JP5420006B2 - 同期機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、同期機を駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に関するものである。

周知のように、界磁として永久磁石を有する同期機をインバータ等の電力変換手段を有する同期機制御装置にて制御する際、同期機の電機子への通電等に起因する温度上昇に伴い、界磁の永久磁石の磁化の強さ、即ち磁束が減少する「減磁」と呼ばれる現象が発生し、更に許容温度を超えると温度が常温に下がっても磁束が減磁発生前の状態に戻らない「不可逆減磁」と呼ばれる現象が発生する。

このため、界磁として永久磁石を有する同期機を制御する際、少なくとも永久磁石の温度を不可逆減磁が発生する許容温度以下に抑制するように制御する必要がある。しかし、同期機の構造上のスペースの問題や周囲をケースで防護している等の理由により、温度検出器を永久磁石に直接取り付けることは困難であり、さらに、界磁として永久磁石を有する同期機の多くは回転子側の内部に永久磁石を有することが多く、温度検出器を取りつけることへの更なる大きな障害要因となっている。そのため、何らかの方法で永久磁石の温度、或いは永久磁石の温度と相関のある磁束を間接的に測定、或いは推定する技術が求められている。

このような課題の解決を図った同期機制御装置の一例として、インバータと電機子巻線との間において授受される電流を検出する電流センサ、電機子巻線の温度を検出して電機子巻線の抵抗値を補正するための温度センサ、界磁の磁極位置を検出するための磁極位置センサの各センサから得られた電流、温度、回転速度の各情報に基づいて、同期機（回転電機）のモデルと比例積分器で構成された磁束オブザーバにより界磁の永久磁石から電機子巻線に鎖交する磁束の値を取得するようにした従来の装置がある（例えば、特許文献１参照）。

同様な制御装置の他の例として、電機子巻線（ステータ巻線）への通電時に、先ず、基準界磁電流マップに格納されている複数の電源電圧毎のマップデータの中から、電圧検出器から出力されるバッテリの端子電圧に対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに含まれる複数の所定基準磁石温度毎のマップデータの中から、トルクセンサにより検出されるトルクおよび角度演算部から出力される回転数、及びｑ軸電流（後述する本願発明においては界磁電流を意味する）に対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに対応する所定基準磁石温度を磁石温度の推定値として設定する磁石温度推定部を有する従来の装置がある（例えば、特許文献２参照）。

また、同様な制御装置の他の例として、同期機の回転速度、基本波電流又はその指令値、及び基本波周波数の整数倍の周波数を有する高調波電圧指令値に基づいて同期機の永久磁石による電機子鎖交磁束を演算し、電機子鎖交磁束に対する永久磁石温度のテーブルを参照して電機子鎖交磁束演算値に対する永久磁石の温度を推定するようにした従来の装置がある（例えば、特許文献３参照）。

さらに、同様な制御装置の他の一例として、永久磁石（型）同期電動機の入力電圧を検出する電圧検出器及び、電圧検出器の出力からｑ軸電圧を抽出して出力する電圧成分変換器、回転速度を検出する速度検出器を有し、設定記憶手段に永久磁石型同期電動機の一次抵抗を設定記憶し、ｄ軸電流、ｑ軸電流、ｑ軸電圧、回転速度、設定記憶手段の一次抵抗
と磁束とから永久磁石型同期電動機の温度変化を推定する温度推定器を有する従来の装置がある（例えば、特許文献４参照）。

また、同期機に対する電圧指令や電機子電流等に基づいて、同期機の回転子位置を演算により推定する技術の例は、特許文献５、及び特許文献６に開示されている。

特開２０１０−１１０１４１号公報 特許第４６５２１７６号公報 特開２００３−２３５２８６号公報 特許第４５４８８８６号公報 特許第４６７２２３６号公報 国際公開ＷＯ２０１０／１０９５２８号公報

特許文献１に示された従来の装置においては、磁束オブザーバにより界磁としての永久磁石から電機子巻線に鎖交する磁束の値を取得する際に、電機子巻線の温度を検出する温度センサに基づいて補正された電機子巻線の抵抗値を用いるため、電機子巻線の温度を検出するための温度センサを必要とし、制御装置の構成部品が必ず増えるといった課題がある。

特許文献２に示された従来の装置においては、トルク、回転数および電源電圧を含む多くのパラメータを磁石温度を変更しながら計測して磁石温度推定用の多くのマップデータを作成するため、これらのマップデータの作成に大きな労力を必要とする課題がある。

特許文献３に示された従来の装置においては、本来同期機の駆動に必要としない基本波成分の基本波周波数の整数倍の周波数を有する高調波電流を制御するため、この高調波電流が同期機の制御性能に影響を及ぼす可能性があるといった課題がある。

特許文献４に示された従来の装置においては、電圧成分もシビアに影響する方式であるため、電圧検出器を必要とし、制御装置の構成部品が増えるといった課題がある。また、この特許文献４には同期電動機の入力電圧を推定する旨の記載があるが、推定方法の詳細は開示されていない。

この発明は、従来の同機器制御装置における前述のような課題を解決するためになされたものであり、界磁としての永久磁石を有する同期機を駆動しながら、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度または磁束の値を高い精度で推定することが可能な同期機制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る同期機制御装置は、
界磁を構成する永久磁石を有する同期機に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段と、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
制御指令に基づいて前記電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、
前記同期機の回転子位置を推定若しくは検出する位置検出手段と、
少なくとも前記電機子電流と前記電圧指令のうちの何れか一方に基づいて前記同期機の総電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸を推定する磁束推定器と、
前記回転子位置と前記推定した前記γ軸とに基づいて、前記電機子電流をγ軸とその直交方向であるδ軸からなるγ-δ軸上の電流へ座標変換し、前記制御指令と前記γ−δ軸上の電流とに基づいて、前記永久磁石の温度または磁束を推定する磁石状態推定手段と、
を備え、
前記磁石状態推定手段は、前記制御指令に対して、前記γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度または磁束との相関を示したマップ若しくは数式を有する磁石状態参照手段を備えている、ことを特徴とするものである。

