以是存在D轴电感Ld与Q轴电感Lq的差异ΔL的凸极形电动机，也可以是无差异的非凸极形的电动机。

IqR = (- Φ * + \sqrt{{Φ *}^{2} - 4 \times (Ld - Lq) \times K \times Tm *}) / 2 \times (Ld - Lq) \times K \cdot \cdot \cdot (19)

IdR=K×IqR …(20)

此处，K为D轴电流与Q轴电流的比率，是根据上述的效率最佳化、最大输出等用途而变化的值。为了实现最佳化而取函数形式，作为其自变量，使用扭矩、速度等。另外，还可以进行简易的近似、表格化来使用。另外，对于式（19）的磁通指令Φ*，即使使用后述的磁通推测值Φh，也可以动作。

磁化请求生成部29的详细结构与第一实施方式相同，如图6所示。

图20示出可变磁通控制部13的详细结构。可变磁通控制部13输入作为磁通指令运算部12的输出的磁通指令Φ*，输出校正D轴电流基准IdR的D轴磁化电流差分量ΔIdm*。对于该磁化电流差分量ΔIdm*的生成，依据以下的运算处理。

为了使可变磁铁VMG磁化，与第一实施方式同样地按照图4的可变磁铁的BH特性，求出规定的磁化电流指令Im*即可。特别是，磁化电流指令Im*的大小被设定成图4中的H1sat以上、即设定成可变磁铁的磁化饱和区域Y。

直到磁化饱和区域Y为止流过磁化电流，所以应由磁通指令运算部12设定的磁通量Φmin、Φmax被设定成对可变磁铁的磁通（磁通密度）为正或负的最大（饱和）值加上固定磁铁部分而得到的值。如果将可变磁铁VMG的磁通量的正的最大值设为ΦVARmax（负的最大值的绝对值设为与正的最大值相等）、将固定磁铁FMG的磁通量设为ΦFIX，则为下式（21）、式（22）。

Φmin=ΦFIX-ΦVARmax …(21)

Φmax=ΦFIX-ΦVARmax …(22)

将磁通指令Φ*设为输入，利用存储有对应的磁化电流的磁化电流表27，输出用于取得磁通指令Φ*的磁化电流指令Im*。

基本上，将磁铁的磁化方向设为D轴，所以磁化电流指令Im*被提供给D轴电流指令Id*。在本实施方式中，构成为用D轴磁化电流指令差分ΔIdm*校正作为来自电流基准运算部11的输出的D轴电流基准IdR，使其为D轴电流指令Id*，所以由运算器26A利用下式求出D轴磁化电流指令ΔIdm*。

ΔIDm*=Im*-IdR …(23)

另外，还可以构成为在磁通切换时，对D轴电流指令Id*直接提供磁化电流Im*。

另一方面，磁化请求标志FCReq在希望切换磁通的请求时，至少瞬间建立切换请求（FCReq＝1）。为了使磁通可靠地可变，向最小接通脉冲器28输入磁化请求标志FCReq。作为该输出的磁化完成标志（＝1：磁化中、＝0：磁化完成）具有在一旦输入了接通（＝1）的情况下，在规定时间的期间不成为断开（＝0）的功能。如果超过规定时间输入为接通（＝1）的情况下，与其成为断开的同时，输出也断开。

向切换器23输入磁化完成标志，在磁化中（磁化完成标志＝1）的情况下，输出减法器26A的输出，在磁化完成（磁化完成标志＝0）的情况下，输出0。

图19中的电压指令运算部10根据如上所述生成的DQ轴电流指令Id*、Iq*，生成包括电流控制器的DQ轴电压指令Vd*、Vq*，以流过与该指令一致的电流。

然后，用坐标变换部5将电压指令运算部10的DQ轴电压指令Vd*、Vq*变换成三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*，PWM电路6利用该三相电压指令通过PWM生成门信号，对逆变器1进行PWM控制。另外，坐标变换部7对电流检测器2的交流检测电流Iu、Iw进行二轴DQ轴变换而变换成DQ轴电流检测值Id、Iq后输入到电压指令运算部10。另外，伪微分器8根据旋转角度传感器（分析器）18的角度信号θ求出逆变器频率ω1。另外，在电压指令运算部10、坐标变换部5、7、PWM电路6中，采用与以往同样的公知技术。

图21示出各信号的动作的时序图的一个例子。此处是保护信号未建立的状况（PROT＝0），但由于运转状态标志Run的变化以及磁通指令Φ*的变化，磁化请求标志建立，将其确保规定时间宽度的磁化完成标志建立，仅在该磁化完成标志的期间，磁化电流指令Im*具有值。

通过以上结构，根据本实施方式，起到如下作用效果。可变磁通电动机4如图4的BH特性所示，其特性相对于基于逆变器电流的磁化而急剧地变化。因此，实用上，即使实施了同一控制，由于在无位置传感器控制中易于产生的D轴与磁通轴并未严格一致这样的轴偏移、电流响应的差异、以及电动机个体差异等，也难以反复得到同一磁通。在磁通的反复精度恶化的情况下，扭矩精度劣化，而并非优选。

但是，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，通过设定成在可变磁铁VMG的磁化特性中流过磁化饱和区域以上的磁化电流，确定磁化后的可变磁通量，可以提高其反复精度，因此可以确保扭矩精度，提高驱动器的可靠性。

另外，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，由于设定了流过磁化电流的时间的最小时间，所以不会在半截的磁化状态下结束，由此，可以抑制磁化处理后的可变磁通量的偏差，提高扭矩精度。

（第五实施方式）

使用图22～图25，对本发明的第五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统进行说明。图22示出在本发明的第五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统中设为控制对象的可变磁通电动机4A的结构。本实施方式的可变磁通电动机4A与第四实施方式的可变磁通电动机4相比，由二个一对的不同的低保磁力永久磁铁构成可变磁铁VMG。

即，转子51构成为在转子铁芯52中，组合配置有钕铁硼磁铁（NdFeB）等高保磁力的永久磁铁54和二个一对的铝镍钴磁铁（AlNiCo）等低保磁力的永久磁铁A53、低保磁力永久磁铁B57。作为固定磁铁FMG的高保磁力磁铁54是在转子铁芯52的磁极部55中沿着与半径正交的方向配置的。作为可变磁铁VMG的一个的低保磁力永久磁铁A53是在转子铁芯52的磁极部55的两侧，在与分别邻接的磁极部55的边界域沿着半径方向配置的。而且另一个低保磁力永久磁铁B57是在比高保磁力永久磁铁54更靠近转子51的中心侧，并且平行地配置的。这二个低保磁力永久磁铁A53和低保磁力永久磁铁B57为同一磁性体，与第四实施方式同样地使用铝镍钴磁铁（AlNiCo）。

这样，通过由低保磁力永久磁铁A53和低保磁力永久磁铁B57构成可变磁铁VMG，虽然使用同一磁性体，但由于使其配置位置不同，所以针对D轴磁化电流的磁化作用在这二个低保磁力永久磁铁A53与低保磁力永久磁铁B57之间不同。因此，成为具有图23所示那样的二个BH特性的可变磁铁结构。

在图23中，存在二个BH特性不同的可变磁铁的曲线C53、C57。该二个可变磁铁的曲线C53、C57是通过即使是同一材质的铝镍钴磁铁，也将其配置于空间上不同的位置而得到的。另外，即使使用二个一对的不同材质的低保磁力永久磁铁，也得到同样的二个BH特性。在同一材质的磁性体中BH特性一致，但根据将它们配置于电动机的何处，在针对基于电流的磁化H的磁通Φ中产生差异。图23并非简单示出基于材质的特性，而示出来自逆变器的磁化电流与磁通的关系。LV－A为基于逆变器的磁化电流的设定等级A，LV－B为基于逆变器的磁化电流的设定等级B。

在本实施方式的情况下，如上所述可变磁通电动机4A的结构与第四实施方式不同，并且与它们对应地使磁通可变时的磁化电流的大小的设定也与第一实施方式不同。另外，在本实施方式中可变磁通电动机驱动器系统的结构也与图19所示的第四实施方式相同。但是，可变磁通控制部13的功能结构如图24所示，与第四实施方式不同。以下，对本实施方式的可变磁通控制部13进行详细说明。

将保磁力小的可变磁铁称为可变磁铁A，将保磁力高的磁铁称为可变磁铁B。此处，设定成阶段性地提供二个磁化电流指令Im_A、Im_B。

Im_A：相对可变磁铁A是磁化饱和区域、即HcAsat附近以上，相对可变磁铁B是可逆区域。

Im_B：相对可变磁铁A和可变磁铁B都是磁化饱和区域、即HcBsat附近以上。

可变磁通控制部13根据所请求的磁通指令Φ*的等级选择该二个磁化电流指令（有正负的组合）而作为磁化电流指令Im*提供。

可变磁通控制部13根据磁通指令Φ*，计算出磁化电流指令Im*。本实施方式的可变磁通控制部13与图20所示的第四实施方式相比，上次值保持部35以及磁化电流表27的自变量成为二个这一点不同。另外，此处，通过控制微型计算机，针对每个规定时间，反复进行控制处理。

磁通指令Φ*和磁化请求标志FCReq被输入到上次值保持部35。磁化请求标志针对每个上升沿，存储磁通指令Φ*。上次值保持部35的输出为上次的磁化请求标志成为FCReq＝1时的磁通指令Φ*的值、即本次的磁化处理前的磁通指令值Φ*。此处，上次的磁通指令值称为Φ*old。对磁化电流表27，输入本次的磁通指令值Φ*和上次的磁通指令值Φ*old。

磁化电流表27为图25的表所示的设定。如果将可变磁铁A53的最大磁通设为ΦVARAmax，将可变磁铁B57的最大磁通设为ΦVARBmax，则作为磁通指令而取得的值为以下的四个值。

