JP2014131392A - インバータ制御装置及びインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不可逆減磁の発生を防止しつつ、永久磁石型電動機の性能を実際の限界付近まで発揮させることが可能なインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】実施形態のインバータ制御装置によれば、ベクトル制御部は、回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とし、温度推定部は、入力される回転子周辺の温度と、予め記憶されている永久磁石の熱流量並びに回転子及び回転子の周辺に存在する熱伝達媒体の熱伝達抵抗とに基づいて永久磁石の温度を推定する。電流目標値設定部は、トルク目標値から、Ｄ軸及びＱ軸電流目標値を設定し、電圧指令設定部は、固定子巻線への通電電流とＤ軸及びＱ軸電流目標値とから外部に出力する電圧指令を設定する。Ｄ軸電流上限値設定部は、永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、推定された永久磁石の温度に従い設定し、目標値制限部はＤ軸電流目標値を前記上限値により制限する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機をベクトル制御するインバータ制御装置，及びインバータ装置に関する。

回転子に永久磁石を有する永久磁石型電動機は、固定子側で発生させた反磁界を前記永久磁石に作用させることでトルクを発生させる。前記永久磁石に反磁界が作用すると磁力が低下する減磁状態となり、反磁界の強度があるレベルを超えると、永久磁石の磁力が低下したまま復帰しない不可逆減磁状態に至る。このような不可逆減磁が発生することを回避しつつ電動機を制御する技術については、様々な技術が提案されている。

特開２００３−２３５２８６号公報

しかしながら、従来の技術では、不可逆減磁の発生を防止するために電動機の出力性能を過剰に制限しているものが多く、電動機本来の性能を実際の限界付近まで発揮させることができないという問題がある。
そこで、不可逆減磁の発生を防止しつつ、永久磁石型電動機の性能を実際の限界付近まで発揮させることが可能なインバータ制御装置，及びインバータ装置を提供する。

実施形態のインバータ制御装置によれば、ベクトル制御部は、回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とし、温度推定部は、入力される回転子周辺の温度と、予め記憶されている永久磁石の熱流量並びに回転子及び回転子の周辺に存在する熱伝達媒体の熱伝達抵抗とに基づいて永久磁石の温度を推定する。そして、ベクトル制御部を構成する電流目標値設定部は、入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定し、電圧指令設定部は、入力される固定子巻線への通電電流とＤ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから外部に出力する電圧指令を設定する。Ｄ軸電流上限値設定部は、永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、推定された永久磁石の温度に従い設定し、目標値制限部はＤ軸電流目標値を前記上限値により制限する。

また、実施形態のインバータ制御装置によれば、ベクトル制御部を構成する電流目標値設定部は、入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定し、電圧指令設定部は、入力される固定子巻線への通電電流とＤ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから外部に出力する電圧指令を設定する。Ｄ軸電流上限値設定部は、永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、入力された永久磁石の温度に従い設定し、目標値制限部はＤ軸電流目標値を前記上限値により制限する。

また、実施形態のインバータ制御装置によれば、減磁防止部は、Ｄ軸電流目標値が上限値を超えると、前記Ｄ軸電流目標値に替えて、永久磁石型電動機の構造に基づいて永久磁石に作用する反磁界を減少させる磁界を発生させるように、新たなＤ軸電流目標値を設定する。

また、実施形態のインバータ装置によれば、回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機の固定子巻線に電流を通電するインバータ回路と、インバータ回路を介して、永久磁石型電動機をベクトル制御する請求項１から６の何れか一項に記載のインバータ制御装置とで構成される。