この発明による同期機制御装置によれば、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、電圧変換手段の電圧出力精度の影響を受けにくい精度の良い永久磁石の温度または磁束を少ないマップデータで推定しながら同期機を駆動することができる。

この発明の実施の形態１による同期機制御装置を、同期機を含めて示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１による同期機制御装置の変形例を、同期機を含めて示すシステム構成図である。 界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図である。 この発明の実施の形態１による同期機制御装置における磁石状態推定手段の構成の一例を示す構成図である。 所定のｄ-ｑ軸電流指令条件におけるγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度との関係を説明する特性図である。

界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図において、ｄ-ｑ軸電流指令が一定の条件下で基準状態と基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る同期機制御装置を、同期機を含めて示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態２による同期機制御装置における電圧指令演算手段の構成の一例を示すシステム図である。 この発明の実施の形態２による同期機制御装置における磁石状態推定手段の構成の一例を示す構成図である。 所定の総電機子鎖交磁束指令Φ*、δ軸電流指令Ｉδ*条件におけるγ軸電流Ｉγと永久磁石温度との関係を説明する特性図である。

界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図において、総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とが一定の条件下で基準状態と基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による同期機制御装置を、同期機含めて示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態３による同期機制御装置の変形例を、同期機含めて示すシステム構成図である。 図１３に示す制御指令生成器の構成の一例を示す構成図である。 図１４に示す磁束指令生成器におけるδ軸電流指令Ｉδ*と磁束指令Φ*との関係を説明する概念図である。

図１３に示す制御指令生成器の他の構成例を示す構成図である。 図１６に示す磁束指令生成器におけるトルク指令τ０*と磁束指令Φ*との関係を説明する概念図である。 この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石温度推定器の構成の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石温度推定器の別の例を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石状態参照手段においてγ-δ軸上の電流と永久磁石温度（磁束）との相関を示したマップあるいは数式を設ける制御指令の条件を表した一例を示す説明図である。

この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う速度範囲を示す説明図である。 この発明の実施の形態５による同期機制御装置における、界磁に永久磁石を有する同期機の無通電時のベクトル図である。 この発明の実施の形態６による同期機制御装置における、δ軸上の電流を零に制御した時のベクトル図である。 この発明の実施の形態６による同期機制御装置における、δ軸電流指令Ｉδ*またはトルク指令τ*と永久磁石の温度または磁束を推定する動作タイミングとのタイムチャートの一例を表す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による同期機制御装置の構成、および各構成要素の機能について説明する。図１は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置を同期機を含めて示すシステム構成図である。なお、この発明における同期機１は、界磁として永久磁石を有している。

まず、この発明の実施の形態１による同期機制御装置における同期機を駆動するために必要な構成について、電力変換手段の出力側から順に、電力変換手段の入力側となる電圧指令の生成までの流れを説明する。図１に於いて、界磁としての永久磁石を有する同期機１は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置により制御される。この同期機制御装置は、入力側が電源１２に接続され出力側が同期機１の電機子巻線に接続された電力変換手段２と、同期機１の電機子電流を検出する電流検出手段３と、電圧指令演算手段４と、位置検出手段５と、磁束推定器６と、磁石状態推定手段７と、第１の座標変換器１１ａと、第２の座標変換器１１ｂとを備える。

電源１２は、直流電圧を出力する電源あるいは電池により構成される。単相あるいは三相の交流電源から周知のコンバータによって直流電圧を得るようにした装置は、電源１２の概念に含まれる。電力変換手段２は、周知のＰＷＭ（Pulse Width Modulation:パルス
幅変調）制御されるインバータを含み、入力側に接続された電源１２からの直流電力を多相交流電力に変換し、その多相交流電力を同期機１の電機子巻線に供給する。更に詳しく述べれば、電力変換手段２は、後述する電圧指令演算手段４により得られる電圧指令、厳密には電圧指令演算手段４から出力される電圧指令を座標変換した多相交流電圧指令、に基づく多相交流電圧を発生し、その多相交流電圧を同期機１の電機子巻線に印加して同期機１を駆動する。その結果、同期機１の電機子巻線に出力電流が発生する。この電機子巻線に発生する出力電流を以下、電機子電流と表記する。

同期機１の出力電流である電機子電流は、電流センサ等により構成された電流検出手段３によって検出される。電流検出手段３は、同期機１が三相同期回転電機である場合、同期機１の三相の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの、全相の電機子電流を検出する構成、あるいは、１つの相（例えばｗ相）の電機子電流ｉｗについては、検出した他の２つの相の電機子電流ｉｕ、ｉｖを用いて［ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ］の関係から求めるようにして、２つ
の相の電機子電流を検出するようにした構成であっても良い。なお、電流検出手段３は、同期機１の各相の電機子電流を直接検出する電流センサ等による構成以外に、電源１２と電力変換手段２との間を流れるＤＣリンク電流から電機子電流を検出する周知の技術を用いたものであっても良い。

位置検出手段５は、周知のレゾルバやエンコーダ等により構成され、同期機１の回転子位置θを検出する。ここで、同期機１の回転子位置θとは、ｕ相電機子巻線を基準にした軸に対する、界磁を構成する永久磁石のＮ極方向の角度を意味するものであり、一般的に、同期機１の回転速度（電気角周波数ωとする）で回転する回転二軸座標（以下、ｄ-ｑ軸と表記する）のｄ軸は、前述の永久磁石のＮ極方向に定め、ｑ軸は、そのｄ軸に対して９０°進んだ直交方向に定める。下の説明もこれに従う。

図２は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置の変形例を同期機を含めて示すシステム構成図である。前述の図１における位置検出手段５は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機１の回転子位置θを検出するようにした例であるが、図２に示す同期機制御装置は、周知の適応オブザーバ等を適用して電圧指令や電機子電流等に基づいて回転子位置θを演算により推定するようにした位置検出手段５ａを備えている。この位置検出手段５ａの構成は、例えば特許文献５、若しくは特許文献６に示されている構成で実現可能であることから、ここでは説明は省略する。なお、図１と図２の差異は、位置検出手段５（５ａ）に係る箇所のみであり、その他の構成は同一である。