(i)Φ1=ΦFIX-ΦVARAmax-ΦVARBmax

(II)Φ2=ΦFIX+ΦVARAmax-ΦVARBmax

(iii)Φ3=ΦFIX-ΦVARAmax+ΦVARBmax …(24)

(iv)Φ4=ΦFIX+ΦVARAmax+ΦVARBmax

从图25的表可知，磁化电流表27的特征在于，即使在取得同一磁通的情况下，磁化处理、即磁化电流也根据上次的状态而不同。另外，在图25的表中，例如，上次的磁通指令值Φ*old＝Φ2且本次的磁通指令值Φ*＝Φ3时的记载“Im_B=>－Im_A”表示首先以Im*＝Im_B进行磁化处理，接下来设为Im*＝－Im_A进行磁化处理。单纯地，使磁化电流指令Φ*根据时间从Im_B变化成－Im_A即可，但为了可靠地磁化，首先以Im_B进行磁化，如第四实施方式或后述的第六实施方式所示，在磁化可靠地完成的阶段将磁通指令Φ*改变成－Im_A，而再次建立磁化请求标志。

根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，通过具有二个以上的特性不同的可变磁铁A53、可变磁铁B57，以一个可变磁通仅可以设定二个磁通量，而可以将磁通量设定成四个等级。特别是，设定成磁化电流的设定成为磁化可逆区域以及饱和区域，所以哪一个可变磁铁的值都不会成为不定。因此，可以设定具有再现性的反复精度高的磁通，可以提高扭矩精度。另外，通过这样取得多个等级的磁通值，可以设定与运转状况对应的极其细致的磁通量，可以提高作为可变磁通电动机的特征的系统效率。另外，本实施方式记载了二个可变磁铁A、B的组合，但也可以设为三个以上的可变磁铁的组合。

（第六实施方式）

图26示出本发明的第六实施方式的可变磁通电动机驱动器系统。另外，在图26中，对与图19所示的第四实施方式共同的要素附加同一标号而示出。

本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的特征在于，相对图19所示的第四实施方式，追加具备磁通推测部9，该磁通推测部9使用电压指令运算部10所输出的电压指令Vd*、Vq*、坐标变换部7所输出的DQ轴电流Id、Iq和转子旋转角度频率ω1来推测磁通Φh，并输出到可变磁通控制部13，并且可变磁通控制部13具备图27的结构。

磁通推测部9根据DQ轴电压指令Vd*、Vq*、DQ轴电流Id、Iq和转子旋转角频率ω1（逆变器频率），利用下式推测D轴磁通量。

Φh=(Vq*-R1×Iq-ω1×Ld×Id-Lq×Lq×dIq/dt)/ω1 …(25)

磁通推测值Φh与来自磁通指令运算部12的磁通指令Φ*一起输入到可变磁通控制部13。

图27示出本实施方式的可变磁通控制部13的详细结构。由减法器19运算出磁通指令Φ*与磁通推测值Φh的偏差，该偏差被输入到PI控制器20。另外，磁通指令Φ*被输入到磁化电流基准运算部21。磁化电流基准运算部21利用表或者应用函数式计算磁化电流指令Im*以磁化成与磁通指令Φ*对应的磁通。该特性是根据上述的BH特性计算的。在加法器22中，对磁化电流基准运算部21的输出与PI控制部20的输出进行加法运算。

该加法器22成为磁化电流指令Im*。为了磁化，提供该磁化电流指令Im*而作为D轴电流指令Id*。因此，在本实施方式的结构上，由减法器26A从磁化电流指令Im*减去D轴电流基准IdR，计算出D轴磁化电流指令差分值ΔIdm*，以使Id*与Im*一致。由此，利用图26中的加法器14与D轴电流基准IdR进行加法运算，所以D轴电流指令Id*与磁化电流Im*一致。

在可变磁通控制部13中的切换器23中，根据后述的磁化完成标志，选择二个输入，作为磁化电流指令Idm*而选择输出。在磁化完成标志＝0（磁化完成）的情况下，设为D轴磁化电流指令差分ΔIdm*＝0。另外，在磁化完成标志＝1（磁化中）的情况下，输出加法器22的输出而作为ΔIdm*。

作为减法器19的输出的磁通指令Φ*与磁通推测值Φh的偏差被输入到磁化完成判定部24。在该磁化完成判定部24中，例如在磁通偏差的绝对值小于规定值α的情况下输出1，在大于α的情况下输出0。触发器（RS－FF）25针对向置位S的输入，输入磁化请求标志FCReq，向复位R侧，输入磁化完成判定部24的输出。该RS－FF25的输出为磁化完成标志，被输入到PI控制部20和切换器23。如果该磁化完成标志为0，则表示磁化完成，如果为1则表示磁化中。

另外，作为磁通推测部9的输出的磁通推测值Φh还被输入到电流基准运算部11。在电流基准运算部11中，代替第一实施方式中的运算式中的磁通指令Φ*，而利用磁通推测值Φh根据下式求出DQ轴电流基准IdR、IqR。

IqR = (- Φh + \sqrt{{Φh}^{2} - 4 \times (Ld - Lq) \times K \times Tm *}) / 2 \times (Ld - Lq) \times K \cdot \cdot \cdot (26)

IdR=K×IqR …(27)

通过以上结构，本实施方式起到如下作用效果。在存在磁化请求的情况下，至少瞬间建立磁化请求标志＝1。通过置位RS－FF25，成为磁化完成标志＝1、即磁化中。切换器23输出来自PI控制器20以及磁化电流基准运算部21的输出而作为磁化电流指令Im*。该磁化电流基准运算部21前馈基于事先把握的BH特性的磁化电流，以磁化成磁通指令Φ*。由此，可以瞬间磁化到指令值的附近，磁化中所需的时间被降低，所以可以抑制发生无需的扭矩、损失。另外，还可以将预先实验性地求出的特性用作BH特性。

但是，难以如上所述严格地使磁通与规定值一致。因此，在本实施方式中，如图28所示，通过可变磁通控制部13中的PI控制器20的作用来校正磁化电流Im*以使磁通的偏差|Φ*－Φh|接近0。由此，磁通指令Φ*与磁通推测值Φh（即如果无推测误差则为实际磁通）最终一致。因此，可以提高磁化处理中的磁通量的反复精度，可以提高扭矩精度。

另外，在本实施方式中，如图28所示，在可变磁通控制部13中的磁化完成判定部24中，通过磁通偏差的绝对值成为规定值α以内而实际上磁通一致而磁化完成，使输出为1，RS－FF25接收该复位请求，使作为输出的磁化完成标志FCCmp成为0。因此，可以在使磁通推测值可靠地与作为该指令的磁通指令Φ*一致的情况下完成磁化处理。由此，根据本实施方式，可以提高磁化处理中的磁通量的反复精度，可以期待提高扭矩精度。

另外，根据本实施方式，在DQ轴电流基准IdR、IqR的生成中使用了利用电压电流推测的磁通推测值Φh，所以即使假设通过磁化处理在磁通量中产生了偏差，也根据实际情况校正DQ轴电流指令。而且根据该指令流过DQ轴电流，所以可以降低可变磁通量的偏差对扭矩造成的影响，扭矩精度提高。

另外，在本实施方式中，根据磁通推测值而构成，但在磁通推测器中，包括Ld、Lq等电动机电感。它们的值由于磁饱和而变动，但特别在可变磁通电动机中磁饱和由于可变磁通量而较大地变动。因此，通过具备将可变磁通的推测值设为输入，而输出电动机电感的函数或表，对磁通推测精度、甚至扭矩精度的提高是有益的。

另外，即使如上所述进行表格化，也有时难以高精度地把握电感的特性。在该情况下，代替推测磁通，而具备由霍尔元件等构成的磁通检测器，代替上述磁通推测值Φh而使用所检测出的实际磁通Φr，从而进一步提高磁通推测精度、甚至提高扭矩精度。

（第七实施方式）

图29是本发明的第七实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的框图。首先，对驱动器系统的包括可变磁通电动机4的主电路进行说明。逆变器1将来自直流电源3的直流电力变换成交流电力后供给到可变磁通电动机4。对于供给到可变磁通电动机4的电流Iu、Iw，由电流检测器2进行检测，输入到主控制部122的坐标变换部7，而通过坐标变换部7变换成D轴电流Id、Q轴电流Iq后，输入到电压指令运算部10。

来自电压指令运算部10的D轴电压指令Vd*、Q轴电压指令Vq*被输入到坐标变换部5，变换成三相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*后输入到PWM电路6。PWM电路6利用来自门指令生成部15的门指令Gst对逆变器1的开关元件进行接通断开控制。另一方面，对于可变磁通电动机4的旋转角度，由旋转角度传感器18进行检测，由伪微分器8进行微分而求出逆变器频率ω1后，输入到电压指令运算部10、磁通指令运算部12。

在磁通指令运算部12中，将运转指令Run和逆变器频率ω1、即转子旋转频率ωR（将使用伪微分器8对由旋转角度传感器18检测的角度进行微分而得到的转子旋转频率用作逆变器输出频率）设为输入，运算出磁通指令Φ*。在电流基准运算部11中，将扭矩指令Tm*和磁通指令Φ*设为输入，运算D轴电流基准IdR和Q轴电流基准IqR。可变磁通控制部13利用来自逆变器1的磁化电流使磁通可变而使可变磁铁磁化，根据磁通指令Φ*使用加法器14对D轴电流基准IdR加上磁化校正量ΔIdm*，输出到电压指令运算部10而作为D轴电流指令Id*。另外，向电压指令运算部10输出Q轴电流Iq而作为Q轴电流指令Iq*。