第１実施形態であり、インバータ装置の構成を示す機能ブロック図 インバータ制御部による制御内容を示すフローチャート 温度に応じた永久磁石のＢ−Ｈ曲線を示す図 永久磁石型電動機の構造をモデル的に示す図 第２実施形態を示す図１相当図 磁石温度検出部の構成例を示す図（その１） 磁石温度検出部の構成例を示す図（その２） 第３実施形態を示す図１相当図 第４実施形態を示す図１相当図 電流ベクトル図 第５実施形態を示す図１相当図 図３相当図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図４は、永久磁石型電動機の構造をモデル的に示したものである。永久磁石型電動機１は、例えばＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。回転子２は、円筒型の回転子鉄心３と、回転子鉄心３の内部に、図示しない回転軸を挟んで対向するように埋設される直方体型の２つの永久磁石４，５とで構成されている。また、回転子鉄心３には、磁束の流れを遮断するためスリット状のフラックスバリア６が設けられている。回転子２の外周側には、図示しない固定子鉄心に巻装されるＵ，Ｖ，Ｗの各相巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗからなる固定子８が配置されている。温度センサ９は、回転子２と固定子８との間を満たす空気（熱伝達媒体）の温度を検出するものである。

図１は、主にインバータ装置１１の構成を示す機能ブロック図である。インバータスイッチ部１２は、６個のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）が３相ブリッジ接続されて構成されており（図示せず）、バッテリ１３より直流電源が供給されている。インバータスイッチ部１２の各相出力端子は、永久磁石型電動機１の各相巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに接続されている。また、両者の間を接続する信号線には、電動機電流検出部１４が配置されている。電動機電流検出部１４は、各相電流を個別に検出する電流センサによって構成されている。

インバータ制御部１５（インバータ制御装置）は、インバータスイッチ部１２を構成する各スイッチング素子に対して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号をスイッチ信号として出力するもので、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。トルク指令設定器１６は、永久磁石型電動機１の駆動対象である電動機負荷１７を制御する目標として、トルク目標値を電動機電流設定部１８（電流目標値設定部）に出力する。電動機電流設定部１８は、入力されるトルク目標値に応じてＱ軸電流目標値及びＤ軸電流目標値を決定し、電動機電流制御器１９（電圧指令設定部）に出力するが、Ｄ軸電流目標値についてはＤ軸電流制限器２０（目標値設定部）を介して出力される。

Ｄ軸電流制限器２０は、Ｄ軸電流上限設定器２１（Ｄ軸電流上限値設定部）が、磁石温度推定器２２（温度推定部）により推定された永久磁石４及び５の温度に応じて設定した上限値に従い、Ｄ軸電流目標値を制限する作用を成す。

電動機電流制御器１９には、電動機電流検出部１４により検出された各相電流が入力されており、各相電流はＡ／Ｄ変換されてデータとして取り扱われる。各相電流は、直交軸上の２相電流に変換された後、図示しない位置センサにより検出されるか、若しくはセンサレス制御により推定される回転子２の回転位置に応じてＤ−Ｑ軸上のＤ軸電流，Ｑ軸電流に変換される。そして、入力されるＤ軸電流目標値，Ｑ軸電流目標値との差分を得ると、それらの差分値について例えばＰＩ（Proportional-Integral）制御を行った値に基づきＤ軸電圧指令値，Ｑ軸電圧指令値を生成する。更に、それらを三相に変換することで三相電圧指令値を生成すると、スイッチ信号変換器２３に出力する。スイッチ信号変換器２３においては、三相電圧指令値に基づいて、インバータスイッチ部１２を構成する６個のスイッチング素子にそれぞれ出力するＰＷＭ信号を生成する。

尚、以上の構成において、電動機電流設定部１８，電動機電流制御器１９，Ｄ軸電流制限器２０及びＤ軸電流上限設定器２１がベクトル制御部２４を構成している。また、永久磁石型電動機１は、例えば電気自動車の走行駆動用電動機などに使用される。