座標変換器１１ａは、同期機１の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転子位置θに基づいて下記の式（１）による演算により、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑへ変換する。

電圧指令演算手段４は、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑを所望の制御指令（ここでは電流
指令Ｉｄ*、Ｉｑ*）に一致させるようにｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*を出力する。
電流フィードバック制御を行う場合は、ｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*とｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑとの偏差に基づいて、下記の式（２）による比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、ｄ-ｑ軸上の電圧指令（電流フィードバック制御指令）Ｖｄ*、Ｖｑ*を生成する。

ここで、Ｋｐｄは電流制御ｄ軸比例ゲイン、Ｋｉｄは電流制御ｄ軸積分ゲイン、Ｋｐｑは電流制御ｑ軸比例ゲイン、Ｋｉｑは電流制御ｑ軸積分ゲイン、ｓはラプラス演算子である。なお、ラプラス演算子ｓの逆数１／ｓは１回の時間積分を意味する。

ただし、高速駆動時のような同期機１の回転速度（電気角周波数）ωに対して電力変換
手段２、例えば周知のＰＷＭ制御インバータ、のキャリア周波数の比が小さい場合等、同期機１の各相に印加される交流電圧の１周期に対する電力変換手段２のスイッチング素子のスイッチング回数が少なくなると、同期機１の電流を所望の電流指令に追従させるために必要な電圧指令の更新が行えず、電流フィードバック制御を行うことが困難となる。このような場合には、電圧フィードフォワード制御を行えば良い。電圧フィードフォワード制御を行うためには、図１若しくは図２には電圧指令演算手段４の入力として記載されていない回転速度ωを、電圧指令演算手段４へ入力する必要がある。回転速度ωは、位置検出手段５若しくは５ａで検出した回転子位置θを用いて微分演算を行うことで得られる。

電圧フィードフォワード制御を行う場合は、ｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*、回転
速度ω、永久磁石磁束Φｍに基づいて、下記の式（３）によりｄ-ｑ軸上の電圧指令（電
圧フィードフォワード制御指令）Ｖｄ*、Ｖｑ*を生成する。

ここで、Ｌｄはｄ軸方向のインダクタンス（以下、ｄ軸インダクタンスと表記する）
、Ｌｑはｑ軸方向のインダクタンス（以下、ｑ軸インダクタンスと表記する）、Ｒは抵抗（同期機１の電機子巻線の抵抗が主であり、同期機１と電力変換手段２との間の配線抵抗の影響が無視できないくらいに大きい場合は、この配線抵抗も考慮した抵抗値とする）である。

なお、式（３）の永久磁石磁束Φｍにおいては、駆動開始時は基準値等の所定の値としておき、この発明の実施の形態１による同期機制御装置を実施することで得られる永久磁石磁束推定値Φｍａｇを新たなΦｍとして再帰的に逐次更新しても良い。

式（３）では、その演算に用いているｄ-ｑ軸電流は全て指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*であるが
、これに代えて、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑ、あるいは、Ｉｄ*とＩｄとの平均値と、Ｉｄ*とＩｄとの平均値とを用いても良い。

また、通常時は電流フィードバック制御のみ、あるいは電流フィードバック制御と電圧フィードフォワード制御との併用とし、電流フィードバック制御が困難な運転条件では、電流フィードバック制御を無効とし、電圧フィードフォワード制御のみを行うような構成としても良い。

電圧指令演算手段４から出力されるｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*は、座標変換器
１１ｂにおいて下記の式（４）による演算により、回転子位置θに基づいて電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*に変換された上で、電力変換手段２に出力される。

ただし、（４）式において電流検出手段３で検出された電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換手段２から出力される電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（無駄時間）を考慮し、回転子位置θに対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量Δθｄ１の分だけ補正した位相で座標変換しても良い。

電力変換手段２は、前述の通り、電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*に基づいて周知のＰＷ
Ｍ制御方式等により同期機１に電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを印加する。

以上が、この発明の実施の形態１による同期機制御装置において、同期機１を駆動するために必要な構成である。次に、この発明の実施の形態１による同期機制御装置の特徴である、同期機１が界磁として有している永久磁石の温度または磁束量を推定するために必要な構成である磁束推定器６と磁石状態推定手段７について説明する。

磁束推定器６は、少なくともｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*に基づいて総電機子鎖
交磁束Φの発生方向であるγ軸を推定、具体的には、ｄ軸に対して、推定した総電機子鎖交磁束（ベクトル）Φの方向のなす角度∠Φ０を推定する。総電機子鎖交磁束Φとは、前述の永久磁石が生成する磁束（以下、永久磁石磁束と称する）Φｍと前述の電機子電流が生成する磁束（電機子反作用磁束）Φａとの合成磁束のことであり、この発明の実施の形態１では、前述のγ軸に対して９０°進んだ直交方向をδ軸とする。

図３は、界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図であり、前述のγ-δ軸と、ｄ軸
に対して総電機子鎖交磁束Φの方向のなす角度∠Φ０との関係等を示している。前述の角度∠Φ０を演算する好適な一手法として、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑと総電機子鎖交磁
束Φのｄ軸成分Φｄ、同ｑ軸成分Φｑとの関係式である下記の式（５）により、Φｄ、Φｑを求め、求めたΦｄ、Φｑから下記の式（６）に基づいて∠Φ０を演算する。

なお、式（５）の演算に用いるｄ-ｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑは、磁気飽和のため
に電機子電流により値が変化することが知られており、例えばｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉ
ｑとｄ-ｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係を数式あるいはテーブルの形で記憶して
おき、電流に応じて変化させることにより、インダクタンス変動による磁束推定の誤差を低減できるような構成としても良い。

また、永久磁石磁束Φｍにおいては、温度によって逐次変化していくことから、駆動開始時は基準値等の所定の値としておき、この発明の実施の形態１による同期機制御装置を実施することで得られる永久磁石磁束推定値Φｍａｇを新たなΦｍとして再帰的に逐次更新する。

