CN104158454B - 同步电机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的同步电机控制装置包括：检测出同步电机的转子的位置的位置检测部；检测出电枢电流的电流检测部；生成第1及第2电流指令的电流指令生成部；电压指令生成部，该电压指令生成部基于电流指令、转子的位置及电枢电流来生成电压指令；功率转换部，该功率转换部基于电压指令输出至同步电机；磁通推定部，该磁通推定部基于根据转子位置的变化而计算出的转速、电压指令及电枢电流来推定出电枢交链磁通；以及磁体状态推定部，该磁体状态推定部根据转子的位置和电枢电流以及电枢交链磁通来推定永磁体的磁通或温度。由此，能以较高的精度来推定永磁体的温度或磁通，并驱动同步电机，而无需直接对永磁体安装温度检测器。

Description

同步电机控制装置

技术领域

本发明涉及一种具备驱动同步电机的功率转换单元的同步电机控制装置。

背景技术

众所周知，在利用具有逆变器等功率转换单元的同步电机控制装置对作为场磁铁具有永磁体的同步电机进行控制时，伴随着因对同步电机的电枢绕组进行通电或同步电机本身的铁损等而引起的温度上升，会产生场磁铁的永磁体的磁化强度、即磁通减少的被称作为“减磁”的现象，还会产生若超过容许温度则即使温度下降至常温、磁通也无法回到减磁发生前的状态的被称作为“不可逆减磁”的现象。因此，在对作为场磁铁具有永磁体的同步电机进行控制时，至少需要控制成以使得将永磁体的温度抑制到产生不可逆减磁的容许温度以下。另外，在仅控制同步电机的电流的情况下，通过减磁在同一电流条件下同步电机的产生转矩降低。然而，由于同步电机结构上的空间问题以及利用外壳来保护周围等原因，难以直接将温度检测器安装于永磁体，此外，作为场磁铁具有永磁体的同步电动机大多在转子一侧的内部具有永磁体，这成为对于安装温度检测器的更大的阻碍原因。因此，为了控制成主要能抑制到容许温度以下，或者，能掌握因减磁而产生的转矩下降，需要一种利用某种方法间接地测定或推定永磁体温度、或与永磁体温度相关的磁通的技术。

因此，例如在专利文献1的旋转电机的控制装置中，基于从如下的电流传感器、温度传感器以及磁极位置传感器的各传感器获得的电流、温度、转速的各种信息来获取从设置于场磁铁的永磁体发出的与电枢绕组发生交链的磁通，其中，所述电流传感器对在逆变器装置与电动发电机的电枢绕组之间进行交换的电流进行检测，所述温度传感器为了修正电枢绕组的电阻值而检测出电枢绕组的温度，所述磁极位置传感器用于检测场磁铁的磁极位置。

另外，例如，在专利文献2的电动机驱动装置中，在利用旋转二轴坐标(d-q轴)转换的控制中，预先将永磁体中未产生减磁时的q轴的电压操作量作为映射来保持，并基于通过比例积分(PI)控制对电动机进行电流控制时的PI控制部输出即q轴电压操作量、保持于所述映射中的永磁体中未产生减磁时的q轴电压操作量、以及旋转角速度ω来对减磁量进行运算。

另外，例如在专利文献3的永磁体电动机的减磁检测方法中，通过依次实施以下步骤来判断转子磁体部的减磁状态，所述步骤包括：步骤ST1，在该步骤ST1中，测定转速以及电流/电压；步骤ST3，在该步骤ST3中，基于转速以及电流/电压的所述测定值来推定绕组的温度；步骤ST4，在该步骤ST4中，基于所述绕组温度的推定值来推定所述绕组的电阻；步骤ST5，在该步骤ST5中，基于所述绕组温度的推定值来推定转子磁体部的温度；步骤ST6，在该步骤ST6中，基于所述绕组温度的推定值来推定感应电压的正常值；步骤ST7，在该步骤ST7中，基于所述绕组电阻的推定值来推定感应电压的实际值；步骤ST8，在该步骤ST8中，将在步骤ST6与ST7中推定出的感应电压系数的正常值与实际值进行比较，在其差值超过规定的阈值时判断为产生减磁。

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：日本专利特开2005-51892号公报

专利文献3：日本专利特开2005-192325号公报

专利文献4：国际公开专利WO2002/091558号

专利文献5：国际公开专利WO2010/109528号

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1的旋转电机的控制装置中，当通过磁通观测器获取从场磁铁的永磁体发出的与电枢绕组发生交链的磁通时，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修正的电枢绕组的电阻值，因此需要用于检测电枢绕组温度的温度传感器，从而产生控制装置的构成元器件必然会增加的问题。

另外，在专利文献2的电动机驱动装置中，虽然能判断有没有发生减磁，但专利文献2并未公开求出磁体温度或磁体磁通的绝对值(量)的方法，此外，为了进行减磁判断，需要将减磁发生前与减磁发生后的d-q轴上的电流指令设定为相同，因此，在发生减磁时对减磁发生进行判断后，对减磁量进行运算、修正，从而对由于减磁量而产生的转矩下降量进行修正，由此会产生如下问题：到判断减磁发生为止电动机所产生的转矩会相对于所希望的转矩(指令值)而有所下降。

另外，在专利文献3的永磁体电动机的减磁检测方法中，预先通过实验来求出电枢绕组的温度上升与转子永磁体的温度上升之比，并基于电枢绕组的温度来推定永磁体的温度，但是电枢绕组与永磁体的热时间常数有较大差异，此外，由于也受到电动机的运行条件、冷却性能等其它因素的影响，因此难以准确地求出转子永磁体相对于电枢绕组的温度上升而产生的温度上升，从而产生难以针对各种条件、基于电枢绕组的温度，高精度地推测出磁体温度的问题。

本发明为了解决上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种同步电机控制装置，该同步电机控制装置能高精度地推定永磁体的温度或磁通，以对同步电机进行驱动，而无需直接将温度检测器安装于形成场磁铁的永磁体。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，本发明的同步电机控制装置具备驱动同步电机的功率转换单元，其特征在于，该同步电机控制装置包括：位置检测部或位置推定部，该位置检测部检测出、或者该位置推定部推定出同步电机的转子的位置，该同步电机具有由永磁体形成场磁铁的转子；电流检测部，该电流检测部检测出同步电机的电枢电流；电流指令生成部，该电流指令生成部基于转矩指令生成在正交二轴坐标上经过坐标转换的第1及第2电流指令；电压指令生成部，该电压指令生成部基于第1及第2电流指令、所述转子的位置及电枢电流来生成电压指令；功率转换部，该功率转换部基于电压指令输出至同步电机；磁通推定部，该磁通推定部基于根据转子位置的变化而计算出的同步电机的转速、电压指令及电枢电流来推定出同步电机的电枢交链磁通；以及磁体状态推定部，该磁体状态推定部根据转子位置和电枢电流以及电枢交链磁通来推定永磁体的磁通或温度。

发明效果

根据本发明的同步电机控制装置，通过根据从同步电机的电枢电流在正交二轴坐标上经过转换的d轴电流以及磁通推定部所推定出的电枢交链磁通的d轴分量来推定构成场磁铁的永磁体的温度或磁通，从而无需较大地改变稳定的产生转矩，且能抑制因同步电机的电感的设定值与实际值之间的误差而引起的推定精度的下降，同时还能以较高的精度推定出构成场磁铁的永磁体的磁通或温度。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

图2是表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置中的电压指令生成部的一个示例的结构图。

图3是表示时序图的一个示例的图，该时序图表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置的电流指令生成部中的转矩指令与d-q轴上的电流指令id*、iq*的关系。

图4是表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置的其他实施方式以及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