次に、磁石温度推定器２２が、永久磁石４及び５の温度を推定する方式について再び図４を参照して説明する。永久磁石型電動機１の回転子２が周辺の空気によって冷却される状態をモデル化した熱回路を用いることで、磁石温度Ｔｍａｇ［℃］は、次式により推定される。
Ｔｍａｇ＝Ｉｍａｇ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４）＋Ｔａｉｒ …（１）
Ｉｍａｇ［Ｗ］：磁石の熱流量
Ｒ１［℃／Ｗ］：磁石の熱伝導抵抗
Ｒ２［℃／Ｗ］：磁石−鉄心間の熱伝導抵抗
Ｒ３［℃／Ｗ］：鉄心の熱伝導抵抗
Ｒ４［℃／Ｗ］：鉄心−空気間の熱伝導抵抗
Ｔａｉｒ［℃］：空気温度
尚、空気温度Ｔａｉｒは、前述した温度センサ９により検出される回転子２周辺の気温である。

ここで、磁石の熱流量Ｉｍａｇ［Ｗ］は渦電流損を示すもので、磁石の物性及び形状，電動機の形状，電動機の回転数及び電流により決定される。すなわち、磁石の電気抵抗をＲｍａｇ，磁石の内部に流れる渦電流をＩｅｄｄｙとすると、
Ｉｍａｇ＝Ｒｍａｇ・Ｉｅｄｄｙ^２＝Ａ^２／Ｒｍａｇ（ｄＢ／ｄｔ）^２ …（２）
で表される。但し、Ａは磁石の断面積，Ｂは磁石の磁束密度である。また、磁束密度Ｂの時間変化は、電動機電流と電動機の回転数との関数となる。磁石温度推定器２２は、（１）式を計算するための各パラメータを予め記憶保持している。

尚、磁石温度の推定精度をより向上させるため、例えば以下を考慮しても良い。
・磁石と固定子鉄心との熱容量：これにより、温度の時間変化についても考慮できる。
・固定子鉄心の鉄損：これにより、磁石以外の要素における発熱も考慮できる。
・その他の電動機要素の熱伝導：例えば、回転軸からの放熱や、固定子における発熱，放熱を考慮できる。
また、磁石温度の推定誤差が予め把握できる場合は、推定結果について、その誤差分を考慮して補正しても良い。更に、電動機が油令や水冷を行う構成である場合には、それらに応じた熱回路に基づいて同様に推定を行えば良い。

次に、Ｄ軸電流上限設定器２１が、推定された永久磁石４及び５の温度Ｔｍａｇに応じてＤ軸電流の上限値を設定する方式について図３を参照して説明する。図３は磁石のＢ−Ｈ曲線が温度に応じて変化することを示しており、Ｂ−Ｈ曲線は磁石の材料（例えばネオジウム，フェライト，サマリウム−コバルト，アルニコなどの磁性体）等で決まる。また、図中のパーミアンス直線は、永久磁石型電動機の設計に応じて傾きが決まる。

永久磁石型電動機を駆動する際に、磁石に印加される反磁界の大きさはＤ軸電流に応じて決まり、パーミアンス直線は、固定子が発生する反磁界の大きさに応じて横軸左方向に移動する。Ｂ−Ｈ曲線とパーミアンス直線との交点が動作点となる。Ｂ−Ｈ曲線上の丸印がクニック点であり、クニック点を超える大きさの反磁界を印加すると磁石に不可逆減磁が発生する。図３では、磁石の温度が−４０℃，１００℃，１４０℃の場合のＢ−Ｈ曲線を示しているが、温度が高くなるほどクニック点に至る反磁界の値が小さくなっている（Ｈ_ｃｏｉｌ ^−４０＞Ｈ_ｃｏｉｌ ^１００＞Ｈ_ｃｏｉｌ ^１４０）。

したがって、永久磁石型電動機を駆動制御する際には、磁石の温度に応じて動作点がクニック点を超えない範囲内でＤ軸電流を通電する必要がある。Ｄ軸電流上限設定器２１は、図３に相当するデータを例えばテーブルとして保持している（但し磁石温度についてはより詳細に設定されている）。