また、前述の角度∠Φ０を演算する別の好適な一手法として、ｄ-ｑ軸上の電圧Ｖｄ、
Ｖｑと、総電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄ、同ｑ軸成分Φｑとの関係式である下記の式（７）式により、Φｄ、Φｑを求め、求めたΦｄ、Φｑから前述の式（６）に基づいて角度∠Φ０を演算する。

ただし、この発明の実施の形態１における図１、図２の構成では、ｄ-ｑ軸上の電圧Ｖ
ｄ、Ｖｑの実際の値が不明であるため、ｄ-ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑに代えてｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*を用いる。その際、同期機１の駆動開始前においてｄ-ｑ軸上の電
圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*が０であり、［Φｄ＝Φｑ＝０］となることから、同期機１の駆動開始における総電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄの初期値として、基準値等の所定の永久磁石磁束Φｍを与える。

また、図１若しくは図２には磁束推定器６の入力として記載されていない回転速度ωを、磁束推定器６へ入力する必要があることから、前述の同様に位置検出手段５若しくは５ａで検出した回転子位置θを用いて微分演算を行うことで回転速度ωを得る。前述の式（７）において、電流の変化が緩やかであると仮定してラプラス演算子ｓを含む項は無視しても良い。

抵抗Ｒの扱いにおいても、同期機１の温度によって抵抗値が変化することから、同期機１の温度を検出して抵抗Ｒの値を補正しても良く、さらに、抵抗Ｒに係る項がその他の項に比較して小さい場合には、これを含む項を無視し、前述の角度∠Φ０演算において同期機１の電機子電流に関する情報を用いずに演算の簡素化を図るようにしても良い。

図４は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置における磁石状態推定手段の構成の一例を示すシステム構成図である。この発明の実施の形態１による同期機制御装置の特徴に一つである磁石状態推定手段７は、図４に示すように、座標変換器１１ｃと磁石温度推定器７１とで構成し、ある所定の制御指令（ここでは、所定のｄ−ｑ軸電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊）を与えた時にγ−δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδに基づいて永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。

座標変換器１１ｃは、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑを磁束推定器６で求めた角度∠Φ０
に基づいて下記の式（８）によりγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδへ変換する。ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑに代えてｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*をγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδへ変換しても良い。

なお、式（８）による変換で得られるγ軸電流Ｉγが同期機１の総電機子鎖交磁束Φを操作する磁化電流に、δ軸電流Ｉδが同期機１のトルク発生に寄与するトルク電流にそれぞれ相当する。

磁石温度推定器７１は、所定のｄ-ｑ軸電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を与えた時の温度変化に
伴うγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇとの関係を示すマッ
プ若しくは数式を記憶しておき、ＩγまたはＩδが入力されるとそのマップ若しくは数式を参照して、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。これらのマップあるいは数式は、同期機１の特性（インダクタンス変化や磁石減磁特性）が予め解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取すれば良い。

図５は、所定のｄ-ｑ軸電流指令条件におけるγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度との関係を説明する特性図であり、所定のｄ-ｑ軸電流指令条件（例えば、Ｉｄ*：０［Ａ］、Ｉｑ*：６００［Ａ］）におけるγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδと永久磁石温度との関係の一例を示している。図５の（Ａ）は、横軸にγ軸電流Iγを、縦軸に永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇをとり、γ軸電流Iγに対する永久磁石温度Ｔｍａｇの特性を示している。図５の（Ｂ）は、横軸にδ軸電流Iδを、縦軸に永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇをとり、δ軸電流Iδに対する永久磁石温度Ｔｍａｇの特性を示している。

図５の（Ａ）または（Ｂ）の特性図のうちの少なくても一方があれば、例えばｄ-ｑ軸
電流指令をＩｄ*：０［Ａ］、Ｉｑ*：６００［Ａ］に設定して同期機１を駆動することで永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することができる。

図４の構成では、磁石状態推定手段７の出力は永久磁石温度推定値Ｔｍａｇとなっているが、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇと永久磁石磁束推定値Φｍａｇとの間には相関があり、この相関関係を把握しておくことで、磁石状態推定手段７の出力を永久磁石磁束推定値Φｍａｇにすることも可能である。例えば、温度上昇１０℃に対して１［％］の割合で減磁が発生する永久磁石の場合、基準となる温度をＴ０、温度Ｔ０の時の（基準）永久磁石磁束をΦｍ０とした場合、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇと永久磁石磁束推定値Φｍａｇとの関係は下記の式（９）となる。

次に、所定のｄ-ｑ軸電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を与えた時にγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδに基づいて永久磁石温度Ｔｍａｇを推定する原理について説明する。図６は、界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図において、ｄ-ｑ軸電流指令が一定の条件下で基準状態と
基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す説明図であり、図６の（Ａ）
は、基準状態、すなわち、永久磁石に減磁が生じていない時のベクトル図、図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）を基準とし、制御指令、すなわち、この実施の形態１においては所定のｄ-ｑ軸電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*が一定（所望に制御されているとの前提でｄ-ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑも一定）の定常状態において、同期機１の温度上昇に伴う永久磁石の減磁（ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の低下）が発生した時のベクトル図である。

図５に示すように、減磁により総電機子鎖交磁束Φの向き、すなわちγ軸の向きが変化するため、ｄ-ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑが一定に保たれていたとしても、ｄ-ｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑをγ-δ軸上に座標変換すると、減磁前後でγ-δ軸電流Ｉγ、Ｉδに変化が生じ、このγ-δ軸電流Ｉγ、Ｉδの変化を捉えることで、永久磁石磁束Φｍａｇの変化、すなわち
永久磁石温度Ｔｍａｇの変化も捉えられる。

以上述べたこの発明の実施の形態１による同期機制御装置によれば、永久磁石に直接温度検出器を取り付ける必要は無く、かつ、電圧情報ではなくγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδ
に基づいて同期機１の永久磁石温度（または磁束）を推定することから、電圧変換手段２の電圧出力精度（例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差）の影響を受けにくく、精度良く永久磁石の温度または磁束を推定できる効果がある。