图5是表示实施方式2所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

图6是在场磁铁中具有永磁体的同步电机的向量图。

图7是表示实施方式2所涉及的同步电机控制装置中的电流指令生成部的一个示例的结构图。

图8是表示实施方式2所涉及的同步电机控制装置中的电压指令生成部的一个示例的结构图。

图9是表示时序图的一个示例的图，该时序图表示实施方式2所涉及的同步电机控制装置的电流指令生成部中的转矩指令与d-q轴上的电流指令id*、iq*的关系。

图10是表示进行实施方式3所涉及的同步电机控制装置中的永磁体温度(磁通)的推定动作的速度区间的图。

图11是表示进行实施方式3所涉及的同步电机控制装置中的永磁体温度(磁通)的推定动作的电压范围的图。

图12是表示实施方式4所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

图13是表示实施方式6所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

图14是表示实施方式7所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图14对本发明的实施方式所涉及的同步电机控制装置进行说明。此外，本发明的同步电机具有作为场磁铁由永磁体形成的转子。

实施方式1

图1是表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置以及包含同步电机的整个同步电机系统的图，图2是表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置中的电压指令生成部的一个示例的结构图，另外，图3是表示时序图的一个示例的图，该时序图表示实施方式1所涉及的同步电机控制装置的电流指令生成部中的转矩指令与d-q轴上的电流指令id*、iq*的关系。

如图1所示，同步电机系统1由同步电机控制装置2、同步电机3以及电源4构成。

假定由图1中未图示出的同步电机系统1的上位系统来对本发明中的同步电机控制装置2提供转矩指令τ*。作为该上位系统的一个示例，在使用用于对电动汽车(EV)或具有内燃机及电动机这两者的混合动力汽车的车辆、以及铁道车辆这样的电车进行驱动的同步电机系统1的情况下，具有如下的车辆控制装置等，该车辆控制装置根据来自驾驶者(操作者)的加速器(档位)或制动器的输入量以及车速或各种输入量来决定转矩指令值τ*，此外，即使在工厂自动化(Factory Automation：FA)、电梯用途中，也具有基于各种因素生成转矩指令τ*的上位系统。

另外，本发明的同步电机控制装置2中推定的永磁体的磁通量Φmag或温度Tmag也可以传输至上述上游的系统，将该推定值用于上位系统的控制。其中，在本发明中，提供转矩指令τ*的上位系统没有限制，因此上位系统的说明仅给出上述示例。

此处，同步电机控制装置2如图1及图2所示那样，包括：位置检测部21，该位置检测部21作为位置识别部对同步电机3的转子的位置θ进行检测，该同步电机3具有场磁铁由永磁体构成的转子；电流检测部22，该电流检测部22对同步电机3的电枢电流iu、iv、iw进行检测；电流指令生成部23，该电流指令生成部23基于转矩指令τ*在旋转正交二轴坐标(以下记作d-q轴)上生成电流指令id*、iq*(第1电流指令(id1、iq1)以及第2电流指令(id2、iq2))；电压指令生成部24，该电压指令生成部24基于电流指令id*、iq*以及电流id、iq在正交二轴坐标上生成电压指令vd*、vq*，并根据电压指令vd*、vq*生成经过坐标转换后的多相(三相)交流电压指令uv*、vv*、vw*，其中，该电流id、iq是基于转子的位置θ在正交二轴坐标上对电枢电流iu、iv、iw进行转换后得到的；功率转换部25，该功率转换部25基于电压指令uv*、vv*、vw*对同步电机3输出电压uv、vv、vw；磁通推定部26，该磁通推定部26基于同步电机3的转速ω以及电压指令vq*和电枢电流iu、iv、iw推定同步电机3的电枢交链磁通Φd，其中，该同步电机3的转速ω根据转子的位置θ的变化计算得出；以及磁体状态推定部27，该磁体状态推定部27根据转子的位置θ和电枢电流iu、iv、iw以及电枢交链磁通Φd推定出永磁体的磁通Φmag或温度Tmag。此外，功率转换部25从电源4接受供电，电源4由直流电压电源或电池构成。此处，通过公知的整流器从单相或三相的交流电源获得直流电压的装置也包含在电源4的概念内。

接下来，对构成实施方式1中的同步电机控制装置2的各个要素、动作进行详细说明。

位置检测部21由公知的旋转变压器、编码器等构成，检测出同步电机3的转子的位置θ。此处，同步电机3的转子的位置θ是指构成场磁铁的永磁体相对于以u相电枢绕组为基准的轴在N极方向的角度，一般而言，以同步电机3的转速(设作电角频率ω)旋转的旋转正交二轴坐标(以下记作d-q轴)的d轴被确定为永磁体的N极方向，其q轴被确定为是相对于该d轴前进90°的正交方向。以下说明基于上述设定。

为了驱动同步电机3，对电枢绕组施加多相交流电压。由此，在同步电机3的电枢绕组产生输出电流。以下将在该电枢绕组产生的输出电流记作电枢电流。电流检测部22通过电流传感器等检测出在该电枢绕组产生的电枢电流。在同步电机3是三相同步旋转电机的情况下，可以采用对同步电机3的三相的电枢电流iu、iv、iw的所有相的电枢电流进行检测的结构，或者也可以采用如下结构：对于一个相(例如w相)的电枢电流iw，利用所检测出的其他两个相的电枢电流iu、iv并根据iw＝-iu-iv这一关系求出该电枢电流iw。此外，电流检测部22除了可以采用通过直接对同步电机3的各相的电枢电流进行检测的电流传感器等来实现的结构以外，也可以使用如下的公知技术：根据电源4与功率转换部25之间流过的DC链路电流来检测出电枢电流。

电流指令生成部23在实施方式1中基于转矩指令τ*生成d-q轴上的电流指令id*、iq*。已知在同步电机3具有由永磁体构成场磁铁的转子的情况下，转矩τ与d-q轴上的电流id、iq的关系式由(1)式表示，因此能产生相同转矩τ的d-q轴上的电流指令id*、iq*的组合(id*、iq*)存在无数个。

数学式1

τ=Pm{Φm·iq+(Ld-Lq)·id·iq} (1)

此处，Pm是同步电机3的极对数。

id、iq是d-q轴上的电流，是通过基于转子位置θ并利用(2)式的运算对同步电机3的电枢电流iu、iv、iw进行坐标转换而得到的。

数学式2

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

因此，实施方式1中的电流指令生成部23中，基于同一转矩指令τ*(＝τ0)，生成第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)、以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)，其中，该第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)是第1d轴电流指令id*(＝id1)与第1q轴电流指令iq*(＝iq1)的指令组，而该第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)不同于第1电流指令，是第2d轴电流指令id*(＝id2)与第2q轴电流指令iq*(＝iq2)的指令组。

具体而言，在输入规定的转矩指令τ*的情况下，预先基于(1)式的关系求出与转矩指令τ*相对应的适合的第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)，并预先利用映射或数学式等将该关系存储到电流指令生成部23中。

或者，也可以预先求出如下的与转矩指令τ*相对应的适合的第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)，并预先利用映射或数学式等将该关系存储到电流指令生成部23，其中，该第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)基于真机实测使得同步电机3或整个同步电机系统1的转换效率较适合。

电压指令生成部24输出d-q轴上的电压指令vd*、vq*，使得d-q轴上的电流id、iq与电流指令id*、iq*相一致，并将vd*、vq*进行坐标变换成多相(三相)交流电压指令vu*、vv*、vw*，之后将该多相(三相)交流电压指令vu*、vv*、vw*输出至功率转换部25。图2是表示图1所示的电压指令生成部24的结构的一个示例的结构图。

坐标转换部242基于转子位置θ并利用(2)式的运算对同步电机3的电枢电流iu、iv、iw进行坐标转换成d-q轴上的电流id、iq。其中，如后所述，若在磁通推定部26中也实施同样基于(2)式的电流的坐标转换运算，并使用在磁通推定部26中获得的d-q轴上的电流id、iq，则也能省略坐标转换部242。

电流控制部241例如对于d-q轴上的电流指令id*、iq*与d-q轴上的电流id、iq的偏差，进行公知的比例积分控制(PI控制)，并生成d-q轴上的电压指令vd*、vq*，即进行所谓的电流反馈控制。虽在图2中未图示，但为了消除d轴与q轴间的干涉，也可以以前馈的方式对d-q轴上的电压指令vd*、vq*实施公知的非干涉补偿，以对伴随着同步电机3的旋转而产生的速度电动势分量进行补偿。