次に、本実施例の作用について図２を参照して説明する。図２は、インバータ制御部１５による制御内容を示すフローチャートである。先ず、トルク指令設定器１６が永久磁石型電動機１の制御条件に応じてトルク目標値を設定する（Ｓ１）。電動機電流設定部１８は、前記トルク目標値を満たすリラクタンストルク，マグネットトルクを出力するようにＤ軸，Ｑ軸電流目標値を設定する（Ｓ２）。

磁石温度推定器２２は、温度センサ９により検出される空気温度Ｔａｉｒを取得すると、（１）式により磁石温度Ｔｍａｇ［℃］を計算する（Ｓ３）。Ｄ軸電流上限設定器２１は、磁石温度Ｔｍａｇ［℃］に従い、図３に相当するデータテーブルよりＤ軸電流の上限値を設定し、Ｄ軸電流制限器２０に出力する（Ｓ４）。尚、データテーブルに替えて、Ｂ−Ｈ曲線を関数近似することで演算により上限値を求めても良い。Ｄ軸電流制限器２０は、電動機電流設定部１８より入力されるＤ軸電流目標値が前記上限値を超える場合は、目標値に替えて上限値を電動機電流制御器１９に出力する（Ｓ５）。

以降のステップＳ６〜Ｓ１０は一般的な電動機の制御であり、電動機電流制御器１９は
電動機電流検出部１４により検出された各相電流を取得する（Ｓ６）。そして、取得した各相電流をＤ軸電流，Ｑ軸電流に変換して、入力されるＤ軸電流目標値，Ｑ軸電流目標値とのそれぞれの差分に基づきＤ軸電圧指令値，Ｑ軸電圧指令値をそれぞれ生成する（Ｓ７）。更に、Ｄ軸電圧指令値，Ｑ軸電圧指令値を三相に変換し、スイッチ信号変換器２３を介してインバータスイッチ部１２に出力し（Ｓ８）、６個のスイッチング素子をスイッチングさせる（Ｓ９）。これにより、永久磁石型電動機１の各相巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに電流が供給されて永久磁石型電動機１が回転し、トルクが発生する（Ｓ１０）。

以上のように本実施形態によれば、ベクトル制御部２４は、回転子２に永久磁石４，５を有してなる永久磁石型電動機１を制御対象とし、磁石温度推定器２２は、入力される回転子２周辺の空気温度Ｔａｉｒと、予め記憶されている永久磁石１の熱流量Ｉｍａｇ並びに回転子２及び回転子２の周辺に存在する熱伝達媒体の熱伝達抵抗Ｒ１〜Ｒ４とに基づいて永久磁石４，５の温度を推定する。

電動機電流設定部１８は、入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定し、電動機電流制御器１９は、入力される固定子巻線７への通電電流とＤ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから外部に出力する電圧指令を設定する。Ｄ軸電流上限値設定器２１は、永久磁石型電動機１の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、推定された永久磁石４，５の温度に従い設定し、Ｄ軸電流制限器２０は、Ｄ軸電流目標値を前記上限値により制限する。

これにより、永久磁石型電動機１を駆動制御する際に推定される永久磁石４，５の温度に応じて、Ｄ軸電流を、永久磁石４，５に不可逆減磁が発生しない範囲内で与えることができる。したがって、従来のようにＤ軸電流の制限に余分なマージンを持たせる必要がなくなるので、永久磁石型電動機１の駆動効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
図５ないし図７は第２実施形態であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施形態のインバータ装置１１Ａは、インバータ制御部１５に替わるインバータ制御部３１（インバータ制御装置）を備えたもので、インバータ制御部３１は、磁石温度推定器２２に替えて磁石温度設定器３２を備えている。

磁石温度設定器３２には、永久磁石型電動機１に配置されている磁石温度検出部３３より検出される永久磁石４，５の温度情報（アナログ信号）が入力される。磁石温度設定器３２は、前記温度情報をＡ／Ｄ変換すると、変換したデータを磁石温度としてＤ軸電流上限設定器２１に出力する。また、以上によりベクトル制御部２４に替わるベクトル制御部３４が構成されている。