また、少なくともマップデータが１種類あれば、これらの推定ができ、少ないマップデータで永久磁石温度または磁束を推定できる効果がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による同期機制御装置について説明する。図７は、この発明の実施の形態２に係る同期機制御装置を同期機を含めて示すシステム構成図である。前述の実施の形態１では、制御指令としてｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を与える形
態としたが、実施の形態２では、制御指令として総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指
令Iδ*とを与える形態とした。また、特に図示していないが、実施の形態２においても図２に示したような推定演算により回転子位置θを得る位置検出手段５ａを備える構成でも良い。

以下、実施の形態１と異なる部分を中心に説明し、同一部分については、適宜説明を省略する。まず、実施の形態２において同期機１を駆動するために必要な構成について、電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転子位置θに基づいて前述の式（１）の演算によりｄ-ｑ
軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑへ変換する処理以降、電力変換手段２の入力側となる電圧指令の生成までの流れを説明する。

図７において、磁束推定器６ａは、実施の形態１で示したｄ軸に対する推定した総電機子鎖交磁束Φの方向のなす角度∠Φ０を推定する動作に加え、総電機子鎖交磁束Φの大きさ｜Φ｜とｕ相電機子巻線を基準にとった軸に対する推定した総電機子鎖交磁束Φの方向のなす角度∠Φ（以下、総電機子鎖交磁束Φの位相と表記）とを求める。具体的には、実施の形態１に示した方法で、総電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄ、同ｑ軸成分Φｑを推定し、下記の式（１０）、および式（１１）に基づいて、総電機子鎖交磁束Φの大きさ｜Φ｜と位相∠Φとを求める。

図８は、この発明の実施の形態２による同期機制御装置における電圧指令演算手段の構成の一例を示すシステム図である。図８に示すように、電圧指令演算手段４ａは、γ軸電流指令生成器４１と、γ-δ軸電圧指令生成器４２とで構成し、総電機子鎖交磁束Φとδ
軸電流Ｉδとを所望の制御指令、ここでは総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*、に一致させるようにγ-δ軸上の電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*を出力する。

γ軸電流指令生成器４１は、総電機子鎖交磁束誤差ΔΦが零となるよう調整するように磁束誤差ΔΦに基づいてγ軸電流指令Ｉγ*を生成する。磁束誤差ΔΦは、前述の式（１
０）により求めた総電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜を総電機子鎖交磁束指令Φ*から減じ
て算出される値であり、この演算式は下記の式（１２）となる。

γ軸電流Ｉγは、同期機１の磁化成分である磁化電流であることから、γ軸電流により総電機子鎖交磁束を操作することができる。具体的には、磁化電流の増減量と総電機子鎖交磁束の増減量は、γ軸方向インダクタンスＬγを比例係数として比例関係となり、磁束誤差ΔΦが零になるよう調整するための制御器としては例えば積分器が好適である。

このことから、下記の式（１３）に示されるような積分制御演算を用いて、γ軸電流指令Ｉγ*を生成する。

ここで、Ｋｆは積分ゲインである。

γ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδを電流指令Ｉγ*、Ｉδ*に一致させるようにγ-δ軸上の電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*を出力する。γ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδは、実施の形態１と同様に
後述の磁石状態推定手段７ａにおいて求める。電流フィードバック制御を行う場合は、γ-δ軸上の電流指令Ｉγ*、Ｉδ*とγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδとの偏差に基づいて下記の式（１４）の比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、γ-δ軸上の電圧指令（電流フィードバ
ック制御指令）Ｖγ*、Ｖδ*を生成する。

ここで、Ｋｐγは電流制御γ軸比例ゲイン、Ｋｉγは電流制御γ軸積分ゲイン、Ｋｐδは電流制御δ軸比例ゲイン、Ｋｉδは電流制御δ軸積分ゲインである。

実施の形態１の場合と同様に、電流フィードバック制御を行うことが困難となる場合には、電圧フィードフォワード制御を行えば良い。ただし、電圧フィードフォワード制御を行うためには、図７には電圧指令演算手段４ａの入力として記載されていない回転速度ωと電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜とを、電圧指令演算手段４ａへ入力する必要があり、前述と同様に別途、回転子位置θに基づいて微分演算を行うことによって回転速度ωを求めておく。

電圧フィードフォワード制御を行う場合は、γ-δ軸上の電流指令Ｉγ*、Ｉδ*、回転
速度ω、電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜とに基づいて、下記の式（１５）によりγ-δ軸
上の電圧指令（電圧フィードフォワード制御指令）Ｖγ*、Ｖδ*を生成する。

式（１５）では、その演算に用いているγ-δ軸電流は、全て指令値Ｉγ*、Ｉδ*であ
るが、これ等に代えて、γ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδ、あるいは、Ｉγ*とＩγとの平均値、Ｉδ*とＩδとの平均値等を用いても良い。また、通常時は電流フィードバック制御のみ、あるいは電流フィードバック制御と電圧フィードフォワード制御との併用とし、電流フィードバック制御が困難な運転条件では、電流フィードバック制御を無効とし、電圧フィードフォワード制御のみを行うような構成としても良い。

電圧指令演算手段４ａから出力されるγ-δ軸上の電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*は、座標変換
器１１ｄにおいて下記の式（１６）の演算により、磁束推定器６ａで推定した総電機子鎖交磁束Φの位相∠Φに基づいて電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*に変換された上で、電力変
換手段２に出力される。

ただし、式（１６）において、電流検出手段３で検出された電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換手段２から出力される電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（無駄時間）を考慮し、回転子位置θに対し、前述の制御演算遅れ時間に基づく位相補正量Δθｄ２の分を補正した位相で座標変換しても良い。

電力変換手段２は、実施の形態１の場合と同様に、電圧指令ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*に基
づいて周知のＰＷＭ制御方式等により同期機１に電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを印加する。

次に、永久磁石の温度または磁石量を推定するために必要な構成である磁石状態推定手段７ａについて説明する。図９は、この発明の実施の形態２による同期機制御装置における磁石状態推定手段の構成の一例を示す構成図である。図９において、磁石状態推定手段７ａは、座標変換器１１ｃと磁石温度推定器７１ａとで構成され、ある所定の制御指令、ここでは総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*、を与えた時にγ軸電流Ｉγに基づいて永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。