另一方面，在可变磁通电动机4中设置有后述的磁化绕组，从磁化电路128供给磁化电流。磁化电路128由磁化用变换器120、直流电源127、磁化电流控制部123构成，磁化电流控制部123具有电流控制部119。即，磁化绕组经由滑环121与磁化电路128的磁化用变换器120连接。对磁化电路128的磁化用变换器120连接了直流电源127，向磁化绕组供给磁化电流。由电流检测器124检测该磁化绕组中流过的电流，由电流控制部119生成磁化用变换器120的门信号，以使所检测出的磁化电流与磁化电流指令值ImagRef一致。

此处，对于本实施方式中的可变磁通电动机4，与第一实施方式相同，是图2所示的简易模型的结构。但是，转子51的结构与图3所示的第一实施方式不同，是图30所示的结构。

图30所示的本实施方式中的转子51是组合钕铁硼NdFeB等高保磁力的固定磁铁54与铝镍钴AlNiCo等低保磁力的可变磁铁53而配置于转子铁芯52的。可变磁铁53由于其磁化方向与Q轴方向正交，所以不会受到Q轴电流的影响，而可以利用D轴电流进行磁化。另外，在转子51中设置有磁化绕组56，通过从磁化电路9向该磁化绕组56流过电流，其磁场直接对可变磁铁53作用。

固定磁铁54和可变磁铁53的BH特性（磁通密度－磁化特性）与第一实施方式相同，如图4、图5所示。

接下来，参照图29对本实施方式的可变磁通电动机4的可变磁通电动机驱动器系统的特征部分进行说明。作为可变磁通电动机驱动器系统的特有的模块，有磁通指令运算部12、磁化请求生成部17和可变磁通控制部13。

磁通指令运算部12与该时刻下的状况对应地，运算出磁通（固定磁铁磁通＋可变磁铁磁通）应为多少。在磁化请求生成部17中，在作为来自磁通指令运算部12的输出的磁通指令Φ*变化时、在逆变器成为运转状态（Run*从0变化成1）的状态下，建立用于请求用于使可变磁铁磁化（减磁或增磁）的磁化处理的磁化请求标志FCReq。

在可变磁通控制部13中，在建立了磁化请求标志FCReq的情况下，进行磁化处理，以使磁化后的磁通量成为磁通指令Φ*。其是通过对D轴电流基准IdR加上用于磁化的磁化校正量ΔIdm*而运算出D轴电流指令Id*来实现的。电压指令运算部10运算出D轴电压指令Vd*以使D轴电流追随D轴电流指令Id*。所谓的电流PI控制等包含于该电压指令运算部10。

在本实施方式中作为特征性的部分，在可变磁通电动机4中如图30所示在转子51设置有磁化绕组56，从磁化电路128经由滑环121（参照图29）向磁化绕组56供给磁化电流。

首先，对可变磁通电动机4中具备的磁化绕组56进行说明。如图30所示，在该转子51的可变磁铁53的附近设置有磁化绕组56，该单相的磁化绕组56经由图29所示的滑环121与磁化电路128的磁化用变换器120连接。对磁化用变换器120连接有直流电源127而向磁化绕组56供给磁化电流Imag。由电流检测器124检测流过该磁化绕组56的电流，而输入到电流控制部119。在电流控制部119中，生成磁化用变换器120的门信号，以使所检测的磁化电流与该磁化电流指令值ImagRef一致。

流过磁化绕组56的电流无需再生，并且需要流过正负双向的磁化电流Imag（用于增磁、减磁），所以磁化用变换器120可以通过公知的单相全桥变换器的结构实现。电流控制部119通过PI控制进行电流控制，以使磁化电流Imag与磁化电流指令值ImagRef一致。为了流过磁化电流Imag，需要高速且高精度地流过，所以也可以代替PI控制而通过磁滞比较器等来实现。另外，与以往同样地由可变磁通控制部13生成磁化电流指令ImagRef。

由于设为这样的结构，可以向埋入转子51的磁化绕组56流过规定的磁化电流Imag，可以利用由磁化电流Imag产生的磁场，直接对可变磁铁53进行磁化控制。因此，相对于如以往通过过大地流过主绕组的D轴电流而进行磁化，可以利用磁化绕组56的磁化电流Imag，可变地控制可变磁铁53的磁通。

其结果，可以降低逆变器1的电流容量，可以期待逆变器1的小型/轻量/成本降低。由在转子铁芯52的内部埋入的磁化绕组56产生的磁通由于与磁铁磁通同步，所以无与磁化绕组56交链而时间变化的磁通。因此，在磁化绕组56中不发生反电动势，所以磁化用变换器120的直流电压与逆变器1相比可以格外低。因此，可以利用小容量/大电流的元件，所以该磁化用变换器120的容量可以小。

进而，在利用逆变器1磁化的情况下，在使可变磁铁53的磁通增磁时、即在可变磁铁53与固定磁铁54较强地相互动作时，即使在定子侧磁通饱和而向定子流入磁化电流，该磁场也难以对可变磁铁作用。这样，与在使可变磁铁53减磁时相比，在使可变磁铁53增磁时，需要向定子绕组流过进一步过大的磁化电流。其结果，逆变器1的元件额定进一步增加，有可能导致成本上升、装置大型化。

与其相对，在本实施方式中，在转子51设置有磁化绕组56，所以不会如上所述受到磁饱和的影响，而可以利用来自磁化用变换器210的最小限的电流，容易地使可变磁铁53磁化。

另外，在流过过大的磁化电流而作为定子的D轴电流的情况下，有时由于该过渡性的电流响应而发生过渡扭矩。特别在可变磁通电动机中存在凸极性的情况下，通过流过D轴电流，磁阻扭矩变动，可变磁通电动机4的扭矩变动。因此，通过为了磁化而流过过大的磁化电流以作为D轴电流，产生进一步过大的扭矩变动。由于这些扭矩变动，存在引起车辆的机械系统的振动等、系统上造成恶劣影响的风险。在车辆等中，还有可能劣化乘客等的乘坐心情。

与其相对，在本实施方式中，由于仅流过所需最低限的磁化电流即可，所以还可以使过渡扭矩的发生停留于最小限。特别是，在具有凸极性的情况下，流过磁化绕组56的电流并不直接成为磁阻扭矩，所以与以往的通过逆变器1而从定子侧磁化的方式相比，可以格外地抑制与磁化相伴的扭矩变动。

另外，在从逆变器1流过磁化电流的情况下，需要电压余裕。一般输出电压根据速度而变化，但在高速旋转中采用提高输出电压并且降低损失那样的单脉冲模式。这样在维持了逆变器1的输出电压的最大的运转中，不存在为了增加可变磁铁53的磁通而流入正的磁化电流、即正的D轴电流的余裕。如果在电压中无余裕，则磁化电流的上升变慢，所以流入电流的时间增大。在该期间，引起逆变器1的温度上升，有可能产生装置破坏，所以相反地，为了回避该现象，需要增强冷却器。

与其相对，在本实施方式中，由于在磁化绕组56中不发生反电动势，并且不存在如逆变器1那样由于其他原因而没有用于磁化的电压余裕那样的状态，总是可以通过任意地施加电压来流过磁化电流。进而，在使用逆变器1磁化的情况下，无电感的自由度。电动机电感是考虑电动机的输出、效率等而设计的，所以未必优先考虑磁化中的最佳性。与其相对，如果具备专用的磁化绕组56，则该电感的设计自由度增加，可以取得对磁化适合的电感。

在以上说明中，如图30所示在可变磁铁53的附近设置磁化绕组56，以利用磁化绕组56所生成的磁通使可变磁铁53的磁通磁化，但也可以如图31所示在固定磁铁54的附近设置磁化绕组56，以利用磁化绕组56所生成的磁通抵消固定磁铁56的磁通。

在图31所示的转子51中，在作为高保磁力磁铁的固定磁铁54的附近配置有磁化绕组56。由此，通过向磁化绕组56流过磁化电流，可以削弱固定磁铁54的磁通。

如上所述，对于由于逆变器1而流过磁化电流的问题，在使可变磁铁53增磁的情况下，为了通过定子侧磁饱和而完全地增磁，需要流过过大的定子电流。由于流过该过大的电流，有时引起发生与磁化相伴的扭矩变动、或者由于逆变器1的电流容量增加而成本上升或装置体格增大这样的问题。

因此，如果如图31所示配置磁化绕组56以削弱固定磁铁54的磁通，则磁化绕组56对固定磁铁54作用，而相互抵消其磁通，从而可以减轻定子侧的磁饱和，可以从逆变器1以更小的磁化电流使可变磁铁53增磁。

在该情况下，磁化用变换器120可以通过可以进行仅流过负的磁化电流的1象限动作的简单结构实现。例如，如图32所示，磁化用变换器120可以由一个开关元件Tr和一个二极管D构成。另一方面，在需要流过双向的磁化电流的情况下，需要可以进行2象限动作的全桥变换器，所以例如如图33所示，使用四个开关元件Tr构成全桥电路，构成磁化用变换器120，以可以向磁化绕组56流过正负的电流。这样，可以使用简易的电路实现磁化用变换器120，所以实现小型化/成本降低。

接下来，图34是示出使用磁化绕组56进行磁化时的波形的一个例子的波形图。在图34中，示出不仅是由磁化绕组56产生的磁化，而且还组合由逆变器1产生的磁化来进行的一个例子。在由磁通指令运算部12运算的磁通指令Φ*变化时，由磁化请求生成部17使磁化请求标志FCReq瞬间成为“1”。接收该磁化请求标志FCReq，在可变磁通控制部13中，在规定时间Ta的期间进行磁化处理。在磁化处理中，提供磁化绕组56的磁化电流指令值ImagRef和作为用于基于逆变器1的主控制部122的磁化的电流指令的D轴电流指令Id*。

通过利用磁化电流Imag、逆变器1的D轴电流Id的电流控制，进行动作以流过该电流。通过磁化电流Imag以及D轴电流Id所生成的磁场，可变磁铁变化。在图34中，通过时刻t1～t2的磁化，使可变磁铁53增磁，通过时刻t3～t4的磁化，使可变磁铁53减磁。