図６は、磁石温度検出部３３の一構成例である磁石温度検出部３３Ａを示す。例えばサーミスタや熱電対などで構成される温度センサ３５は、回転子２の永久磁石４の上端面（図中の右端）に直接接触する状態で配置されている。温度センサ３５の信号線は、回転子２の回転軸１０に固定されているスリップリング３６（Ａ，Ｂ）に接続されている。すなわち、温度センサ３５及びスリップリング３６は、回転子２と共に回転することになる。

スリップリング３６（Ａ，Ｂ）の外周部には、ブラシ３７（Ａ，Ｂ）が接するように配置されており、ブラシ３７（Ａ，Ｂ）は磁石温度検出回路３８の入力端子にそれぞれ接続されている。すなわち、回転子２と共に回転する温度センサ３５が出力する信号は、スリップリング３６及びブラシ３７を介して固定側の磁石温度検出回路３８に入力される。磁石温度検出回路３８は、ブラシ３７を介して入力される信号をフィルタリングしたり増幅するなどして温度情報として出力する。

また、図７は、磁石温度検出部３３の他の構成例である磁石温度検出部３３Ｂを示す。温度センサ３９は、例えば赤外線を用いて非接触状態で測定対象の温度を検出可能な構成であり、回転子２における永久磁石４又は５の上端面と所定の空隙を挟んで固定されている。この場合、温度センサ３９の信号線は、直接磁石温度検出回路３８の入力端子に接続される。

次に、第２実施形態の作用について説明する。第２実施形態では、磁石温度検出部３３により永久磁石４又は５の温度を直接検出する。したがって、第１実施形態の図２に示すフローチャートでは、ステップＳ３では磁石温度を推定することなく、続くステップＳ４では、磁石温度設定器３２を介してＤ軸電流上限設定器２１に入力される磁石温度に応じて上限値が設定されることになる。

以上のように第２実施形態によれば、ベクトル制御部３４を構成するＤ軸電流上限値設定部２１は、永久磁石型電動機１の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、磁石温度設定器３２を介して入力された永久磁石４，５の温度に従い設定し、Ｄ軸電流制限器２０は、Ｄ軸電流目標値を前記上限値により制限する。したがって、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図８は第３実施形態であり、第１実施形態と異なる部分について説明する。第３実施形態のインバータ装置１１Ｂは、インバータ制御部１５に替わるインバータ制御部４１（インバータ制御装置）を備えたもので、インバータ制御部４１は、回転数制限器４２（回転数制限部）を備えて構成されている。回転数制限器４２には、磁石温度推定器２２より出力される磁石温度と、電動機電流設定部１８より出力されるＤ軸電流目標値とが入力されている。そして、回転数制限器４２は、それらの入力値に応じて永久磁石型電動機１の上限回転数を設定し、外部の電動機駆動装置制御器４３に出力する。電動機駆動装置制御器４３は、車両制御ＥＣＵを構成するものでトルク指令設定器１６にトルク指令を出力する。また、以上によりベクトル制御部２４に替わるベクトル制御部４４が構成されている。

回転数制限器４２は、以下の原理に従い永久磁石型電動機１の上限回転数を設定する。磁石の発熱量（渦電流損）Ｗ_ｍａｇは、以下の近似式で表される。
Ｗ_ｍａｇ＝（Ｋ_ｍｏｔ／Ｒ_ｍａｇ）Ｂ^２Ｎ^２ …（３）
Ｋ_ｍｏｔ：電動機の設計（極数，形状等）に応じて決まる定数
Ｒ_ｍａｇ：磁石の電気抵抗
Ｂ：磁石の磁束密度
Ｎ：電動機の回転数
すなわち、発熱量Ｗ_ｍａｇは、回転数Ｎの２乗に比例する。