座標変換器１１ｃは、ｄ-ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑを磁束推定器６ａで求めた前述の角
度∠Φ０に基づいて前述の式（８）によりγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδへ変換する。なお
、座標変換器１１ｃで生成されたγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδの値は、前述の電圧指令演
算手段４ａでも使用される。

磁石温度推定器７１ａは、所定の総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを与えた時の温度変化に伴うγ軸電流Ｉγと永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇとの関係を示すマップあるいは数式を記憶しておき、γ軸電流Ｉγが入力されると前述のマップまたは数式を参照して、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。これらのマップあるいは数式は、実施の形態１の場合と同様に、同期機１の特性、つまりインダクタンス変化や磁石減磁特性等、が予め解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取すれば良い。また、磁石温度推定器７１ａへ入力するγ軸電流Ｉγに代えてγ軸電流指令生成器４１から出力される電流指令Ｉγ*を用いても良い。

図１０は、所定の総電機子鎖交磁束指令Φ*、δ軸電流指令Ｉδ*条件におけるγ軸電流Ｉγと永久磁石温度Ｔｍａｇとの関係を説明する特性図であり、一例として、総電機子鎖交磁束指令Φ*を０.０８［Ｗｂ］、δ軸電流指令Ｉδを４５０［Ａ］とした場合におけるγ軸電流Ｉγと永久磁石温度Ｔｍａｇとの関係を示している。図１０は、横軸にγ軸電流Ｉγ、縦軸に永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇをとり、γ軸電流Ｉγに対する永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇの特性を示している。

図１０に示すように、一例として、総電機子鎖交磁束指令Φ*を０.０８［Ｗｂ］、δ軸電流指令Ｉδ*を４５０［Ａ］に設定して同期機１を駆動することで、γ軸電流Ｉγから
永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することができる。前述の図９の構成では、磁石状態推定手段７ａの出力は永久磁石温度推定値Ｔｍａｇとなっているが、前述の通り永久磁石温度推定値Ｔｍａｇと永久磁石磁束推定値Φｍａｇとは相関があり、この相関関係を把握しておくことで、出力を永久磁石磁束推定値Φｍａｇにすることも勿論可能である。

ここで、所定の制御指令として総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを与えたときに、γ軸電流Ｉγに基づいて永久磁石温度Ｔｍａｇを推定することの原理について同期機のベクトル図を用いて説明する。図１１は、界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図において、総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とが一定の条件下で基準状態と基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す説明図である。図１１において、（Ａ）は基準状態、すなわち、永久磁石に減磁が生じていない時のベクトル図、（Ｂ）は、所定の制御指令である総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Iδ*とが一定、つまり、所望に制御されているとの前提で総電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜とδ軸電流Iδとが一定、の定常状態において、同期機１の温度上昇に伴う永久磁石の減磁、すなわちΔΦｍａｇの分だけ磁石磁束の低下が発生したときのベクトル図である。

前述の永久磁石の減磁により総電機子鎖交磁束Φの向き、すなわちγ軸の向きが変化するため，総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*が一定に保たれていたとしても、減磁前後でγ軸電流Ｉγに変化が生じ、このγ軸電流Ｉγの変化を捉えることで、永久磁石磁束Φｍａｇの変化、すなわち永久磁石温度Ｔｍａｇの変化も捉えられる。

以上述べたこの発明の実施の形態２による同期機制御装置によれば、前述の実施の形態１の場合と同様に、永久磁石に直接温度検出器を取り付ける必要は無く、かつ、電圧情報ではなくγ軸電流Ｉγに基づいて同期機１の永久磁石温度（または磁束）を推定することから、電圧変換手段２の電圧出力精度、例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差の影響を受けにくく、精度良く永久磁石の温度または磁束を推定できる効果がある。また、少なくともマップデータが１種類あればこれらの推定ができ、少ないマップデータで永久磁石温度または磁束を推定できる効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による同期機制御装置について説明する。図１２は、この発明の実施の形態３による同期機制御装置を、同期機含めて示すシステム構成図、図１３は、この発明の実施の形態３による同期機制御装置の変形例を、同期機含めて示すシステム構成図である。この発明の実施の形態３による同期機制御装置は、図１２または図１３に示すように、トルク指令に基づいて前記制御指令を生成するための上位の指令生成系である制御指令演算手段８（または８ａ）を追加し、トルク指令をγ軸電流Ｉγに応じて制限し、制限後のトルク指令に応じて前記制御指令を出力するようにしたものである。

図１２において、制御指令演算手段８は、前述の実施の形態１で説明した制御指令としてのｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を発生する一方、図１３において、制御指令演算
手段８ａは、前述の実施の形態２で説明した制御指令としての総電機子鎖交磁束指令Φ*
とδ軸電流指令Ｉδ*とを発生する。図１２、図１３に示すように、制御指令演算手段８
２、８ａは、トルク指令制限器８１と制御指令生成器８２、８２ａとで構成される。トルク指令制限器８１の構成は、図１２、図１３とも同じである。以下、トルク指令制限器８１で制限される前のトルク指令をτ*、トルク指令制限器８１出力である（制限後の）トルク指令をτ０*として区別する。

前述の通り、γ軸電流Ｉγは同期機１の総電機子鎖交磁束を操作する磁化電流に相当し、同期機１の温度上昇に伴う永久磁石の減磁（ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の低下）が発生すると、制御指令が一定ならば、減磁の分の磁石磁束をγ軸電流Ｉγの増加によって補うように作用する。（制御指令としてｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を与える形態においては例外あり。）

従って、γ軸電流Ｉγが増加するに従い、同期機１の電機子電流（実効値）も増加するため、同期機１で発生する熱（電機子巻線の抵抗で発生する熱等）によって永久磁石を含む同期機１の全体の温度も上昇し、永久磁石の減磁がより進行する。さらに許容温度を超えると温度が常温に下がっても磁束が減磁発生前の状態に戻らない不可逆減磁に至る可能性がある。また、電力変換手段２の性能（例えば電力変換手段２の構成部品であるスイッチング素子の素子定格）によって制限される同期機１の電機子電流の上限値が存在し、γ軸電流Ｉγの増加によって該上限値を超過する可能性もある。