坐标转换部243中，基于转子位置θ并通过(3)式的运算将从电流控制部241输出的d-q轴上的电压指令vd*、vq*进行坐标转换成多相(三相)交流电压指令vu*、vv*、vw*，并输出到功率转换部25。其中，(3)式中，也可以将基于电流检测部22所检测出的电枢电流iu、iv、iw的值使控制运算反映到从功率转换部25输出的电压vu、vv、vw为止的控制运算延迟时间(延迟时间)考虑在内，并以对转子位置θ进行了基于控制运算延迟时间的相位修正量Δθd的修正后的相位进行坐标转换。

数学式3

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

功率转换部25基于电压指令vu*、vv*、vw*并通过公知的PWM控制方式等对同步电机3施加电压vu、vv、vw。

磁通推定部26首先推定同步电机3的电枢交链磁通Φ，更具体而言，是推定电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd。电枢交链磁通Φ是指，由永磁体生成的磁通(以下称作永磁体磁通)Φm与由电枢电流生成的磁通(电枢反作用磁通)Φa的合成磁通。

作为推定电枢交链磁通Φ的优选方法，确切说是作为推定d轴分量Φd的优选方法，具有基于d-q轴上的q轴电压vq与Φd的关系式即(4)式来进行推定的方法。

数学式4

$\mathrm{\Φd}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{vq}-(R+\mathrm{Lq}\·s)\·\mathrm{iq}\}\≅\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{{\mathrm{vq}}^{*}-R\·\mathrm{iq}\}---\left(4\right)$

此处，Lq是q轴方向的电感(以下记作q轴电感)，未在(4)式中表示但在后面叙述的Ld是d轴方向的电感(以下记作d轴电感)。另外，R是电阻(同步电机3的电枢绕组的电阻为主，在同步电机3与功率转换器25之间的布线电阻的影响无法忽略、较大的情况下，R是将该布线电阻也考虑在内的电阻值)。

另外，s是拉普拉斯算子。此外，拉普拉斯算子s的倒数1/s是1次时间积分的意思。

其中，在实施方式1的图1的结构中，q轴上的电压vq的实际值不明确，因此使用从电流指令生成部23输出的d-q轴上的电压指令中的q轴电压指令vq*来进行(4)式的运算，以取代q轴上的电压vq。另外，在同步电机3的驱动开始前，q轴电压指令vq*为0，成为Φd＝0，因此作为同步电机3驱动开始的Φd的初始值，使用基准值等规定的永磁体磁通Φm即可。

此外，在(4)式中，由于同步电机3的转速ω用于运算，因此通过利用位置检测部21所检测出的转子的位置θ来进行微分运算，从而能获得转速ω。在(4)式中，若假设电流变化较缓，则即使忽视包含拉普拉斯算子s的项也无妨。

对于电阻R的使用，由于电阻值根据同步电机3的温度而发生变化，因此也可以检测出同步电机3的温度来对电阻R的值进行修正，此外，在与电阻R相关的项相比其他项较小的情况下，也可以忽视包含该电阻R的项，在所述Φd、Φq的推定运算中不使用与同步电机3的电枢电流相关的信息，来实现运算的简化。若不使用与同步电机3的电枢电流有关的信息，则无需磁通推定部26中的(2)式的运算。

磁体状态推定部27推定出构成转子的场磁铁的永磁体的温度或磁通，这即为实施方式1中的同步电机控制装置2的特征所在。

在同步电机3基于转矩指令τ*而受到控制的状态下进行该永磁体的温度或磁通的推定动作，作为动作时刻的一个示例，在转矩指令的值(绝对值)容易变大，且永磁体的温度上升容易瞬间变大的条件下单独地实施所述推定动作，或者在上位的系统持续提供非零的转矩指令，且永磁体的温度逐渐上升的状况下，连续地或间歇地实施所述推定动作。若设定对永磁体的温度或磁通进行推定的动作时刻，则能实施控制以使得可根据需要将永磁体的温度抑制到容许温度以下，或者能掌握因减磁而引起的同步电机3的产生转矩的下降。

图3是表示时序图的一个示例的图，该时序图表示本发明的实施方式1的同步电机控制装置2的电流指令生成部23中的转矩指令τ*与d-q轴上的电流指令id*、iq*的关系。

如上所述，电流指令生成部23基于同一转矩指令τ*(＝τ0)，生成第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)、以及不同于第1电流指令的第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)，并如图3所示那样连续地将第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)作为电流指令来提供，并在两组电流指令条件下驱动同步电机3。由此，能够在磁体状态推定部27中推定出同步电机3的永磁体的磁通或温度，而无需较大地改变磁体磁通推定时的稳定的产生转矩。

此外，在图3中，在磁体温度推定动作前以及该推定动作刚开始后，均提供同一个第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)，但即使在磁体温度推定动作前，提供基于同一转矩指令τ*生成的与该推定动作刚开始后不同的第3电流指令id*，iq*(＝id3，iq3)也无妨。

一般而言，永磁体的温度变化(的时间常数)比电枢绕组的温度变化(的时间常数)要小，因此通过在永磁体的温度变化较小的时间内连续提供两组电流指令条件，并同时驱动同步电机，能视作永磁体几乎不会产生温度(或磁通)变化。

磁体状态推定部27根据各个电流指令条件下的d轴电流id以及磁通推定部26所推定出的电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd来推定永磁体的温度或磁通。此外，在图1的磁体状态推定部27的结构中，假定基于同步电机3的电枢电流iu、iv、iw以及转子的位置θ并通过(2)式的运算来得到d轴电流id，但如上所述，即使是其他结构部也进行相同的运算，因此也可以使用利用其他结构部运算出的d轴电流id。

若将提供第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)时的d轴电流设作id10，将电枢交链磁通Φ的d轴分量设作Φd10，将提供第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)时的d轴电流设作id20，将电枢交链磁通Φ的d轴分量设作Φd20，则理论上(5)式的关系成立。

数学式5

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Φd}10=\mathrm{Ld}\·\mathrm{id}10+\mathrm{\Φm}\\ \mathrm{\Φd}20=\mathrm{Ld}\·\mathrm{id}20+\mathrm{\Φm}\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，d轴电感Ld的值一般会受到同步电机3的磁饱和的影响而根据电流发生变化。另外，预先通过实测等方法来求出d轴电感Ld的精确值较不容易，且大多数情况下，d轴电感Ld的估计值与实际值之间会存在误差，因此在具有误差ΔLd，且d轴电感Ld受到磁饱和的影响而根据电流发生变化的情况下，(5)式的关系实际上成为(6)式的关系。

数学式6

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Φd}10=\mathrm{Ld}10\·\mathrm{id}10+\mathrm{\Φm}=({\mathrm{Ld}}^{\′}10+\mathrm{\ΔLd})\·\mathrm{id}10+\mathrm{\Φm}\\ \mathrm{\Φd}20=\mathrm{Ld}10\·\mathrm{id}20+\mathrm{\Φm}=({\mathrm{Ld}}^{\′}20+\mathrm{\ΔLd})\·\mathrm{id}20+\mathrm{\Φm}\end{array}\right.---\left(6\right)$

此处，Ld10是在第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)的条件下的d轴电感Ld的实际值，Ld’10是该条件下的d轴电感Ld的估计值。另外，Ld20是在第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)的条件下的d轴电感Ld的实际值，Ld’20是该条件下的d轴电感Ld的估计值。

(6)式中，未知的值是d轴电感Ld的估计值与实际值之间的误差ΔLd，因此若从上下式消去ΔLd，则能从(7)式求出永磁体磁通Φm。

数学式7

$\mathrm{\Φm}=\frac{\mathrm{\Φd}10\·\mathrm{id}20-\mathrm{\Φd}20\·\mathrm{id}10+({\mathrm{Ld}}^{\′}20-{\mathrm{Ld}}^{\′}10)\·\mathrm{id}10\·\mathrm{id}20}{\mathrm{id}20-\mathrm{id}10}---\left(7\right)$

预先设定第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)的条件下的d轴电感Ld的估计值Ld’10以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)的条件下的d轴电感Ld的估计值Ld’20，并作为电流指令连续提供第1电流指令及第2电流指令，在两组电流指令条件下驱动同步电机3，与此同时，利用所述方法求出该电流指令条件下的d轴电流id以及电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd，由此，能基于(7)式推定永磁体磁通Φm。