したがって、磁石の温度上昇をΔθ以下にするには、Ｒ_heatを磁石の発熱から放熱までの経路の熱抵抗とすると、回転数Ｎを
Δθ＝Ｒ_heatＷ_ｍａｇ＝Ｒ_heat（Ｋ_ｍｏｔ／Ｒ_ｍａｇ）Ｂ^２Ｎ^２
Ｎ＝√｛Ｒ_ｍａｇΔθ／（Ｒ_heatＫ_ｍｏｔＢ^２）｝ …（４）
（４）式の右辺以下に制限すれば良い。但し√｛｝は、中カッコ内の式で表される値の平方根を示す。（４）式の右辺において、磁束密度ＢはＤ軸電流の負の値が大きいほど小さくなるので、Ｄ軸電流目標値に応じて磁束密度Ｂの値を決定する。また、温度上昇値Δθは、上限温度とその時点の磁石の温度との差となる。

（４）式により決定された上限回転数Ｎは（例えば、図２のステップＳ４を実行するタイミングで決定すれば良い）、電動機駆動装置制御器４３に与えられる。電動機駆動装置制御器４３は、上限回転数Ｎを超えないようにトルク指令値を低減したり、また、永久磁石型電動機１によって駆動される電気自動車の駆動輪に制動をかける機械ブレーキを作用させる信号を出力して回転数を減少させるように制御する。尚、これら２つの制御については何れか一方のみを行うようにしても良い。

以上のように第３実施形態によれば、回転数制限器４２は、永久磁石４，５の温度に応じて、永久磁石型電動機１について許容される上限回転数を設定するので、Ｄ軸電流に加えて回転数も制限することにより、永久磁石型電動機１の不可逆減磁をより確実に防止できる。

（第４実施形態）
図９及び図１０は第４実施形態を示す。図９に示す第４実施形態のインバータ装置１１Ｃは、インバータ制御部１５に替わるインバータ制御部５１（インバータ制御装置）を備えたもので、インバータ制御部５１は、トルク補正器５２（トルク補償部）及びＱ軸電流補正器５３を備えて構成されている。トルク補正器５２には、トルク指令設定器１６より出力されるトルク目標値と、Ｄ軸電流制限器２０より出力される制限されたＤ軸電流目標値とが入力されている。トルク補正器５２は、それらの入力値に応じて補正したＱ軸電流をＱ軸電流補正器５３に出力する。

Ｑ軸電流補正器５３は、電動機電流設定部１８と電動機電流制御器１９との間に挿入されており、電動機電流設定部１８より入力されるＱ軸電流目標値を、トルク補正器５２より入力される補正値に応じて補正して電動機電流制御器１９に出力する。また、以上によりベクトル制御部２４に替わるベクトル制御部５４が構成されている。

次に、第４実施形態の作用について図１０を参照して説明する。図１０は、Ｄ−Ｑ軸上の電流ベクトル図であり、実線で示す曲線が出力トルクの目標値に対応する等トルク線である。通常は、目標トルクを与える電流が最小の値Ｉ１となるようにＤ軸電流Ｉｄ１とＱ軸電流Ｉｑ１とを設定するが、Ｄ軸電流制限器２０がＤ軸電流を制限したことで、Ｄ軸電流Ｉｄ１がＩｄ２に減少したものとする。その結果、ベクトル合成した総電流がＩ１’に減少すれば、目標トルクを出力できなくなる。そこで、Ｑ軸電流をＩｑ１からＩｑ２に増加させて総電流をＩ１’からＩ２に増加させることで、電流Ｉ１の場合に等しい目標トルクを出力可能とする。

以上のように第４実施形態によれば、トルク補正器５２は、Ｄ軸電流制限器２０によりＤ軸電流目標値が制限されたことに伴う出力トルクの減少分を、Ｑ軸電流目標値を増加させることで補償するので、永久磁石４，５の不可逆減磁を防止しつつ、負荷を駆動するために必要なトルクを確保することができる。