そこで、同期機１の温度が上昇した際、更なる温度上昇と同期機１の電機子電流の上限超過を抑制するために、トルク指令τ*を前記γ軸電流Ｉγに応じて制限することで、間
接的に制御指令（ｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*、あるいは、総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*）の大きさを小さくし、電機子電流（実効値）の増加を抑制するような構成とする。

トルク指令制限器８１は、トルク指令τ*をγ軸電流Ｉγに応じて制限し、（制限後の
）トルク指令τ０*を出力する。γ軸電流Ｉγとトルク指令τ*の制限値との相関は、駆動条件や同期機１の熱容量や冷却性能、さらには、電力変換手段２の性能に応じて設定される。例えば、所定の制御指令において、γ軸電流Ｉγがある値を超えると永久磁石温度が不可逆減磁に至る温度に漸近したと判断して、トルク指令を下げる、極端には「０」にする等の処理を施した上で、（制限後の）トルク指令τ０*を出力するといった形態にする。また、γ軸電流Iγが増加するに従いトルク指令τ*の制限値を段階的に逓減するような形態としても良い。

なお、総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを与える図１３の形態では、磁化電流指令生成器４１から出力されるγ軸電流指令Ｉγ*の値が存在することから、γ軸電流Ｉγの代わりにＩγ*を用いても良い。

図１２における制御指令生成器８２は、（制限後の）トルク指令をτ０*に基づいて、
制御指令であるｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を生成する。界磁として永久磁石を有する同期機１の場合、同一のトルクを発生させることの可能なｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとの組み合わせが無数に存在することが知られており、（制限後の）トルク指令τ０*に対し、所望の条件（例えば、効率最大、トルク最大等）に合致する適切なｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を出力する。

ｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*の選択方法としては、周知の電動機の効率を最大とする方法、電動機の力率を１とする方法、ある鎖交磁束に対して得られるトルクを最大とする方法、ある電動機電流に対して得られるトルクを最大とする方法等がある。この発明の実施の形態３による同期機制御装置においては、トルク指令τ０*に基づいてｄ‐ｑ軸
上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を選択する方法は問わないため、これらの電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*の選択方法の詳細については省略するが、最も簡便な方法では、例えば、電圧指令演算手段４から出力されるｄ‐ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*が、同期機１に対して電力変換手段２が印加可能な電圧を超えないように、負のｄ軸電流指令値Ｉｄ*を調整した上で、前述の式（１７）に基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ*を生成する方法がある。

なお、下記の式（１７）の永久磁石磁束Φｍにおいては、温度によって逐次変化していくことから、駆動開始時は基準値等の所定の値としておき、前記磁石温度（磁束）推定動作により得られる永久磁石磁束推定値ΦｍａｇをΦｍとして再帰的に逐次更新する。

ここで、Ｐｍは、同期機１の極対数である。

なお、前記以外の方法として、同期機１の種々のトルクに対応するｄ‐ｑ軸上の電流Ｉｄ、Ｉｑの最適値を事前に測定してマップ化しておき、運転中に（制限後の）トルク指令τ０*に応じてこのマップを随時参照して、τ０*に応じたｄ‐ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を得る方法でも良い。

実施の形態３による同期機制御装置の変形例である図１３において、制御指令生成器８２ａは、（制限後の）トルク指令をτ０*に基づいて、制御指令である総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを生成する。制御指令としてｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を生成する時同様に、界磁として永久磁石を有する同期機１の場合、同一のトルクを発生させることの可能な総電機子鎖交磁束Φとδ軸電流Ｉδとの組み合わせが無数に存在することが知られており、制御指令生成器８２ａは、（制限後の）トルク指令τ０*に対し、所望の条件（例えば、効率最大、トルク最大等）に合致する適切な制御指令である総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを出力する。

図１４は、図１３に示す制御指令生成器の構成の一例を示す図である。図１４に於いて、制御指令生成器８２ａは、δ軸電流指令生成器８３、磁束指令生成器８４とから構成され、更に好適化するには、電圧指令演算手段４ａで算出されるγ軸電流指令Ｉγ*（図１
４中の点線矢印で示す）を用いてδ軸電流指令Ｉδ*を制限するδ軸電流指令制限器８５
を付加している。

δ軸電流指令生成器８３は、（制限後の）トルク指令τ０*と後述の磁束指令生成器８
４から出力される総電機子鎖交磁束指令Φ*とに基づいて、下記の式（１８）によりδ軸
電流指令Ｉδ*を算出する。

図８に示す電圧指令演算手段４ａ内部の磁化電流指令生成器４１において、磁束誤差ΔΦが零になるよう調整されているとすると、前述の式（１８）の演算において総電機子鎖交磁束指令Φ*の代わりに下記の式（１０）により得られる総電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を用いても良い。

前述のδ軸電流指令制限器８５を付加する場合、δ軸電流指令Ｉδ*とγ軸電流指令Ｉ
γ*との合成電流が電力変換手段２の仕様等に基づいて決定される電流制限値Ｉｍａｘに
制限するように、電流制限値Ｉｍａｘとγ軸電流指令Ｉγ*に基づいてδ軸電流指令Ｉδ*を制限する。δ軸電流指令Ｉδ*の上限値Ｉδ*ｍａｘは、下記の式（２０）で得られ、Ｉδ*ｍａｘを逐次求めながら、δ軸電流指令Ｉδ*の絶対値|Ｉδ*|がＩδ*max以下となるようにδ軸電流指令Ｉδ*を制限する。

磁束指令生成器８４は、入力されたδ軸電流指令Ｉδ*に対して好適な総電機子鎖交磁
束指令Φ*、例えば、同期機１の電機子電流（実効値）一定の条件下において、最大のト
ルクを出力するような総電機子鎖交磁束指令Φ*を出力する。

このような条件で同期機１を駆動すると、同期機１の電機子巻線や同期機１と電力変換手段２との間の配線で発生する銅損が小さくなり、また、電力変換手段２で発生する導通損も小さくなることから、同期機１、電力変換手段２の変換効率が上がる。