其中，在第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)与第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)的设定过程中，若id1与id2接近，则根据该指令流过的d轴电流id10与id20也相接近，(7)式的分母变得微小，若在分子侧包含稍许的误差，则该误差会被放大，永磁体磁通Φm的推定精度变差。另外，由于id1与id2受到分别基于同一转矩指令τ*(＝τ0)而生成的限制，使得id1与id2之间的差异的大小也产生上限。

因此，在第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)与第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)的设定过程中，将id2与id1的比优选设定为0.5至0.8，或1.25至2。

d轴电感Ld的估计值的设定例如通过如下等方法来进行：预先利用公知的磁场解析或实测等方法求出d轴电流id、q轴电流iq与d轴电感Ld的估计值的相关关系，并利用相关映射或数学式的形式来将该相关关系存储至磁体状态推定部27。此外，在(7)式的运算中，若电流能按照指令值进行跟踪，则也可以利用指令值id1、id2来进行运算，而不使用d轴电流id10、id20。

另外，永磁体温度Tmag与永磁体磁通Φm之间具有相关关系，通过预先掌握该相关关系，也能将推定出的永磁体磁通Φm换算成永磁体温度推定值Tmag。例如，在永磁体相对于10℃的温度上升以1％的比率产生减磁的情况下，若将基准温度设作Tb，将温度Tb下的(基准)永磁体磁通设作ΦmTb，则永磁体温度Tmag与永磁体磁通Φmag的关系由(8)式表示。

数学式8

Φmag=ΦmTb·{1-(Tmag-Tb)·0.001} (8)

若使用该(8)式的关系，则能将永磁体磁通Φm换算成永磁体温度推定值Tmag。

此外，即使在连续提供同一电流指令的情况下，实际上因功率转换部25的PWM控制、同步电机3的形状而引起的公知的电流噪声等的脉动分量也会重叠在d轴电流id、电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd等上，因此，在一定期间内提供上述电流指令的情况下，也可以在对id10、Φd10、id20、Φd20实施平均化处理或滤波处理的基础上实施(7)式的运算。

图4是表示实施方式1的同步电机控制装置的其他实施方式以及包含同步电机的整个同步电机系统的图。在图1的位置检测部21中，示出了利用公知的旋转变压器、编码器等来检测出同步电机3的转子的位置θ的示例，而在图4所示的同步电机控制装置2中，具备位置推定部21a，该位置推定部21a使用公知的适应观测器等并基于电压指令、电枢电流等，通过运算来推定出转子的位置θ。该位置推定部21a的结构例如能以专利文献4或专利文献5所示的结构来实现，因此这里省略说明。此外，图1与图4的不同之处仅在于位置推定部21a所涉及的点，其他结构相同，省略说明。

由此，实施方式1的同步电机控制装置中，通过根据从同步电机的电枢电流在正交二轴坐标上经过转换的d轴电流以及磁通推定部26所推定出的电枢交链磁通的d轴分量来推定出构成场磁铁的永磁体的温度或磁通，从而具有如下效果：无需较大地改变稳定的转矩，且能抑制因同步电机的电感的设定值与实际值的误差而引起的推定精度变差，同时还能高精度地推定出永磁体的磁通或温度。

实施方式2

图5是表示实施方式2所涉及的同步电机控制装置的其他实施方式以及包含同步电机的整个同步电机系统的图。本实施方式与实施方式1所涉及的同步电机控制装置2的不同之处在于，在实施方式2所涉及的同步电机控制装置20中，在电流指令生成部23a中，基于转矩指令τ*及电枢磁通Φ来生成电流指令iγ*、iδ*，此外，其不同之处还在于，在电压指令生成部24a中，基于电流指令iγ*、iδ*及转子的位置θ、并基于电枢电流iu，iv，iw在正交二轴坐标上经过坐标转换的电流iγ、iδ以及γ轴与δ轴所成的角度∠Φ0，在正交二轴坐标上生成电压指令vd*，vq*。其他构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，以与实施方式1不同的部分为主对构成实施方式2的同步电机控制装置20的各要素、动作进行说明，对于同一部分适当省略说明。

实施方式1中的电流指令生成部23中，基于同一转矩指令τ*(＝τ0)，生成第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)、以及第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)，其中，该第1电流指令id*，iq*(＝id1，iq1)是第1d轴电流指令id*(＝id1)与第1q轴电流指令iq*(＝iq1)的指令组，而该第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)不同于所述第1电流指令，是第2d轴电流指令id*(＝id2)与第2q轴电流指令iq*(＝iq2)的指令组，在实施方式1中以上述方式进行了说明。

与此不同的是，在实施方式2中，首先定义正交二轴(γ-δ轴)坐标，该正交二轴(γ-δ轴)坐标将利用磁通推定部26a推定出的电枢交链磁通Φ的产生方向设为γ轴，将该γ轴的正交方向设作δ轴(将相对于γ轴前进90°后的正交方向设作δ轴)。

此外，出于将γ轴电流作为操作量来进行控制，以使得电枢交链磁通Φ与所希望的磁通指令Φ*相一致的目的，电流指令生成部23a具备磁通控制部232，该磁通控制部232基于磁通指令Φ*以及磁通推定部26a所推定出的电枢交链磁通Φ的大小来生成γ轴电流指令，并且，该电流指令生成部23a基于同一转矩指令τ*(＝τ0)生成第1指令组以及第2指令组，并生成第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)以及第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)，其中，该第1指令组是第1δ轴电流指令iδ*(＝iδ1)与第1磁通指令Φ*(＝Φ1)的指令组，该第2指令组不同于第一指令组，是第2δ轴电流指令iδ*(＝iδ2)与第2磁通指令Φ*(＝Φ2)的指令组，该第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)是第1磁通指令Φ*(＝Φ1)输入至磁通控制部232时的输出即第1γ轴电流指令iγ*(＝iγ1)与第1δ轴电流指令的指令组，该第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)是第2磁通指令输入至磁通控制部232时的输出即第2γ轴电流指令与第2δ轴电流指令的指令组。

首先，对于与实施方式1不同的磁通推定部26a、电流指令生成部23a以及电压指令生成部24a进行说明。

磁通推定部26a首先在推定出同步电机3的电枢交链磁通Φ，更具体而言是推定出所述电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd的基础上，推定出Φ的大小|Φ|与电枢交链磁通Φ的产生方向即γ轴(实际上、推定出的γ轴与d轴所成的角度为∠Φ0)。图6是具有构成转子的场磁铁的永磁体的同步电机3的向量图，示出了所述γ-δ轴、以及γ轴与d轴所成角度∠Φ0的关系等。

此处，对推定电枢交链磁通Φ的大小|Φ|与角度∠Φ0的优选方法进行说明。在推定|Φ|与∠Φ0时，首先基于(1)式以及d-q轴上的d轴电压vd与电枢交链磁通Φ的q轴分量Φq的关系式即(9)式求出Φd，Φq，根据求出的Φd，Φq，基于(10)式运算出|Φ|，基于(11)式运算出角度∠Φ0。

数学式9

$\mathrm{\Φq}=-\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{\mathrm{vd}-(R+\mathrm{Ld}\·s)\·\mathrm{id}\}\≅-\frac{1}{\mathrm{\ω}}\{{\mathrm{vd}}^{*}-R\·\mathrm{id}\}---\left(9\right)$

数学式10

$\left|\mathrm{\Φ}\right|=\sqrt{{\mathrm{\Φd}}^2+{\mathrm{\Φq}}^2}---\left(10\right)$

数学式11

$\∠\mathrm{\Φ}0={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Φq}}{\mathrm{\Φd}}\right)---\left(11\right)$

其中，在图5的结构中，d轴上的电压vd的实际值不明确，因此使用从后述的电流指令生成部23a输出的d-q轴上的电压指令中的d轴电压指令vd*来进行(9)式的运算，以取代d轴上的电压vd。