增磁侧与减磁侧相比，由于磁饱和而不易磁化，所以与磁化绕组56一起，从逆变器1也同时磁化。另一方面，减磁侧与增磁侧相比，由于可以容易磁化，所以仅使磁化绕组56作用。

如果利用逆变器1进行磁化，则产生很多扭矩变动，所以并非优选，但仅通过磁化绕组56磁化作用不足的情况下，通过采取协调而磁化，可以容易地进行磁化。

图35是示出磁化处理的另一例子的波形图。磁化绕组56仅在增磁侧作用。如上所述，与增磁侧相比减磁侧的磁化更容易，所以逆变器1承担该现象，不使磁化电路128动作而不向磁化绕组56流过磁化电流。在该情况下，可以使用图32所示的仅可以进行1象限动作的简单的电路结构实现磁化用变换器120。因此，可以对装置的小型/轻量化作出贡献。另外，仅在磁化处理的期间（时刻t1～t2、t3～t4的期间）使磁化用变换器120的门接通即可。

还可以以非接触形式从磁化电路128向转子51的磁化绕组56供给电力。图36是该情况的结构图。在图29中，相对从磁化用变换器120通过滑环121向磁化绕组56供给电力，在图36中，通过旋转变压器132以非接触形式向磁化绕组供给电力。旋转变压器132由定子中具备的供电侧线圈130和转子51中具备的受电侧线圈129构成。

磁化用变换器120向磁化绕组56施加与磁化电流指令一致的高频电压。在作为旋转变压器132的受电侧线圈129中感应出该电压。在受电线圈129中存在中性点，通过整流电路133进行全波整流。在整流电路133的输出连接有磁化绕组56，通过全波整流变换后的直流被施加到磁化绕组56，通过流过磁化电流而使可变磁铁53的磁通可变。

因此，与使用了滑环121的情况相比可以以非接触形式励磁，可以提高维护性/可靠性。受电侧的电路仅为二极管，设置于转子51，虽然有时温度上升，但随着SiC等半导体技术的提高，在温度方面也没有问题。因此，如上所述减小磁化绕组56中所需的电压即可，旋转变压器132也无需大的空间。

在该情况下，由于磁化绕组56的电流为单向，所以如图34的波形图所示，例如在使用逆变器1磁化时，可以回避定子磁饱和而需要过大的定子电流。另外，如图35的波形图所示，在双向地流过磁化电流的情况下，如图37所示，在整流器133的直流输出侧具备第二磁化用变换器134即可。通过如此实现而可以向磁化绕组56流过双向的磁化电流。另外，也可以在可变磁通电动机4的转子51设置磁化电路128。在该情况下，无需滑环121、旋转变压器132。

（第八实施方式）

使用图38，对本发明的第八实施方式的可变磁通电动机驱动器系统进行说明。在图29所示的第七实施方式中，构成为一台逆变器1驱动一台可变磁通电动机4，而本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的特征在于，一台逆变器1驱动四台可变磁通电动机4。另外，在图38中，对与第七实施方式或其他实施方式共同的结构要素，附加共同的标号而示出。

逆变器1的主控制部122与图29所示的结构相同，在各个可变磁通电动机4中设置有各自的磁化电路128的磁化电流控制部123以及磁化用变换器120。另外，共用地设置有直流电源127。在磁化电流控制部123中，追加设置有稳定化控制器126，对磁化电流指令ImagRef加上稳定化控制部126的输出。稳定化控制部126输入所驱动的可变磁通电动机4（x）的转速WR（x），例如对其进行微分后乘上增益而输出，从而校正磁化电流指令ImagRef。

一般，在使用一台逆变器1驱动多台同步电动机的情况下，如果可变磁通电动机4的负载失衡，则发生同步电动机的转速振动而不稳定的现象。由于在逆变器1中没有使各个同步电动机稳定的单元，所以根据负载的失衡的条件而失步、无法运转。因此，并联地驱动同步电动机这样的事例较少。因此，在作为一台同步电动机的可变磁通电动机4中需要一台逆变器，所以与感应电动机等可以并联驱动的驱动器系统相比，成本增加。

与其相对，根据图38所示的本实施方式的结构，即使在由于负载的失衡而各个可变磁通电动机4的转速振动的情况下，通过使用稳定化控制器126流过抑制该现象的磁化电流，也可以使各个可变磁通电动机4的转速稳定化。

可变磁通电动机4的扭矩是由磁铁磁通和定子电流决定的。定子电流由于是公共的，所以无法控制，但通过利用磁化绕组56的电流增减可变磁铁53，可以控制总磁通。为了使转速稳定化，反馈转速的变动，提供到（由于与粘性摩擦等价）扭矩的次元即可，但其是通过反馈转速的微分来实现的。因此，通过在各个可变磁通电动机4中具备磁化绕组56，可以实现在以往无法实现的并联驱动作为同步电动机的可变磁通电动机4的技术。由此，实现集中性的逆变器1即可，实现装置的小型化、成本降低。

如上所述，在转子51中具备的磁化绕组56中，不产生反电动势，所以所需的电压小，基本上施加与绕组电阻相应的电压即可。与使用逆变器1等进行磁化的情况相比，可以非常容易地使可变磁铁53磁化，可以利用磁化绕组56总是独立地容易控制扭矩。

（第九实施方式）

图39是示出本发明的第九实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。另外，在图39以及示出后述的各实施方式的图中，对与上述其他实施方式中的结构要素相同或均等的部分附加同一标号而示出，省略重复的说明。作为永久磁铁同步电动机的可变磁通电动机4与第一实施方式同样地如图2～图5所示。

本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统由可变磁通电动机4、电流检测器2、直流电源3、将直流电力变换成交流电力的逆变器1、切换器205a、PWM电路6、停止减磁判断部208a、电压指令运算部210、电流指令运算部211、以及旋转角度传感器18构成。此处，该可变磁通电动机驱动器系统可以分成主电路和控制电路。直流电源3、逆变器1、可变磁通电动机4、用于检测电动机电流的电流检测器2、以及用于检测可变磁通电动机4的旋转角度的旋转角度传感器18构成主电路。另外，切换器205a、PWM控制电路6、停止检测判断部208a、电压指令运算部210、以及电流指令运算部211构成控制电路。可变磁通电动机4具有作为低保持力的永久磁铁的可变磁铁（例如铝镍钴磁铁）。

逆变器1驱动可变磁通电动机4。另外，逆变器1还对应于本发明的磁化部，供给用于对可变磁通电动机4所具有的可变磁铁的磁通进行控制的磁化电流。进而，逆变器1还对应于本发明的减磁部，根据由停止减磁判断部208a生成的减磁信号，对可变磁铁进行减磁。另外，逆变器1与可变磁通电动机4直接连接，无需如以往那样需要负载接触器。在本实施方式中，减磁部是一个，但也可以是多个。对于具有多个减磁部时的实施方式，将在后面叙述。

停止减磁判断部208a与本发明的减磁判断部对应，判断是否应对可变磁通电动机4所具有的可变磁铁进行检测，根据判断结果生成减磁信号。在本实施方式中，停止减磁判断部208a在逆变器1停止动作的情况、或在该可变磁通电动机驱动器系统的内外产生故障而保护停止该驱动器的情况下，判断为应对可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

电压指令运算部210、电流指令运算部211以及旋转角度传感器18与图57所示的以往技术相同，省略重复的说明。

切换器205a根据由停止减磁判断部208a生成的减磁信号切换输出。在未从停止减磁判断部208a输出减磁信号的情况下（减磁标志FLG_DEMAG＝0），切换器205a向PWM电路6输出由电压指令运算部210生成的三相的电压指令Vu*、Vv*、Vw*。

另一方面，在从停止减磁判断部208a输出了减磁信号的情况下（减磁标志FLG_DEMAG＝1），切换器205a输出0。在该情况下，PWM电路6向逆变器1输出使U、V、W相分别同时反复接通断开那样的控制信号。因此，逆变器1使可变磁通电动机4的各线间短路，使可变磁铁减磁。

另外，图40是示出逆变器1的详细结构的图。如上所述，在由停止减磁判断部208a输出了减磁信号的情况下，三相的所有开关元件同时全部接通或全部断开，其结果，逆变器1使可变磁通电动机4的各线间短路而使可变磁铁53减磁。另外，作为使可变磁通电动机4所具有的可变磁铁53减磁的方法，还可以举出使逆变器1的六个开关元件中的任意一个接通的方法。在通过使一个开关元件接通，而转子51的旋转相位角成为规定的相位角的情况下，可以流过使感应电压减磁的减磁电流。在可变磁通电动机4旋转时可变磁通电动机4的感应电压成为问题，转子51的旋转相位角一定与旋转一起通过规定的旋转相位角，所以可以使可变磁铁53减磁。

另外作为其他方法，还可以降低逆变器1的输出电压来进行减磁。进行可变磁通电动机4的线间短路的意义与将逆变器1的输出电压设为0的意义相同，但仅通过降低输出电压，也得到充分减磁的效果。例如，与通常的磁化动作同样地，还可以对D轴电流指令提供为了得到成为减磁目标的磁通而应流过的磁化电流指令，使其流过而进行减磁。虽然还与流完磁化电流的时间相关，但输出电压与磁铁磁通的降低即减磁一起降低。

另外，在本发明中的减磁部使可变磁通电动机4的线间的至少一个短路而进行减磁的情况下，如果减磁电流的大小达到规定值，则该短路的时间为极短的时间即可，即使仅通过瞬间短路，也得到减磁的效果。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。图41是示出停止减磁判断部208a的详细结构的框图。此处的输入为保护信号PROT和运转指令RUN_CMD。这些信号是由系统内的恰当的单元生成的。停止减磁判断部208a根据这些信号，可知逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况的定时。