（第５実施形態）
図１１及び図１２は第５実施形態を示す。図１１に示す第５実施形態のインバータ装置１１Ｄは、インバータ制御部１５に替わるインバータ制御部６１（インバータ制御装置）を備えたもので、インバータ制御部６１は、Ｄ軸電流制限器２０に替えて強め界磁判定器６２（減磁防止部）を配置した構成である。強め界磁判定器６２には、磁石温度推定器２２からの磁石温度が入力されている。以上によりベクトル制御部２４に替わるベクトル制御部６３が構成されている。

次に、第５実施形態の作用について図１２を参照して説明する。永久磁石型電動機１については、前述した様に、各相巻線７Ｕ，７Ｖ，７Ｗに通電していない状態でも、電動機１の形状に応じて永久磁石４，５に対して反磁界が作用している。そこで、強め界磁判定器６２は、Ｄ軸電流目標値が上限値を超えた場合には、Ｄ軸電流制限器２０が前記上限値により制限を行うことに替えて、推定された磁石温度に応じた正のＤ軸電流を付与して（強め界磁制御）永久磁石４，５に作用する反磁界を打ち消すようにする。

図１２に示すように、磁石温度が低くなるほど永久磁石４，５に作用する反磁界は大きくなるので、それに応じて出力する正のＤ軸電流を増加させる。すなわち、
Ｉｄ_ｃｏｉｌ ^−４０＞Ｉｄ_ｃｏｉｌ ^１００＞Ｉｄ_ｃｏｉｌ ^１４０
となる。例えばその時点の磁石温度が１００℃であり、Ｄ軸電流目標値が上限値を超えていれば、Ｉｄ_ｃｏｉｌ ^１００を新たなＤ軸電流目標値として出力する。尚、Ｉｄ_ｃｏｉｌ ^１００等については、巻線７における損失を考慮して、電動機形状に応じて永久磁石４，５に作用する反磁界量より小さい値を設定しても良い。また、極性が異なる新たなＤ軸電流目標値を付与することで永久磁石型電動機１の出力トルクが不足する分を、第４実施形態のように、Ｑ軸電流目標値を増加させることで補っても良い。

以上のように第５実施形態によれば、強め界磁判定器６２は、Ｄ軸電流目標値が、予め設定されるその時点の磁石温度に応じた上限値を超えると、Ｄ軸電流目標値に替えて、永久磁石型電動機１の構造に基づいて永久磁石４，５に作用する反磁界を減少させる磁界を発生させるように、極性が異なる新たなＤ軸電流目標値を設定する。したがって、永久磁石４，５を不可逆減磁領域からより遠い動作点において使用することができ、磁石温度が上昇した場合でも、不可逆減磁をより確実に防止できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
磁石温度を推定する方式は、第１実施形態に示す手法に限ることはない。
温度センサ９は、油、水などの冷却媒体の温度センサや、永久磁石型電動機の固定子の鉄心や巻線の温度センサを用いて、温度推定しても良い。

トルク指令は、インバータ装置の内部で生成しても良い。
第３ないし第５実施形態についても、第２実施形態のように温度センサ９により検出した磁石温度を用いても良い。
ＳＰＭＳＭ（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）型の永久磁石型電動機であっても、リラクタンストルクを利用可能な構成や、弱め界磁制御など、Ｄ軸電流を印加する構成であれば適用できる。

図面中、１は永久磁石型電動機、２は回転子、４，５は永久磁石、７は巻線、１１はインバータ装置、１５はインバータ制御部（インバータ制御装置）、１８は電動機電流設定部（電流目標値設定部）、１９は電動機電流制御器（電圧指令設定部）、２０はＤ軸電流制限器（目標値設定部）、２１はＤ軸電流上限設定器（Ｄ軸電流上限値設定部）、２２は磁石温度推定器（温度推定部）、２４はベクトル制御部、３１はインバータ制御部（インバータ制御装置）、３４はベクトル制御部、４１はインバータ制御部（インバータ制御装置）、４２は回転数制限器（回転数制限部）、４４はベクトル制御部、５１はインバータ制御部（インバータ制御装置）、５２はトルク補正器（トルク補償部）、５４はベクトル制御部、６１はインバータ制御部（インバータ制御装置）、６２は強め界磁判定器（減磁防止部）、６３はベクトル制御部を示す。