电流指令生成部23a基于转矩指令τ*生成γ-δ轴上的电流指令iγ*，iδ*。图7是表示图5所示的电压指令生成部23a的结构的一个示例的结构图。

已知在同步电机3是具有构成转子的场磁铁的永磁体的同步电机的情况下，转矩τ与δ轴上的电流iδ的关系式利用电枢交链磁通Φ由(12)式来表示，因此能产生同一转矩τ的δ轴上的电流指令iδ*与磁通指令Φ*的组合(Φ*，iδ*)存在无数个。另外，通过分别直接对电枢交链磁通Φ与δ轴电流iδ进行控制，即使由于温度变化而在永磁体中产生热减磁，永磁体磁通Φm发生变化，也能确保转矩控制精度。

数学式12

τ=Pm·Φ·iδ (12)

因此，电流指令生成部23a首先在控制指令运算部231中基于同一转矩指令τ*(＝τ0)生成第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)以及第2指令组iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)，其中，该第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)是第1δ轴电流指令iδ*(＝iδ1)与第1磁通指令Φ*(＝Φ1)的指令组，该第2指令组iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)不同于所述第1指令组，是第2δ轴电流指令iδ*(＝iδ2)与第2磁通指令Φ*(＝Φ2)的指令组。具体而言，在输入规定的转矩指令τ*的情况下，预先基于(12)式的关系求出与转矩指令τ*相对应的适合的第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)以及第2指令组iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)，并预先利用映射或数学式等将该关系存储到电流指令生成部231中。或者，也可以预先求出如下的与转矩指令τ*相对应的适合的第1电流指令iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)以及第2电流指令iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)，并预先利用映射或数学式等将该关系存储到电流指令生成部231，其中，该第1电流指令iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)以及第2电流指令iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)基于真机实测使得同步电机3或整个同步电机系统1的转换效率较适合。此外，在磁通控制部232中，将γ轴电流iγ作为操作量进行控制，使得电枢交链磁通Φ与所希望的磁通指令Φ*相一致。

具体而言，生成γ轴电流指令iγ*使得磁通指令Φ*与场磁铁推定部26a所推定出的电枢交链磁通的大小|Φ|的磁通偏差ΔΦ为0。γ轴电流iγ是同步电机3的磁化分量即磁化电流，因此能通过γ轴电流iγ来操作电枢交链磁通Φ。具体而言，磁化电流的增减量与电枢交链磁通Φ的增减量将γ轴方向的电感Lγ作为比例系数成为比例关系，因此，用于进行调整使得磁通偏差ΔΦ变为0的控制器例如优选为积分器，利用(13)式所示的积分控制运算来生成γ轴电流指令iγ*。

数学式13

${\mathrm{i\γ}}^{*}=\frac{\mathrm{Kf}}{s}\·\mathrm{\Δ\Φ}=\frac{\mathrm{Kf}}{s}({\mathrm{\Φ}}^{*}-|\mathrm{\Φ}\left|\right)---\left(13\right)$

此处，Kf是积分增益。

由此，在电流指令生成部23a的结构中，生成第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)以及第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)，其中，该第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)是第1磁通指令Φ*(＝Φ1)输入至磁通控制部232时的输出即第1γ轴电流指令iγ*(＝iγ1)与第1δ轴电流指令的指令组，该第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)是第2磁通指令输入至磁通控制部232时的输出即第2γ轴电流指令与第2δ轴电流指令的指令组。

电压指令生成部24a输出γ-δ轴上的电压指令vγ*，vδ*，使得γ-δ轴上的电流iγ，iδ与电流指令iγ*，iδ*相一致，此后，暂时将vγ*，vδ*进行坐标转换成d-q轴上的电压指令vd*，vq*，再将vd*，vq*进行坐标转换成多相(三相)交流电压指令vu*，vu*，vw*后，输出至功率转换部25。图8是表示图5所示的电压指令生成部24a的结构的一个示例的结构图。

坐标转换部245基于转子的位置θ及γ轴与d轴所成的角度∠Φ0，并通过(14)式的运算将同步电机3的电枢电流iu，iv，iw进行坐标转换成γ-δ轴上的电流iγ，iδ。

数学式14

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{i\γ}\\ \mathrm{i\δ}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos (\mathrm{\θ}+\∠\mathrm{\Φ}0)& \sin (\mathrm{\θ}+\∠\mathrm{\Φ}0)\\ -\sin (\mathrm{\θ}+\∠\mathrm{\Φ}0)& \cos (\mathrm{\θ}+\∠\mathrm{\Φ}0)\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}\sqrt{\frac{2}{3}}& -\frac{1}{\sqrt{6}}& -\frac{1}{\sqrt{6}}\\ 0& -\frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{iu}\\ \mathrm{iv}\\ \mathrm{iw}\end{array}\right)---\left(14\right)$

电流控制部244例如对γ-δ轴上的电流指令iγ*，iδ*与γ-δ轴上的电流iγ，iδ的偏差进行公知的比例积分控制(PI控制)，生成γ-δ轴上的电压指令vγ*，vδ*，即进行所谓的电流反馈控制。图8中虽未图示，但与实施方式1相同，也可以以前馈的方式对γ-δ轴上的电压指令vγ*，vδ*实施非干涉补偿。

在坐标转换部246中，基于γ轴与d轴所成的角度∠Φ0，通过(15)式的运算暂时将从电流控制部244输出的γ-δ轴上的电压指令vγ*，vδ*进行坐标转换成d-q轴上的电压指令vd*，vq*，然后，在坐标转换部247中，基于转子的位置θ通过(3)式的运算将电压指令vd*，vq*转换成多相(三相)交流电压指令vu*，vu*，vw*，此后输出至功率转换部25。

数学式15

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{vd}}^{*}\\ {\mathrm{vq}}^{*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos (\∠\mathrm{\Φ}0)& -\sin (\∠\mathrm{\Φ}0)\\ \sin (\∠\mathrm{\Φ}0)& \cos (\∠\mathrm{\Φ}0)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{v\γ}}^{*}\\ {\mathrm{v\δ}}^{*}\end{array}\right)---\left(15\right)$

接着，对电流指令生成部23a进行补充说明的同时，对磁体状态推定部27a进行说明。图9是表示时序图的一个示例的图，该时序图表示电流指令生成部23a中的转矩指令τ*、磁通指令Φ*与δ轴电流指令iδ*的关系。

基于同一转矩指令τ*(＝τ0)生成第1指令组以及第2指令组，并如图9所示，连续提供第1指令组及第2指令组，其中，该第1指令组是第1δ轴电流指令iδ*(＝iδ1)与第1磁通指令Φ*(＝Φ1)的指令组，该第2指令组不同于第1指令组，是第2δ轴电流指令iδ*(＝iδ2)与第2磁通指令Φ*(＝Φ2)的指令组。在第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)以及第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)这两组电流指令条件下驱动同步电机3，其中，该第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)是第1磁通指令Φ*(＝Φ1)输入至磁通控制部232时的输出即第1γ轴电流指令iγ*(＝iγ1)与第1δ轴电流指令的指令组，该第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)是第2磁通指令输入至磁通控制部232时的输出即第2γ轴电流指令与第2δ轴电流指令的指令组。此外，在图9中，在磁体温度推定动作前以及该推定动作刚开始后，均提供同一个第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)，但即使在磁体温度推定动作前，提供基于同一转矩指令τ*生成的与该推定动作刚开始后不同的第3指令组iδ*，Φ*(＝iδ3，Φ3)也无妨。

因此，能够在后述的磁体状态推定部27a中推定出同步电机3的永磁体的磁通或温度，而无需较大地改变磁体磁通推定时的稳定的产生转矩。

如上所述，一般而言，永磁体的温度变化(的时间常数)比电枢绕组的温度变化(的时间常数)要小，因此通过在永磁体的温度变化较小的时间内连续提供两组电流指令条件，并同时驱动同步电机，从而能视作永磁体几乎不会产生温度(磁通)变化。

磁体状态推定部27a根据各个电流指令条件下的d轴电流id以及磁通推定部26所推定出的电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd来推定永磁体的温度或磁通。在与所述实施方式1相同的时刻进行推定该永磁体的温度或磁通的动作。能够通过(2)式的运算并基于同步电机3的电枢电流iu，iv，iw及转子的位置θ来获得用于该推定的d轴电流id。