基本上，在输入了运转指令的情况下，使运转指令成为运转状态（RUN_CMD＝1），在运转指令指示停止的情况下，使运转指令成为停止状态（RUN_CMD＝0）。

首先对通常的运转停止进行说明。图42（a）沿着时间轴示出通常的运转停止中的各信号的状态。在处于通常的运转状态时，运转指令RUN_CMD＝1，保护信号PROT＝0。因此，NOT电路220的输出为1，AND电路221的输出也成为1。此处，AND电路221的输出可以说是包括保护的运转指令。

如果通常的运转直到此前继续，则上次值保持电路223的输出成为1。另外，NOT电路222的输出为0，所以AND电路224的输出成为0。OFF时间延迟（OFFTD）电路225是在所输入的值为1的情况下，在经过规定时间之后输出0的电路。此处，由于继续向OFFTD电路225输入0，所以OFFTD电路225继续输出0。由此，减磁标志FLG_DEMAG＝0。另外，OR电路226的输出成为1。

另一方面，重故障判断电路227可以利用恰当的单元取得该可变磁通电动机驱动器系统的状态。在是该可变磁通电动机驱动器系统健全、或轻故障、其他装置异常这样的状态的情况下，重故障判断电路227输出0。另外，在可变磁通电动机驱动器系统为重故障的情况下，重故障判断电路227输出1。此处，由于是健全，所以重故障判断电路227输出0。因此，NOT电路228的输出成为1，AND电路229输出1。

由此，从停止减磁判断部208a输出的门指令Gst的值成为1。PWM电路6根据由停止减磁判断部208a生成的门指令Gst，控制（门接通）内置于逆变器1的开关元件。

如图42（a）的时刻t₀所示，在运转指令指示了停止的情况下（RUN_CMD＝0），向OFFTD电路225输入1，减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1）。另外，在时刻t₀，门指令Gst维持1。由于减磁标志为接通，所以如上所述，切换器5a输出0。在该情况下，PWM电路6向逆变器1输出使U、V、W相分别同时反复接通断开那样的控制信号。因此，逆变器1使可变磁通电动机4的各线间短路，使可变磁铁减磁。

在从时刻t₀经过了规定时间之后，在时刻t₁，OFFTD电路225输出0。因此，减磁标志成为断开（FLG_DEMAG＝0）。仅在该减磁标志为接通的期间（从时刻t₀到时刻t₁），切换器205a输出0，逆变器1进行减磁。

在时刻t₁，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。

接下来，对轻故障中的保护停止的情况进行说明。图42（b）沿着时间轴示出轻故障的保护停止中的各信号的状态。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。因此，包括作为AND电路221的输出的保护的运转指令成为0。因此，OFFTD电路225的输出成为1，减磁标志成为接通（FLG_DEMGA＝1），所以利用逆变器1进行减磁。另外，在经过规定时间后的时刻t₁，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。与通常的运转停止的不同点在于，即使运转指令保持运转状态（RUN_CMD＝1），在保护信号PROT成为1的情况下，在进行减磁之后，停止逆变器1。

最后，对重故障中的保护停止的情况进行说明。图42（c）沿着时间轴示出重故障的保护停止中的各信号的状态。另外，可以由设计者、使用者等自由地设计轻故障和重故障的判定基准，但通常将由于本系统的故障而使用门指令使门接通的作法危险、且需要尽可能早地停止系统那样的故障设为重故障。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。与其同时，重故障判断电路227根据是重故障这样的判断而输出1。因此，门指令Gst成为0，逆变器1立即停止运转。

在时刻t₀，OFFTD电路25的输出成为1，减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1），但逆变器1停止，所以不进行减磁。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，在需要保护可变磁通电动机驱动器系统的情况下或在逆变器的停止时进行减磁，所以反电动势被抑制，可以防止施加制动力，并且可以安全地保护系统。

另外，在从停止减磁判断部208a输出了减磁信号的情况下，控制逆变器1来简易地进行减磁，所以可以有效活用既存的装置实现本系统。进而，通过进行减磁，反电动势被抑制，所以无需如图57所示那样的负载接触器209，成本削减。

另外，在本实施方式中，逆变器1与可变磁通电动机4被直接连接，但也可以如以往那样具备在逆变器1与可变磁通电动机4之间控制两者的电连接的接触器。在该情况下，减磁判断部208a在逆变器1停止动作的情况、或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，输出控制信号而断开接触器。通过设为这样的结构，该可变磁通电动机驱动器系统可以提高可靠性。该可变磁通电动机驱动器系统具备逆变器1而作为减磁部，所以也可以构成为对各相仅设置一个接触器（不双重化）。

图43是在现有驱动器与本实施方式的可变磁通电动机驱动器之间对磁通的控制进行比较的图。在图43中，251a、251b表示逆变器耐压，252a、252b表示电动机端子电压，253a、253b表示旋转速度，254a、254b表示磁铁磁通，255a、255b表示反电动势。另外，Tcst表示惰行定时。

图43（a）示出作为现有驱动器的固定磁通的永久磁铁同步电动机（PRM）的磁通的控制。PRM的磁铁磁通254a不依赖于旋转速度而恒定，所以所发生的反电动势255a与旋转速度253a的上升一起变高。此处，电车、EV、HEV、船舶等有时用多个驱动器系统对一个对象进行驱动。在该情况下，有时无法仅使用自身的驱动器决定对象的速度（电动机转速），并且还有时由于对对象作用的外力（风、斜坡）而对象进一步加速。在这样的情况下，即使在停止逆变器1而电动机惰行时，旋转速度也上升，反电动势255a与旋转速度一起上升。因此，如上所述，该反电动势255a超过逆变器1的耐压251a，有可能引起装置破坏、发生针对电动机的制动力、引起短路事故。

与其相对，图43（b）所示的本实施方式的可变磁通电动机驱动器在停止逆变器1时进行减磁而使磁铁磁通254b成为最小值，所以即使在可变磁通电动机4惰行时旋转速度253b上升，也不会发生反电动势255b，可以安全地保护系统。另外，在低速域中，通过增大磁铁磁通254b可以降低流过可变磁通电动机4的电流，所以可以实现逆变器1的小型化/成本降低。

（第十实施方式）

图44是示出本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与第九实施方式的结构不同的点在于，无切换器205a、在可变磁通电动机4的线间设置有接触器207a以及接触器207b、停止减磁判断部208b利用减磁信号控制接触器207a、207b。

接触器207a、207b对应于本发明的减磁部，根据由停止减磁判断部208b生成的减磁信号，针对可变磁铁使线间短路，从而进行减磁。因此，在本实施方式中，存在二个减磁部。停止减磁判断部208b与第一实施方式同样地，在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，判断为应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号，输出到接触器207a、207b。其他结构与第九实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。图45是示出停止减磁判断部208b的详细结构的框图。此处的输入为保护信号PROT和运转指令RUN_CMD。这些信号是由系统内的恰当的单元生成的。

基本上，在输入了运转指令的情况下，使运转指令成为运转状态（RUN_CMD＝1），在运转指令指示了停止的情况下，使运转指令成为停止状态（RUN_CMD＝0）。

首先对通常的运转停止进行说明。图46（a）沿着时间轴示出通常的运转停止中的各信号的状态。在处于通常的运转状态时，运转指令RUN_CMD＝1，保护信号PROT＝0。因此，成为减磁标志FLG_DEMAG＝0。另外，从停止减磁判断部208a输出的门指令Gst的值成为1。PWM电路6根据由停止减磁判断部208a生成的门指令Gst，控制内置于逆变器1的开关元件。

如图46（a）的时刻t₀所示，在运转指令指示了停止的情况下（RUN_CMD＝0），向OFFTD电路225输入1，减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1）。此时，停止减磁判断部208b向接触器207a、207b输出减磁信号。接触器207a、207b通过根据减磁信号针对可变磁铁使线间短路而进行减磁。

另外，作为与第九实施方式的不同点，在时刻t₀，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。在第九实施方式的情况下逆变器1为减磁部，所以如果停止逆变器1，则无法进行减磁，但由于本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统具备接触器7a、7b而作为减磁部，所以即使在逆变器1停止运转时也可以进行减磁。

在从时刻t₀经过规定时间之后，在时刻t₁，OFFTD电路225输出0。因此，减磁标志成为断开（FLG_DEMAG＝0），接触器7a、7b通过线间短路停止减磁。

接下来，对轻故障中的保护停止的情况进行说明。图46（b）沿着时间轴示出轻故障的保护停止中的各信号的状态。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。因此，OFFTD电路255的输出成为1，减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1），所以利用接触器207a、207b进行减磁。与此同时，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。与通常的运转停止不同的点在于，即使运转指令维持运转状态（RUN_CMD＝1），在保护信号PROT成为1的情况下与停止逆变器1一起进行减磁。

最后，对重故障中的保护停止的情况进行说明。图46（c）沿着时间轴示出重故障的保护停止中的各信号的状态。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。与此同时，重故障判断电路227根据判断为重故障而输出1。因此，门指令Gst成为0，逆变器1立即停止运转。因此，在本实施方式中，在使用了停止减磁判断部208b的情况下，该可变磁通电动机驱动器系统在轻故障的情况和重故障的情况下都呈现同样的动作。

图47是示出停止减磁判断部208b的另一结构例的框图。首先对通常的运转停止进行说明。图48（a）沿着时间轴示出通常的运转停止中的各信号的状态。在处于通常的运转状态时，运转指令RUN_CMD＝1，保护信号PROT＝0。因此，成为减磁标志FLG_DEMAG＝0。另外，从停止减磁判断部208b输出的门指令Gst的值成为1。PWM电路6根据由停止减磁判断部208a生成的门指令Gst控制内置于逆变器1的开关元件。