Claims (7)

1. 回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とするベクトル制御部と、
   入力される前記回転子周辺の温度と、予め記憶されている前記永久磁石の熱流量並びに前記回転子及び前記回転子の周辺に存在する熱伝達媒体の熱伝達抵抗とに基づいて、前記永久磁石の温度を推定する温度推定部とを備え、
   前記ベクトル制御部は、
   入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
   入力される前記固定子巻線への通電電流と、前記Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから、外部に出力する電圧指令を設定する電圧指令設定部と、
   前記永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、前記推定された前記永久磁石の温度に従い設定するＤ軸電流上限値設定部と、
   前記Ｄ軸電流目標値を、前記上限値により制限する目標値制限部とを備えることを特徴とするインバータ制御装置。
2. 回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とするベクトル制御部を備え、
   前記ベクトル制御部は、
   入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
   入力される前記固定子巻線への通電電流と、前記Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから、外部に出力する電圧指令を設定する電圧指令設定部と、
   前記永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、入力される前記永久磁石の温度に従い設定するＤ軸電流上限値設定部と、
   前記Ｄ軸電流目標値を、前記上限値により制限する目標値制限部とを備えることを特徴とするインバータ制御装置。
3. 前記永久磁石の温度に応じて、前記永久磁石型電動機について許容される上限回転数を設定することで、前記永久磁石型電動機の回転数を制限する回転数制限部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ制御装置。
4. 前記目標値制限部により前記Ｄ軸電流目標値が制限されたことに伴う出力トルクの減少分を、前記Ｑ軸電流目標値を増加させることで補償するトルク補償部を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のインバータ制御装置。
5. 回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とするベクトル制御部と、
   入力される前記回転子周辺の温度と、予め記憶されている前記永久磁石の熱流量並びに前記回転子及び前記回転子の周辺に存在する熱伝達媒体の熱伝達抵抗とに基づいて、前記永久磁石の温度を推定する温度推定部とを備え、
   前記ベクトル制御部は、
   入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
   入力される前記固定子巻線への通電電流と、前記Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから、外部に出力する電圧指令を設定する電圧指令設定部と、
   前記永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、前記推定された永久磁石の温度に従い設定するＤ軸電流上限値設定部と、
   前記Ｄ軸電流目標値が前記上限値を超えると、前記Ｄ軸電流目標値に替えて、前記永久磁石型電動機の構造に基づいて前記永久磁石に作用する反磁界を減少させる磁界を発生させるように、新たなＤ軸電流目標値を設定する減磁防止部とを備えることを特徴とするインバータ制御装置。
6. 回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機を制御対象とするベクトル制御部を備え、
   前記ベクトル制御部は、
   入力されるトルク目標値から、Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値を設定する電流目標値設定部と、
   入力される前記固定子巻線への通電電流と、前記Ｄ軸電流目標値及びＱ軸電流目標値とから、外部に出力する電圧指令を設定する電圧指令設定部と、
   前記永久磁石型電動機の特性に応じて予め決定されるＤ軸電流の上限値を、入力される前記永久磁石の温度に従い設定するＤ軸電流上限値設定部と、
   前記Ｄ軸電流目標値が前記上限値を超えると、前記Ｄ軸電流目標値に替えて、前記永久磁石型電動機の構造に基づいて前記永久磁石に作用する反磁界を減少させる磁界を発生させるように、新たなＤ軸電流目標値を設定する減磁防止部とを備えることを特徴とするインバータ制御装置。
7. 回転子に永久磁石を有してなる永久磁石型電動機の固定子巻線に電流を通電するインバータ回路と、
   前記インバータ回路を介して、前記永久磁石型電動機をベクトル制御する請求項１から６の何れか一項に記載のインバータ制御装置とで構成されることを特徴とするインバータ装置。

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