将提供第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)时的d轴电流设作id11，将电枢交链磁通Φ的d轴分量设作Φd11，将提供第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)时的d轴电流设作id21，将电枢交链磁通Φ的d轴分量设作Φd21，出于与实施方式1相同的想法，在d轴电感Ld中存在该误差ΔLd，且d轴电感Ld受到磁饱和的影响而根据电流进行变化的情况下，得到(16)式的关系。

数学式16

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Φd}11=\mathrm{Ld}11\·\mathrm{id}11+\mathrm{\Φm}=({\mathrm{Ld}}^{\′}11+\mathrm{\ΔLd})\·\mathrm{id}11+\mathrm{\Φm}\\ \mathrm{\Φd}21=\mathrm{Ld}11\·\mathrm{id}21+\mathrm{\Φm}=({\mathrm{Ld}}^{\′}21+\mathrm{\ΔLd})\·\mathrm{id}21+\mathrm{\Φm}\end{array}\right.---\left(16\right)$

此处，Ld11是在第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)的条件下的d轴电感Ld的实际值，Ld’11是该条件下的d轴电感Ld的估计值，Ld21是在第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)的条件下的d轴电感Ld的实际值，Ld’21是该条件下的d轴电感Ld的估计值。

(16)式中，未知的值是d轴电感Ld的估计值与实际值之间的误差ΔLd，因此若从上下式消去ΔLd，则能从(17)式求出永磁体磁通Φm。

数学式17

$\mathrm{\Φm}=\frac{\mathrm{\Φd}11\·\mathrm{id}21-\mathrm{\Φd}21\·\mathrm{id}11+({\mathrm{Ld}}^{\′}21-{\mathrm{Ld}}^{\′}11)\·\mathrm{id}11\·\mathrm{id}21}{\mathrm{id}21-\mathrm{id}11}---\left(17\right)$

其中，在第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)与第2指令组iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)的设定过程中，若两者的设定接近，则根据该指令流过的d轴电流id11与id21也相接近，(17)式的分母变得微小，若在分子侧包含稍许的误差，则该误差会被放大，永磁体磁通Φm的推定精度变差。另外，iδ*与Φ*之比的设定受限于取决于同步电机3或功率转换部25而定的电流限制。

因此，在第1指令组iδ*，Φ*(＝iδ1，Φ1)与第2指令组iδ*，Φ*(＝iδ2，Φ2)的设定过程中，将Φ2与Φ1的比优选设定为0.5至0.8，或1.25至2。

预先设定第1电流指令iγ*，iδ*(＝iγ1，iδ1)的条件下的d轴电感Ld的估计值Ld’11以及第2电流指令iγ*，iδ*(＝iγ2，iδ2)的条件下的d轴电感Ld的估计值Ld’21，并作为电流指令连续提供第1电流指令及第2电流指令，在两组电流指令条件下驱动同步电机3，与此同时，利用所述方法求出该电流指令条件下的d轴电流以及电枢交链磁通Φ的d轴分量，由此，能基于(17)式推定永磁体磁通Φm。另外，如上所述，能将推定出的永磁体磁通Φm换算成永磁体温度Tmag。

此外，如图9的时序图所示，即使在连续提供同一指令的情况下，实际上由于因功率转换部25的PWM控制、同步电机3的形状而引起的公知的电流噪声、以及因磁通控制部232而引起的外部干扰所产生的γ轴电流指令iγ*的变动，会在d轴电流id、电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd等上重叠脉动分量，因此，在一定期间内提供上述电流指令的情况下，也可以在对id11、Φd11、id21、Φd21实施平均化处理或滤波处理后，实施(17)式的运算。

由此，在实施方式2所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1的效果的基础上，还起到如下效果：通过根据电枢交链磁通来生成γ轴电流指令，从而能对与转矩直接相关的电枢交链磁通和δ轴电流指令直接进行控制，因此即使因温度变化而使得永磁体发生热减磁，也能高精度地推定永磁体的磁通或温度，而无需较大地改变稳定的转矩。

实施方式3

图10是表示进行实施方式3所涉及的同步电机控制装置中的永磁体温度(磁通)的推定动作的速度区间的图，图11是表示进行实施方式3所涉及的同步电机控制装置中的永磁体温度(磁通)的推定动作的电压范围的图。在实施方式3所涉及的同步电机控制装置中，限定对实施方式1或实施方式2所示的磁体状态推定部27、27a中的永磁体的磁通或温度进行推定动作的执行范围。实施方式3所涉及的同步电机控制装置的构成要素与实施方式1或实施方式2相同，因此省略说明。

在磁体状态推定部27、27a中，在推定出同步电机3的永磁体的磁通或温度为止的一连串流程中，通过磁通推定部26、26a实施使用d-q轴上的电压指令vd*，vq的运算，而不使用d-q轴上的(实际的)电压vd，vq。这是以d-q轴上的电压指令vd*，vq*与d-q轴上的(实际的)电压vd，vq之间没有差异为前提的，但实际上，功率转换部25的电压输出误差(例如是由于逆变器的死区时间而引起的电压误差等)的影响会在电压大小较小的区域、或电压变小的低速度区域产生。

鉴于上述情况，在实施方式3中采用如下结构：仅在根据转子的位置θ的变化而计算出的同步电机3的转速ω的绝对值在规定值以上的情况下、或仅在电压指令vu*，vv*，vw*的大小在规定值以上的情况下，由磁体状态推定部27、27a执行对同步电机3的永磁体的磁通或温度进行推定的动作。

特别是，在用于以同步电机本身产生的转矩进行加速的情况下，在从速度零开始通电来产生转矩的动作中，由于温度上升而产生永磁体的减磁影响之前，大多情况下会超过容易受到功率转换部25的电压输出精度的影响的速度区间，在该情况下，在低速区域推定永磁体的温度(磁通)的必要性较小，因此，仅在同步电机3的转速ω的绝对值在规定值以上的情况下执行永磁体的温度(磁通)的推定动作是有效的。

图10是表示进行永磁体的磁通或温度的推定动作的速度区间的图，在担心会受到电压精度的影响的规定速度ω1以下(若考虑负速度则为-ω1～ω1的范围)，即|ω|<ω1的条件下，不利用磁体状态推定部27、27a对同步电机3的永磁体的温度(磁通)进行推定动作。

另外，从降低功率转换部25的电压输出误差的影响的观点来看，也可以不采用基于同步电机3的转速ω的方法，而采用基于电压指令vu*，vv*，vu*的大小|V|的方法。其中，在本发明中，对于电压指令vu*，vv*，vu*的大小|V|，示出了由(18)式定义(相当于电压幅度)的示例，但是也可以不根据(18)式来定义，而是求出电压指令vu*，vv*，vu*的大小(幅度或有效值)。

数学式18

$\left|V\right|=\sqrt{\frac{2}{3}({\mathrm{vu}}^{{*}^2}+{\mathrm{vv}}^{{*}^2}+{\mathrm{vw}}^{{*}^2})}---\left(18\right)$

图11是表示进行永磁体的磁通或温度的推定动作的电压范围的图，在担心会受到电压精度的影响的规定电压大小V1以下，即|V|<V1的条件下，不利用磁体状态推定部27、27a对同步电机3的永磁体的温度(磁通)进行推定动作。

由此，功率转换部25的电压输出精度进一步变高，即仅在较高的速度区间或较高的电压范围内执行永磁体温度(磁通)的推定动作，因此具有能提高推定精度的效果。

由此，在实施方式3所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1或实施方式2的效果的基础上，还具有如下效果：通过仅在功率转换部的电压输出精度进一步变高的速度区间执行永磁体磁通或温度的推定动作，从而仅在基于电压指令推定出同步电机的电枢交链磁通的磁通推定部的推定精度较高的情况下，执行永磁体的磁通或温度的推定动作，因此能以较高的精度进行推定。

实施方式4

图12是表示实施方式4所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。实施方式4与实施方式1所涉及的同步电机控制装置2的不同点在于，在实施方式4所涉及的同步电机控制装置200中采用如下结构：根据从磁体状态推定部27输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag在电流指令生成部23b中对给予同步电机3的转矩指令τ*进行限制，并基于所限制的转矩指令τ0*生成d-q轴上的电流指令id*，iq*。其他构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