如图48（a）的时刻t₀所示，在运转指令指示了停止的情况下（RUN_CMD＝0），减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1）。此时，停止减磁判断部208b向接触器207a、207b输出减磁信号。接触器207a、207b根据减磁信号，针对可变磁铁53使线间短路，从而进行减磁。另外，在时刻t₀，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。之后，减磁标志维持接通（FLG_DEMAG＝1），继续进行减磁。另外，门指令Gst维持0。

接下来，对轻故障中的保护停止的情况进行说明。图48（b）沿着时间轴示出轻故障的保护停止中的各信号的状态。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。因此，减磁标志成为接通（FLG_DEMAG＝1），利用接触器207a、207b进行减磁。与此同时，门指令Gst成为0。因此，逆变器1的开关元件被门断开，逆变器1停止运转。

最后，对重故障中的保护停止的情况进行说明。图48（c）沿着时间轴示出重故障的保护停止中的各信号的状态。在时刻t₀，保护信号PROT从0成为1。与此同时，重故障判断电路227根据是重故障的判断输出1。因此，门指令Gst成为0，逆变器1立即停止运转。

如上所述，根据本发明的第十实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，除了第九实施方式的效果以外，由于具备接触器207a、207b而作为减磁部，所以即使在逆变器1停止动作之后也可以进行减磁。另外，如图57所示，以往需要对各相串联地连接负载接触器，所以最低也需要三个（在双重化的情况下为六个）负载接触器209a～209f，但在本实施方式中二个足够。另外，在对各相串联连接负载接触器的情况下，在逆变器运转中始终大的电流流过负载接触器，所以需要大的容量，但在本实施方式中，接触器207a、207b仅在进行减磁的短时间内流过电流，所以可以降低电流容量而实现小型化，并且还可以降低接触器的故障率。

在使用了图47所示那样的停止减磁判断部208b的情况下，可以减少构成内部的电路，可以期待小型化、成本降低，但在逆变器1的门断开的期间，接触器207a、207b总是短路而进行减磁。因此，虽然安全，但稳定地流过电流而有可能对可变磁通电动机4发生制动力。

另外，由于具备二个减磁部、即接触器207a和接触器207b，所以即使在任意一方发生故障的情况下也可以进行减磁，该可变磁通电动机驱动器系统的可靠性提高。

（第十一实施方式）

图49是示出本发明的第十一实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与图10的实施方式的结构不同的点在于，在可变磁通电动机4的线间设置有接触器207c。

接触器207c与本发明的减磁部对应地，根据由停止减磁判断部208c生成的减磁信号，针对可变磁铁使线间短路，从而进行减磁。与第十实施方式不同，本实施方式中的减磁部仅使一个线间短路。即使在该情况下，通过可变磁通电动机4旋转，可变磁铁在接触器207c短路的线间被减磁。

图50是示出可以使可变磁通电动机4的线间短路而进行减磁的减磁部的例子的图。在本实施方式中，使可变磁通电动机4的线间的至少一个短路而进行减磁的减磁部为图50（c）所示那样的接触器207c，但也可以是半导体开关。例如，代替该接触器207c，本实施方式中的减磁部可以组合图50（a）所示的闸流晶体管（thyristor）与反向阻断二极管，也可以组合图50（b）所示的自消弧元件（GTO、IGBT、MOSFET）与反向阻断二极管而成。另外，第十实施方式中的接触器207a、207b也可以代替成使用了上述那样的半导体开关的减磁部。其他结构与第十实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。停止减磁判断部208c与第十实施方式中的停止减磁判断部208b的动作相同。因此，停止减磁判断部208c在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下判断为应对可变磁铁53进行减磁，生成减磁信号并输出到接触器207c。

接触器207c根据所输入的减磁信号使可变磁通电动机4的线间短路，对可变磁铁53进行减磁。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，除了第九实施方式以及第十实施方式的效果以外，由于具备接触器207c而作为减磁部，所以即使在逆变器1停止动作之后也可以进行减磁，并且负载接触器的数量为接触器207c这一个足够，可以降低成本。

（第十二实施方式）

图51是示出本发明的第十二实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与图39所示的第九实施方式的结构不同的点在于，在可变磁通电动机4的线间设置有接触器207a、207b。因此，在本实施方式中，逆变器1、以及接触器207a、207b都对应于本发明的减磁部。停止减磁判断部208d向接触器207a、207b以及切换器205b输出与减磁信号对应的减磁标志FLG_DEMAG1、FLG_DEMAG2。

停止减磁判断部208d在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，判断为应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号。此时，停止减磁判断部208d在与减磁部对应的逆变器1、接触器207a、207b中的任意一个为故障状态的情况下，为了使不是故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号。接触器207a、207b与第十实施方式同样地，根据由停止减磁判断部208d生成的减磁信号，针对可变磁铁53使线间短路，从而进行减磁。其他结构与图39所示的第九实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。在本实施方式中，保护信号PROT包括与作为减磁部的逆变器1以及接触器207a、207b各自是否处于由于故障等而需要保护的状态（故障状态）相关的信息。停止减磁判断部208d可以根据保护信号PROT，判断逆变器1以及接触器207a、207b各自是否为故障状态。

图52是示出本实施方式中的停止减磁判断部208d的动作的流程图。首先，停止减磁判断部208d判断是否保护该可变磁通电动机驱动器系统（步骤S101）。在未请求系统的保护的情况下，停止减磁判断部208d判断是否上次的运转指令为运转状态（RUN_CMD＝1）、并且本次的运转指令指示了停止（RUN_CMD＝0）（步骤S103）。在不符合该条件的情况下，结束动作。

在步骤S103中，在停止减磁判断部208d判断为上次的运转指令为运转状态、并且本次的运转指令指示了停止的情况下，进行通常的减磁（步骤S107）。此处，通常的减磁的动作可以是任意方法。例如，停止减磁判断部208d向切换器205b和接触器207a、207b这两方输出减磁信号、即输出FLG_DEMAG1＝1、FLG_DEMAG2＝1，可以同时利用逆变器1和接触器207a、207b进行减磁。另外，停止减磁判断部208d通常仅向切换器205b输出减磁信号、即输出FLG_DEMAG1＝1、FLG_DEMAG2＝0，仅利用逆变器1进行减磁。由此，可以减少接触器207a、207b的开闭次数，并且可以降低故障率而延长寿命。

在步骤S101中，请求了系统保护的情况下，停止减磁判断部208d判断作为主逆变器的逆变器1和作为辅助装置的接触器207a、207b这两方是故障状态还是功能健全（步骤S109）。在主逆变器1和辅助装置都健全（非故障状态）的情况下，停止减磁判断部208d生成减磁信号，进行通常的减磁（步骤S107）。

在主逆变器1和辅助装置中的任意一个并非健全（是故障状态）的情况下，停止减磁判断部208d判断逆变器1是否健全（非故障状态（步骤S111）。此处，在逆变器1健全的情况下，停止减磁判断部208d为了使作为非故障状态的减磁部的逆变器1进行减磁而生成减磁信号（FLG_DEMAG1＝1）并输出到切换器205b。因此，如第九实施方式的说明，切换器205b输出0。因此，逆变器1使可变磁通电动机4的各线间短路，使可变磁铁53减磁（步骤S113）。因此，接触器207a、207b不进行减磁。

在步骤S111中，在逆变器1并非健全而是故障状态的情况下，停止减磁判断部208d为了使作为非故障状态的减磁部的接触器7a、7b进行减磁，生成减磁信号并输出到接触器7a、7b（FLG_DEMAG2＝1）。接触器7a、7b与第二实施方式同样地，根据由停止减磁判断部208d生成的减磁信号，针对可变磁铁使线间短路，从而进行减磁（步骤S115）。因此，逆变器1不进行减磁。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，除了第九实施方式至第十一实施方式的效果以外，停止减磁判断部208d在一个以上的减磁部中的任意一个为故障状态的情况下，为了使非故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号，所以无需使用是故障状态的减磁部而可以仅使用健全的减磁部进行减磁，可以安全地保护系统。

（第十三实施方式）

图53是示出本发明的第十三实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与第十实施方式的结构不同的点在于，新具备磁化用变换器231、电流检测器232、磁化电流指令运算部212、电压指令运算部210a、以及PWM电路6a。

磁化用变换器231与本发明的磁化部对应地，与直流电源3连接，向设置于可变磁通电动机4的磁化绕组提供用于对可变磁通电动机4所具有的可变磁铁53的磁通进行控制的磁化电流。另外，磁化用变换器231也与本发明的减磁部对应地，根据由停止减磁判断部208e生成的减磁信号，对可变磁铁53进行减磁。流过磁化绕组的电流无需再生，并且需要流过用于增磁/减磁的正负双向的磁化电流，所以磁化用变换器231通过公知的单向全桥变换器的结构来实现。电流检测器232检测流过磁化绕组的磁化电流而输出到电压指令运算部210a。

磁化电流指令运算部212计算出所需的磁化电流，生成磁化电流指令并输出到电压指令运算部210a。一般，磁化电流依赖于可变磁铁53的到此为止的过去的磁化历史。因此，磁化电流指令运算部212作为表信息例如具有针对过去的磁化历史和所请求的磁通的磁化电流，可以计算出所需的磁化电流。为了流过磁化电流，需要高速且高精度地流过，所以也可以代替PI控制而通过磁滞比较器等来实现。

电压指令运算部210a根据所输入的磁化电流指令，运算并生成电压指令，以使磁化用变换器231所输出的磁化电流与该指令一致，并输出到PWM电路6a。PWM电路6a根据所输入的电压指令，对磁化用变换器231的开关元件进行接通断开控制。

因此，在本实施方式中，逆变器1、磁化用变换器231以及接触器207c都对应于本发明的减磁部。

通过设为这样的结构，可以利用基于磁化电流的磁场，直接对作为可变磁铁53的低保磁力永久磁铁进行磁化控制。因此，相对如以往那样通过过大地流过主绕组的D轴电流而进行磁化，可以利用磁化绕组的磁化电流可变地控制可变磁铁53的磁通。