如上所述，在利用具有功率转换部25的同步电机控制装置2对具有由永磁体构成场磁铁的转子的同步电机3进行控制时，随着温度因对同步电机3的电枢绕组通电等而上升，会产生场磁铁的永磁体的磁化强度、即磁通减少的现象，即产生被称为“减磁”的现象，此外，会产生若超过容许温度则即使温度下降到常温、磁通也无法回到减磁发生前的状态的被称为“不可逆减磁”的现象。因此，必须至少对永磁体的温度进行控制，以抑制到产生不可逆减磁的容许温度以下。尤其是，在同步电机3的产生转矩变大的情况下，永磁体的温度容易上升。

尤其是，在实施方式2中，在添加实施方式4的功能的情况下，如上所述，γ轴电流iγ相当于对同步电机3的电枢交链磁通Φ进行操作的磁化电流，若随着温度上升而使得永磁体产生减磁(下降ΔΦmag量的磁体磁通)，则在磁通指令Φ*与减磁前相同的情况下，通过增加γ轴电流iγ来补偿相当于减磁量的磁体磁通。

因此，随着γ轴电流iγ的增加，同步电机3的电枢电流(有效值)也增加，因此包含永磁体的同步电机3整体的温度也会由于同步电机3所产生的热(例如由电枢绕组的电阻所产生的热等)而上升，也可能会使得永磁体的减磁进一步进行。

因此，在同步电机3的温度上升时，为了抑制温度进一步上升以及超过同步电机3的电枢电流的上限，而基于从磁体状态推定部27、27a输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag来判断永磁体的温度上升，并根据Φmag(或Tmag)来限制转矩指令τ*，由此，间接地减小d-q轴上的电流指令id*，iq*、或δ轴电流指令iδ*与磁通指令Φ*的指令组中的各个Φ*，iδ*的大小(绝对值)，来抑制电枢电流(有效值)的增加。利用磁体状态推定部27、27a推定出的推定值Φmag(或Tmag)与转矩指令的限制值τ0*的相关关系根据驱动条件、同步电机3的热电容、冷却性能以及功率转换部25的性能来设定。

若利用磁体状态推定部27、27a推定出的推定值Φmag在某个值以下，或者，若Tmag超过某个规定温度，则判断为永磁体温度逐渐接近导致不可逆减磁的温度，从而进行限制来降低转矩指令τ*，极端情况下实施使转矩指令τ*成为“0”等的处理，此后，输出(限制后的)转矩指令τ0*。

此外，也可以采用如下结构：对于实施方式2，在控制指令运算部231中，根据从磁体状态推定部27a输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag来限制对于同步电机3的转矩指令τ*，并基于限制后的转矩指令τ0*生成δ轴电流指令iδ*及磁通指令Φ*。

由此，在实施方式4所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1或实施方式2的效果的基础上，还具有如下的效果：通过在同步电机的永磁体的温度上升时，限制转矩指令，从而能限制电枢电流(有效值)的增加量，以抑制温度的进一步上升，从而能防止不可逆减磁。

实施方式5

实施方式5所涉及的同步电机控制装置中的磁体状态推定部与实施方式1至实施方式4所示的磁体状态推定部27、27a不同，构成为具有如下功能：在推定同步电机3的永磁体的磁通或温度时，对d轴电感Ld的误差ΔLd也一并进行推定，并预先存储推定出的该误差ΔLd。其他构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

在实施方式1～4中，若基于(7)式或(17)式推定出永磁体磁通Φm，则电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd与永磁体磁通Φm已知，因此，能求出d轴电感Ld的误差ΔLd，并且也能一并求出d轴电感Ld的实际值。例如，在实施方式1中，能够基于提供第1电流指令(id*，iq*)＝(id1，iq1)时的该条件下的d轴电流id10、电枢交链磁通Φ的d轴分量Φd10、d轴电感Ld的估计值Ld’10与推定出的永磁体磁通Φm的关系，并通过(19)式来求出d轴电感Ld的误差ΔLd。

数学式19

$\mathrm{\&Delta;Ld}=\frac{\mathrm{\&Phi;d}10-\mathrm{\&Phi;m}}{\mathrm{id}10}-{\mathrm{Ld}}^{\&prime;}10---\left(19\right)$

当然，在实施方式1中使用提供第2电流指令id*，iq*(＝id2，iq2)时的该条件下的各值，或者在实施方式2中，使用提供第1或第2电流指令时的该条件下的各值，也可以同样地求出d轴电感Ld的误差ΔLd。

在磁体状态推定部27中，在推定永磁体的磁通或温度时预先基于(19)式，来推定并存储d轴电感Ld的误差ΔLd。在再次推定永磁体的磁通或温度时，通过使用已存储的误差ΔLd，从而即使不基于同一转矩指令，提供第1电流指令以及不同于第1电流指令的第2电流指令这2个模式的电流指令，由于在(6)式或(16)式的关系中也只有永磁体磁通Φmag未知，因此，能仅利用根据转矩指令τ*生成的1组电流指令来推定出永磁体的磁通或温度。

因此，在再次推定永磁体的磁通或温度时，从提供2组电流指令变为提供1组电流指令，从而能缩短推定永磁体的磁通或温度所需的时间。

另外，也可采用如下结构：通过根据d轴电感Ld的误差ΔLd与d轴电感Ld的估计值来一并求出d轴电感Ld的实际值，从而在如上所述那样存储有d轴电流、q轴电流与d轴电感Ld(估计值)的相关关系的情况下，将该估计值替换成求出的实际值。

由此，在实施方式5所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1至实施方式4中的效果的基础上，还具有如下效果：在推定永磁体的磁通或温度时，一并推定并存储d轴电感的误差，由此，在再次推定永磁体的磁通或温度时，在提供1组电流指令时的条件下，就能推定出永磁体的磁通或温度，从而能缩短该推定所需的时间。

实施方式6

图13是表示实施方式6所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。实施方式6与实施方式1所涉及的同步电机控制装置2的不同之处在于，在实施方式6所涉及的同步电机控制装置2000中采用如下结构：具备对同步电机3进行冷却的冷却部5，并根据从磁体状态推定部27输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag来对冷却部5进行控制。其他构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

冷却部5基于从磁体状态推定部27输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag检测出同步电机3的温度上升，例如在超过规定的温度阈值的情况下，启动冷却器，并降低同步电机3的温度。作为具体示例采用如下结构：冷却器是具备冷却风扇的冷却器，在温度上升的情况下，进行控制来提高冷却风扇的转速，以使得增加对同步电机3的送风量。

另外，作为冷却部5的其他示例，也可以采用公知的散热器与循环泵相组合的结构，即在同步电机3的框体部形成水通路，并通过使水等液体流过该水通路来对同步电机3进行冷却，并采用如下结构：基于从磁体状态推定部27输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag来进行可变地调整循环泵的流量的控制。

此外，以在实施方式6中添加的冷却部5为主的结构也能适用于实施方式2至实施方式5中。

由此，在实施方式6所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1至实施方式5中的效果的基础上，还具有如下效果：由于能适当地冷却同步电机，因此能抑制整个同步电机或同步电机的永磁体的温度上升，从而防止同步电机整体的恶化、永磁体的不可逆减磁。

实施方式7

图14是表示实施方式7所涉及的同步电机控制装置及包含同步电机的整个同步电机系统的图。实施方式7与实施方式1或实施方式2所涉及的同步电机控制装置2、20的不同之处在于，在实施方式7所涉及的同步电机控制装置20000中采用如下结构：根据从磁体状态推定部27输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag，将在电流指令生成部23c中基于对于同步电机3的转矩指令τ*生成的电流指令设定成使得减小同步电机3的转速的绝对值的指令，从而使同步电机3减速。其他构成要素与实施方式1或实施方式2相同，因此省略说明。