其结果，可以降低逆变器1的电流容量，可以期待逆变器1的小型/轻量/成本降低。如果例如如图30或图31所示在转子铁芯52的内部埋入磁化绕组，则无与转子51内的磁化绕组交链的磁通的时间变化，所以不会在该绕组中发生反电动势，所以可以减小该磁化用变换器231的容量。

进而，在使用逆变器1磁化的情况下，电感的设计自由度小。电动机电感是考虑电动机的输出、效率等而设计的，所以磁化中的最佳性未必优先。与其相对，如果具备专用的磁化绕组，则其电感的设计自由度增加，可以取适合于磁化的电感。

停止减磁判断部208e向磁化电流指令运算部212、电流指令运算部211、以及接触器207c分别输出与减磁信号对应的减磁标志FLG_DEMAG1、FLG_DEMAG2、FLG_DEMAG3。

停止减磁判断部208e在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，判断为应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号。此时，停止减磁判断部208e在作为减磁部的逆变器1、磁化用变换器231、接触器207c中的任意一个为故障状态的情况下，为了使非故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号。接触器207c与第十一实施方式同样地，根据由停止减磁判断部208e生成的减磁信号，针对可变磁铁53使线间短路，从而进行减磁。其他结构与第十实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。在本实施方式中，保护信号PROT包括与作为减磁部的逆变器1、磁化用变换器231以及接触器207c各自是否为由于故障等而需要保护的状态（故障状态）相关的信息。停止减磁判断部208e可以根据保护信号PROT，判断逆变器1、磁化用变换器231以及接触器207c各自是否为故障状态。

图54是示出本实施方式中的停止减磁判断部208e的动作的流程图。首先，停止减磁判断部208e判断是否保护该可变磁通电动机驱动器系统（步骤S201）。在未请求系统的保护的情况下，停止减磁判断部208e判断是否上次的运转指令为运转状态（RUN_CMD＝1）、并且本次的运转指令指示了停止（RUN_CMD＝0）（步骤S202）。在不符合该条件的情况下，结束动作。

在步骤S202中，在停止减磁判断部208e判断为上次的运转指令为运转状态、并且本次的运转指令指示了停止的情况下，作为磁化电路的磁化用变换器231进行减磁（步骤S205）。此处，为了使磁化用变换器231进行减磁，停止减磁判断部208e向磁化电流指令运算部212输出减磁信号FLG_DEMAG1＝1。磁化电流指令运算部212运算出磁化用变换器231进行减磁而所需的磁化电流，向电压指令运算部210a输出磁化电流指令。电压指令运算部210a以及PWM电路6a的动作如上所述。磁化用变换器231通过流过磁化电流，而对可变磁铁进行减磁。

在步骤S201中，请求了系统保护的情况下，停止减磁判断部208e判断作为磁化电路的磁化用变换器231是故障状态还是功能健全（步骤S203）。在磁化用变换器231健全（非故障状态）的情况下，停止减磁判断部208e向磁化电流指令运算部212输出减磁信号FLG_DEMAG1＝1。根据该减磁信号，磁化用变换器231对可变磁铁进行减磁（步骤S205）。

在磁化电路并非健全（是故障状态）的情况下，停止减磁判断部208e判断逆变器1是否健全（非故障状态）（步骤S207）。此处，在逆变器1健全的情况下，停止减磁判断部208e为了使作为非故障状态的减磁部的逆变器1进行减磁而生成减磁信号，向电流指令运算部211输出FLG_DEMAG2＝1。电流指令运算部211计算出逆变器1进行减磁所需的电流，向电压指令运算部210输出电流指令。另外，电流指令运算部211可以生成电流指令，以使电压指令运算部210输出0。在该情况下，与第九实施方式同样地，逆变器1使可变磁通电动机4的各线间短路而使可变磁铁53减磁（步骤S209）。

在步骤S207中，在逆变器1并非健全而是故障状态的情况下，停止减磁判断部208e为了使作为非故障状态的减磁部的接触器207c进行减磁，生成减磁信号（FLG_DEMAG3＝1）并输出到接触器207c。接触器207c与第十一实施方式同样地，根据由停止减磁判断部208e生成的减磁信号，针对可变磁铁53使线间短路，从而进行减磁（步骤S211）。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，与第十二实施方式同样地，停止减磁判断部208e在一个以上的减磁部中的任意一个为故障状态的情况下，为了使非故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号，所以无需使用是故障状态的减磁部而可以仅使用健全的减磁部进行减磁，可以安全地保护系统。

另外，通过具备磁化用变换电路231，可以降低逆变器1的电流容量，可以期待逆变器1的小型/轻量/成本降低。

（第十四实施方式）

图55是示出本发明的第十四实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与图39所示的第九实施方式的结构不同的点在于，具备直流电压检测器217以及反电动势推测部219。

直流电压检测器217与本发明的第一电压检测部对应地，对从直流电源3向逆变器1输入的直流电压进行检测。反电动势推测部219根据由逆变器1输出的电压和电流，推测可变磁通电动机4所具有的可变磁铁53的反电动势。停止减磁判断部208f仅在由反电动势推测部219推测的反电动势为由直流电压检测器217检测的直流电压以上的情况下，判断为应对可变磁铁53进行减磁，生成减磁信号。

此处，对反电动势的推测进行说明。在逆变器1为停止中（门断开）的情况下，可以测定可变磁通电动机4的线间电压而得知反电动势。但是，在逆变器1为动作中的情况下，无法直接测定反电动势。在本实施方式中，停止减磁判断部208f在逆变器1停止动作的情况或使该可变磁通电动机驱动器系统保护停止的情况下，判断为应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号。因此，反电动势推测部219需要在逆变器1动作中推测反电动势。

此处，在公知的DQ轴旋转坐标系上进行说明。如果将D轴定义成与磁铁磁通向量相同的方向，则稳定状态下的特性方程式如下式（28）、式（29）所示。

Vd=R×Id-ω×Lq×Iq …(28)

Vd=R×Iq-ω×Ld×Id+E …(29)

此处，R为绕组电阻。另外，Ld、Lq分别为D轴电感和Q轴电感。进而，Vd、Vq分别为D轴电压和Q轴电压。另外，Id、Iq分别为D轴电流和Q轴电流。ω为转子的旋转角频率（电气角）。而且，E为反电动势。

如果将所推测的反电动势设为Eh，则从上式（29）成为下式，

Eh=Vq-R×Iq-ω×Ld×Id …(30)

可以计算出反电动势。

电流检测器2检测向可变磁通电动机4供给的电流，输出到电压指令运算部210以及反电动势推测部219。反电动势推测部219可以利用坐标变换将所输入的U相电流以及W相电流变换成DQ轴电流而得到D轴电流Id以及Q轴电流Iq。另外，反电动势推测部219可以根据切换器205c所输出的三相电压指令并利用坐标变换取得D轴电压Vd以及Q轴电压Vq。另外，反电动势推测部219还可以直接测定实际电压而取得DQ轴电压。其他结构与第九实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。在逆变器1动作的期间，反电动势推测部219根据由逆变器1输出的电压和电流推测可变磁铁53的反电动势。根据式（30）计算出的推测Eh为DQ轴坐标上的反电动势，且DQ轴电压＝线间电压“RMS”，所以换算成线间电压的反电动势的振幅Eh’如下式所示。

E h^{'} = Eh \times \sqrt{2} \cdot \cdot \cdot (31)

反电动势推测部219向停止减磁判断部208f输出所计算出的Eh’。另外，直流电压检测器217检测从直流电源3向逆变器1输入的直流电压Vdc，并输出到停止减磁判断部208f。

停止减磁判断部208f在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，进行反电动势Eh’与直流电压Vdc的比较，判断是否应对可变磁铁53进行减磁。反电动势Eh’表示反电动势的峰值电压。因此，停止减磁判断部208f在反电动势Eh’为直流电压Vdc以上的情况下，由于反电动势的峰值电压有可能超过直流电压Vdc，所以判断为应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号（FLG_DEMAG＝1），输出到切换器205c。另外，停止减磁判断部208f在反电动势Eh’小于直流电压Vdc的情况下不产生减磁信号。其他动作与第九实施方式相同，省略重复的说明。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，除了第九实施方式的效果以外，对由反电动势推测部219推测的反电动势与由直流电压检测器217检测的直流电压进行比较而判断是否减磁，所以在反电动势低于直流电源3的直流电压的情况下不进行减磁，可以减少无需的减磁次数而延长各元件的寿命。

在反电动势为直流电源3的直流电压以上的情况下，向逆变器1流入大电流，有可能引起元件破坏、过热这样的问题、或在可变磁通电动机4中产生制动力，所以停止减磁判断部208f生成减磁信号并输出，可以防止对逆变器1施加过电压，并且防止向逆变器1流入大电流，可以回避施加制动力。

在本实施方式中，仅通过直流电压与反电动势的比较来进行停止减磁判断，但电车、EV/HEV、船舶等有时会以多个驱动器系统驱动一个对象。在该情况下，有时无法仅使用自身的驱动器决定对象的速度（电动机转速），并且还有时由于对对象作用的外力（风、斜坡）而对象进一步加速。这样，考虑对象系统的运转计划中的最高转速、由于干扰引起的速度（转速）提高的余裕，来进行减磁判断的做法也是有效的。

（第十五实施方式）

图56是示出本发明的第十五实施方式的可变磁通电动机驱动器系统的结构的框图。与图39所示的第九实施方式的结构不同的点在于，具备电压检测器213、过电压判定部214、定时器215以及OR电路16。

电压检测器213与本发明的第二电压检测部对应地，检测可变磁通电动机4的线间电压。

过电压判定部214在逆变器1停止并且由电压检测器213检测出的线间电压为规定值以上的情况下生成减磁请求信号，输出到OR电流216。

定时器215与本发明的计时部对应地计算时间，并且在逆变器1停止的情况下每当经过规定时间生成减磁请求信号，输出到OR电路216。

另外，停止减磁判断部208g向PWM电路6、过电压判定部214以及定时器215输出门指令Gst。因此，过电压判定部214和定时器215可以根据门指令Gst得知逆变器1是否停止。

OR电路216在由过电压判定部214或定时器215中的任意一个输入了减磁请求信号的情况下向停止减磁判断部208g输出减磁请求信号。

停止减磁判断部208g根据由过电压判定部214生成的减磁请求信号或由定时器215生成的减磁请求信号，判断是否应对可变磁铁53进行减磁而生成减磁信号，输出到切换器205d。

另外，停止减磁判断部208g在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，与第九实施方式同样地判断为应对可变磁铁53进行减磁，生成减磁信号。在逆变器1停止之后，过电压判定部214、定时器215动作。

另外，虽然在图56中未示出，但也可以具备磁通检测部，该磁通检测部例如推测或检测可变磁铁53的磁通，并且在逆变器1停止且可变磁铁的磁通为规定值以上的情况下，生成减磁请求信号。即使在该情况下，停止减磁判断部208g根据由磁通检测部生成的减磁请求信号判断是否应对可变磁铁53进行减磁，生成减磁信号并输出到切换器205d。其他结构与第九实施方式相同，省略重复的说明。

接下来，对如上所述构成的本实施方式的作用进行说明。在逆变器1停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，对可变磁铁53进行减磁的动作与第九实施方式相同。

在停止减磁判断部208g所输出的门指令Gst＝0且逆变器1停止动作的期间，过电压判定部214判定由电压检测器213检测的线间电压是否为规定值以上。此处，由于逆变器1停止，所以由电压检测器213检测的线间电压成为反电动势。即，过电压判定部214判断反电动势是否为规定值以上。对于规定值，可以由设计者、操作者自由设定，也可以预先对过电压判定部214设定。过电压判定部214在由电压检测器213检测的线间电压（反电动势）为规定值以上的情况下生成减磁请求信号，输出到OR电路216。

另外，在停止减磁判断部208g所输出的门指令Gst＝0、且逆变器1停止动作的期间，定时器215计算时间，并且在逆变器1停止的情况下每当经过规定时间生成减磁请求信号并输出到OR电路216。此处，对于规定的时间，可以由设计者、操作者自由设定，也可以对定时器215预先设定。

OR电路216在由过电压判定部214或定时器215中的任意一个输入了减磁请求信号的情况下，向停止减磁判断部208g输出减磁请求信号。停止减磁判断部208g根据由过电压判定部214生成的减磁请求信号或由定时器215生成的减磁请求信号，判断是否应对可变磁铁53进行减磁，生成减磁信号并输出到切换器205d。其他动作与第九实施方式相同，省略重复的说明。

如上所述，根据本实施方式的可变磁通电动机驱动器系统，除了第九实施方式的效果以外，由于具备过电压判定部214，所以即使在逆变器1停止之后，在反电动势为规定值以上的情况下，也可以进行减磁而抑制反电动势上升。进而，由于具备定时器215，所以即使在逆变器1停止之后也可以每隔规定时间进行减磁而抑制反电动势上升。另外，在具备上述磁通检测部的情况下，即使在逆变器1停止之后，在可变磁铁53的磁通为规定值以上的情况下，也可以进行减磁而抑制反电动势上升。其结果，可以防止施加制动力，并且可以安全地保护系统。

产业上的可利用性

本发明的可变磁通电动机驱动器系统可以利用于电车、电动汽车、混合动力车等的驱动电动机。

Claims

1.一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备：

永久磁铁电动机，使用了永久磁铁；

逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；

可变磁通控制单元，为了控制上述永久磁铁的磁通而流过磁化电流；

检测上述永久磁铁电动机的电流的单元；以及

磁通推测单元，根据向上述永久磁铁电动机施加的电压、电流以及作为电动机参数的绕组电感，推测磁通量，

上述永久磁铁包括可变磁铁，该可变磁铁能够利用来自上述逆变器的磁化电流使该永久磁铁的磁通密度可变，

上述可变磁通控制单元具有磁化电流校正单元，该磁化电流校正单元调整磁化电流，以使由上述磁通推测单元推测的推测磁通量与磁通指令值一致。

2.根据权利要求1所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备DQ轴电流校正单元，该DQ轴电流校正单元根据上述磁通推测单元所推测的推测磁通量，校正D轴电流和Q轴电流，以使上述永久磁铁电动机的输出扭矩接近扭矩指令。

3.根据权利要求2所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述DQ轴电流校正单元根据上述磁通推测单元所推测的推测磁通量，校正DQ轴电流指令。

4.根据权利要求1所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化电流校正单元具有磁化电流基准运算单元，该磁化电流基准运算单元根据上述磁通指令值估算得到该磁通所需的磁化电流基准，将该磁化电流基准作为对上述磁化电流的前馈目标电流。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述可变磁通控制单元设定流过磁化电流的时间的最小时间，进行控制以便不流过最小时间以内的短的磁化电流。

6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述可变磁通控制单元通过使上述磁通推测单元所推测的推测磁通量与上述磁通指令值的差异处于规定范围内，而使上述永久磁铁的磁化完成。

7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁通推测单元使用上述绕组电感的函数或表来推测上述磁通量。

8.根据权利要求6所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁通推测单元使用上述绕组电感的函数或表来推测上述磁通量。

9.根据权利要求1～3中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，代替推测磁通量的上述磁通推测单元，而具备检测磁通量的磁通检测单元，

上述可变磁通控制单元代替上述磁通推测单元所推测的推测磁通量，使用上述磁通检测单元所检测的磁通检测值来控制上述磁化电流。

10.根据权利要求6所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，代替推测磁通量的上述磁通推测单元，而具备检测磁通量的磁通检测单元，

11.根据权利要求1所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，从正的最大到负的最大地利用上述可变磁铁的磁通密度。

12.一种可变磁通电动机驱动器系统，具备对具有固定磁铁和可变磁铁的可变磁通电动机进行驱动的逆变器，其特征在于，具备：

主控制部，控制上述逆变器，以使上述可变磁通电动机的扭矩成为扭矩指令；

磁化绕组，使上述可变磁通电动机的可变磁铁磁化；以及

磁化电路，向上述磁化绕组供给磁化电流，

上述磁化绕组设置于上述可变磁通电动机的转子内。

13.根据权利要求12所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化绕组设置于上述可变磁铁的附近，以通过上述磁化绕组所形成的磁通使上述可变磁铁的磁通磁化。

14.根据权利要求12所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化绕组设置于上述固定磁铁的附近，以通过上述磁化绕组所形成的磁通抵消上述固定磁铁的磁通。

15.根据权利要求12～14中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，在使上述可变磁铁磁化时，并用由上述磁化绕组产生的磁化和由上述逆变器产生的磁化而进行。

16.根据权利要求12所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述磁化电路设置于上述可变磁通电动机的转子。

17.根据权利要求12所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，以非接触形式，从上述磁化电路向上述转子的磁化绕组供给电力。

18.根据权利要求12～14中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，构成为由一台逆变器一并驱动多个可变磁通电动机，针对各个可变磁通电动机的每一个设置有对上述磁化绕组进行励磁的上述磁化电路。

19.一种可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备：

永久磁铁电动机，具有作为低保持力的永久磁铁的可变磁铁；

逆变器，驱动上述永久磁铁电动机；

磁化部，供给用于对上述可变磁铁的磁通进行控制的磁化电流；

减磁判断部，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，根据判断结果生成减磁信号；以及

一个以上的减磁部，根据由上述减磁判断部生成的减磁信号，对上述可变磁铁进行减磁，

上述减磁判断部在上述逆变器停止动作的情况或在该可变磁通电动机驱动器系统中产生了故障的情况下，判断为应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

20.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个使上述逆变器的输出电压降低而进行减磁。

21.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个使上述永久磁铁电动机的线间的至少一个短路而进行减磁。

22.根据权利要求21所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为接触器。

23.根据权利要求21所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为半导体开关。

24.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述一个以上的减磁部的至少一个为上述磁化部。

25.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备：

反电动势推测部，根据由上述逆变器输出的电压和电流，推测上述可变磁铁的反电动势；以及

第一电压检测部，检测向上述逆变器输入的直流电压，

上述减磁判断部仅在由上述反电动势推测部推测的反电动势为由上述第一电压检测部检测的直流电压以上的情况下，判定为应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

26.根据权利要求19～25中的任意一项所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述减磁判断部为了在上述一个以上的减磁部中的某一个为故障状态的情况下使非故障状态的减磁部进行减磁而生成减磁信号。

27.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备计时部，该计时部计算时间，并且在上述逆变器停止的情况下每当经过规定的时间时生成减磁请求信号，

上述减磁判断部根据由上述计时部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

28.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备磁通检测部，该磁通检测部推测或检测上述可变磁铁的磁通，并且在上述逆变器停止且上述可变磁铁的磁通为规定值以上的情况下生成减磁请求信号，

上述减磁判断部根据由上述磁通检测部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

29.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备：

第二电压检测部，检测上述永久磁铁电动机的线间电压；以及

过电压判定部，在上述逆变器停止且由上述第二电压检测部检测的线间电压为规定值以上的情况下生成减磁请求信号，

上述减磁判断部根据由上述过电压判定部生成的减磁请求信号，判断是否应对上述可变磁铁进行减磁，生成减磁信号。

30.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，上述逆变器与上述永久磁铁电动机之间不介入接触器而直接连接。

31.根据权利要求19所述的可变磁通电动机驱动器系统，其特征在于，具备接触器，该接触器对上述逆变器与上述永久磁铁电动机之间的电连接进行控制，

上述减磁判断部在上述逆变器停止动作的情况或保护该可变磁通电动机驱动器系统的情况下，使上述接触器断开。