这是出于以下目的：为了抑制随着同步电机3的温度上升而使得永磁体的减磁进一步进行，而基于从磁通状态推定部27、27a输出的永磁体磁通Φmag或永磁体温度Tmag来判断永磁体的温度上升，并根据Φmag(或Tmag)将基于转矩指令τ*生成的电流指令设定成使得减小同步电机3的转速的绝对值的指令，从而使同步电机3减速，由此，减少与转速(的绝对值)的大小相关的在同步电机3中产生的铁损(涡流损耗)，从而抑制因铁损(涡流损耗)而引起的同步电机3的温度上升。

作为生成该电流指令的一个示例，通过将输入至电流指令生成部23c中的转矩指令τ*改变成规定负值，或者通过对上述系统发出请求，使得规定的负值作为转矩指令τ*从同步电机系统1的上位系统输入至电流指令生成部23c，从而规定负值的转矩指令τ*输入至电流指令生成部23c，生成电流指令。由此，d-q轴上的电流指令id*，iq*、或δ轴电流指令iδ*与磁通指令Φ*的指令组间接地变更成再生运行状态的指令，从而同步电机3减速。

利用磁体状态推定部27、27a推定出的推定值Φmag(或Tmag)与能使同步电机3减速的转矩指令τ0*的相关关系根据驱动条件、同步电机3的热电容、冷却性能以及功率转换部25的性能来设定。

由此，在实施方式7所涉及的同步电机控制装置中，在实施方式1或实施方式2中的效果的基础上，还具有如下效果：在同步电机的永磁体的温度上升时，设定成使同步电机3的转速的绝对值减小的指令，通过使同步电机3减速，来减少同步电机3所产生的铁损(涡流损耗)，来抑制因铁损(涡流损耗)而引起的温度上升，从而能防止不可逆减磁。

此外，在上述实施方式的说明中，对定期地推定磁通或温度时的电流指令及动作进行了说明，但在通常情况下，通过1组的电流指令来驱动同步电机即可，无需一直输出2组电流指令。

另外，在上述实施方式的说明中，假定同步电机为同步电动机来进行了说明，但在使用永磁体的同步发电机、交流同步电机中也能期待相同的效果。

另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

另外，在图中，同一标号表示同一或相当部分。

标号说明

1同步电机系统、2，20，200，2000，20000同步电机控制装置、3同步电机、4电源、5冷却部、21位置检测部、21a位置推定部、22电流检测部、23，23a，23b，23c电流指令生成部、24，24a电压指令生成部、25功率转换部、26，26a磁通推定部、27，27a磁体状态推定部、231控制指令运算部、232磁通控制部、241，244电流控制部、242，243，245，246，247坐标转换部。

Claims (14)

1.一种同步电机控制装置(2)，具备对同步电机(3)进行驱动的功率转换单元，其特征在于，包括：

位置检测部(21)或位置推定部(21a)，该位置检测部(21)检测出、或者该位置推定部(21a)推定出所述同步电机(3)的转子的位置，该同步电机(3)具有由永磁体形成场磁铁的所述转子；

电流检测部(22)，该电流检测部(22)检测出所述同步电机(3)的电枢电流；

电流指令生成部(23)，该电流指令生成部(23)基于转矩指令生成在正交二轴坐标上经过坐标转换的第1及第2电流指令；

电压指令生成部(24)，该电压指令生成部(24)基于所述第1及第2电流指令、所述转子的位置及所述电枢电流来生成电压指令；

功率转换部(25)，该功率转换部(25)基于所述电压指令输出至所述同步电机(3)；

磁通推定部(26)，该磁通推定部(26)基于根据所述转子的位置的变化而计算出的所述同步电机(3)的转速、所述电压指令及所述电枢电流来推定出所述同步电机(3)的电枢交链磁通；以及

磁体状态推定部(27)，该磁体状态推定部(27)根据所述转子的位置和所述电枢电流以及所述电枢交链磁通来推定所述永磁体的磁通或温度，

所述正交二轴坐标是旋转正交二轴(d-q轴)坐标，

所述电流指令生成部(23)基于所述转矩指令生成所述第1电流指令以及所述第2电流指令，所述第1电流指令是第1d轴电流指令与第1q轴电流指令的指令组，所述第2电流指令是第2d轴电流指令与第2q轴电流指令的指令组。

2.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

仅在根据所述转子的位置的变化计算出的所述同步电机的转速的绝对值在规定值以上的情况下，利用所述磁体状态推定部(27)来推定所述永磁体的磁通或温度。

3.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

仅在所述电压指令的大小在规定值以上的情况下，利用所述磁体状态推定部(27)来推定所述永磁体的磁通或温度。

4.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述电流指令生成部(23)根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来对所述电流指令进行限制。

5.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述电流指令生成部(23)根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来生成使所述同步电机(3)的转速的绝对值减小的电流指令。

6.如权利要求1所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述磁体状态推定部(27)推定所述永磁体的磁通或温度，并预先推定并存储所述同步电机(3)的电感的估计值与实际值的误差。

7.如权利要求1至6中任一项所述的同步电机控制装置，其特征在于，

具备对所述同步电机(3)进行冷却的冷却部(5)，根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来控制所述冷却部(5)。

8.一种同步电机控制装置(2)，具备对同步电机(3)进行驱动的功率转换单元，其特征在于，包括：

位置检测部(21)或位置推定部(21a)，该位置检测部(21)检测出、或者该位置推定部(21a)推定出所述同步电机(3)的转子的位置，该同步电机(3)具有由永磁体形成场磁铁的所述转子；

电流检测部(22)，该电流检测部(22)检测出所述同步电机(3)的电枢电流；

电流指令生成部(23)，该电流指令生成部(23)基于转矩指令生成在正交二轴坐标上经过坐标转换的第1及第2电流指令；

电压指令生成部(24)，该电压指令生成部(24)基于所述第1及第2电流指令、所述转子的位置及所述电枢电流来生成电压指令；

功率转换部(25)，该功率转换部(25)基于所述电压指令输出至所述同步电机(3)；

磁通推定部(26)，该磁通推定部(26)基于根据所述转子的位置的变化而计算出的所述同步电机(3)的转速、所述电压指令及所述电枢电流来推定出所述同步电机(3)的电枢交链磁通；以及

磁体状态推定部(27)，该磁体状态推定部(27)根据所述转子的位置和所述电枢电流以及所述电枢交链磁通来推定所述永磁体的磁通或温度，

所述正交二轴坐标是将所述磁通推定部(26)所推定出的所述电枢交链磁通的产生方向作为γ轴，将该γ轴的正交方向作为δ轴的正交二轴(γ-δ轴)坐标，

所述电流指令生成部(23)具备：控制指令运算部(231)，该控制指令运算部(231)基于所述转矩指令输出δ轴电流指令及电枢交链磁通指令；以及磁通控制部(232)，该磁通控制部(232)基于所述电枢交链磁通指令及所述磁通推定部(26)所推定出的所述电枢交链磁通来输出γ轴电流指令，

所述电流指令生成部(23)生成所述第1电流指令以及所述第2电流指令，所述第1电流指令是第1γ轴电流指令与第1δ轴电流指令的指令组，所述第2电流指令是第2γ轴电流指令与第2δ轴电流指令的指令组。

9.如权利要求8所述的同步电机控制装置，其特征在于，

仅在根据所述转子的位置的变化计算出的所述同步电机的转速的绝对值在规定值以上的情况下，利用所述磁体状态推定部(27)来推定所述永磁体的磁通或温度。

10.如权利要求8所述的同步电机控制装置，其特征在于，

仅在所述电压指令的大小在规定值以上的情况下，利用所述磁体状态推定部(27)来推定所述永磁体的磁通或温度。

11.如权利要求8所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述电流指令生成部(23)根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来对所述电流指令进行限制。

12.如权利要求8所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述电流指令生成部(23)根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来生成使所述同步电机(3)的转速的绝对值减小的电流指令。

13.如权利要求8所述的同步电机控制装置，其特征在于，

所述磁体状态推定部(27)推定所述永磁体的磁通或温度，并预先推定并存储所述同步电机(3)的电感的估计值与实际值的误差。

14.如权利要求8至13中任一项所述的同步电机控制装置，其特征在于，

具备对所述同步电机(3)进行冷却的冷却部(5)，根据从所述磁体状态推定部(27)输出的所述永磁体的磁通或温度来控制所述冷却部(5)。