図１５は、図１４に示す磁束指令生成器におけるδ軸電流指令Ｉδ*と磁束指令Φ*との関係を説明する概念図であり、前述の条件を満たすδ軸電流指令Ｉδ*と総電機子鎖交磁束指令Φ*との関係の一例を示し、この関係を磁束指令生成器８４に数式化あるいはテーブルデータの形で予め格納した上で、入力されたδ電流指令Ｉδ*に従い好適な総電機子鎖交磁束Φ*を出力させる。

また、他の好適な総電機子鎖交磁束指令Φ*としては、図１４には図示していないが、
δ軸電流指令Ｉδ*に加えて同期機１の回転速度ωをも参照し、δ軸電流指令Ｉδ*に対して速度依存性を有する同期機１の渦電流損やヒステリシス損を含む鉄損を小さくできる総電機子鎖交磁束指令Φ*がある。このような条件で同期機１を駆動すると、特に回転速度が高い時に顕著となる同期機１で発生する鉄損が小さくなり、主に高回転速度域における同期機１の変換効率が上がる。

なお、図１４に示す制御指令生成器８２ａにおいて、δ軸電流指令制限器８５を付加し、前述の式（２０）によりδ軸電流指令Ｉδ*を制限する場合、δ軸電流指令生成器８３から磁束指令生成器８４の間で計算が循環的となる。すなわち、（制限後の）トルク指令τ０*→（δ軸電流指令生成器８３、δ軸電流指令制限器８５）→δ軸電流指令Ｉδ*→（磁束指令生成器８４）→総電機子鎖交磁束指令Φ*→（δ軸電流指令生成器８３）→δ軸電流指令Iδ・・・、といったループができており、入力されたトルク指令τ０*に対するδ軸電流指令Ｉδ*および総電機子鎖交磁束指令Φ*を確定するには、δ軸電流指令生成器８５から磁束指令生成器８４間の演算を繰り返し行い収束させる必要があり、演算処理が困難となる。

そこで、実際の装置で前述の処理をマイコンによって所定の演算周期で行う際に、例えば、δ軸電流指令生成器８３が使用する総電機子鎖交磁束指令Φ*として前回（１演算周
期前）の演算結果を用い、該指令値を用いて計算したδ軸電流指令Ｉδ*によって今回の
総電機子鎖交磁束指令Φ*を算出する、あるいは、磁束指令生成器８４において、総電機
子鎖交磁束指令Φ*の値を適切なフィルタを通して出力すること等により演算処理の安定
性を高める等の対策を施せば良い。

なお、図１３において、図１４に示した制御指令生成器８２ａに似変えて代えて、以下述べる制御指令生成器８２ｂを用いても良い。図１６は、図１３に示す制御指令生成器の他の構成例を示す構成図である。図１６において、制御指令生成器８２ｂは、総電機子鎖交磁束指令Φ*を、δ軸電流指令Ｉδ*ではなく（制限後の）トルク指令τ０*に基づいて
生成する構成とされている。

図１６における磁束指令生成器８４ａは、入力された（制限後の）トルク指令τ０*に
対して好適な総電機子鎖交磁束指令Φ*を出力する。例えば、図１５の横軸を下記の式（
２１）の関係を用いてトルク指令に変換すれば、入力された（制限後の）トルク指令τ０*に対する総電機子鎖交磁束指令Φ*を得ることができる。

図１７は、図１６に示す磁束指令生成器におけるトルク指令τ０*と磁束指令Φ*との関係を説明する概念図であり、図１５に基づいて得られた（制限後の）トルク指令τ０*と総電機子鎖交磁束指令Φ*との関係の一例を示す。磁束指令生成器８４ｂは、該関係を磁束指令生成器８４ａに数式化あるいはテーブルデータの形で予め格納した上で、入力されたトルク指令τ０*に従い好適な総電機子鎖交磁束Φ*を出力する。なお、制御指令生成器８２ｂにおけるδ軸電流指令生成器８３、δ軸電流指令制限器８５の動作は、前述の制御指令生成器８２ａのものと同じである。

さらに、制御指令生成器８２ａ、８２ｂを好適にするには、電力変換手段２の仕様によって制限される電圧制限値を考慮した総電機子鎖交磁束指令Φ*を生成すれば良い。

電力変換手段２には、この電力変換手段２の仕様と電源１２の出力電圧Ｖｐｎとに依存する出力可能電圧最大値Ｖｍａｘ（実効値換算）があり、同期機１の電機子で発生する誘起電圧をＶｍａｘ以下に抑制するように総電機子鎖交磁束指令Φ*を制限することが望ま
しい。該誘起電圧は、同期機１の抵抗Ｒの電圧降下を無視すれば同期機１の回転速度ωと総電機子鎖交磁束Φとの積で決まることから、電力変換手段２の出力可能最大電圧値Ｖｍａｘに基づいて、同期機１の回転速度ωに応じた磁束指令最大値Φｍａｘを下記の式（２２）により逐次演算し、磁束指令生成器８４、８４ａの出力をΦｍａｘで制限した値を総電機子鎖交磁束指令Φ*とすれば、より好適となる。

以上述べたこの発明の実施の形態３による同期機制御装置によれば、界磁としての永久磁石を含む同期機１の温度上昇時に、トルク指令を制限することで、更なる温度上昇を抑制するように、電機子電流（実効値）の増加分を制限することで不可逆減磁を防止することができるとともに、電力変換手段２の性能によって制限される同期機１の電機子電流を制限値に以下に抑制できる効果がある。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による同期機制御装置について説明する。この発明の実施の形態４による同期機制御装置は、前述の実施の形態１の同期機制御装置における図４に示した磁石温度推定器７１を以下に示す磁石温度推定器７１ｂに置き換え、前述の実施の形態２による同期機制御装置における図９に示した磁石温度推定器７１ａを以下に示す磁石温度推定器７１ｃに置き換えたものである。

図１８は、この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石温度推定器の構成の一例を示す構成図であり、実施の形態１で説明した制御指令としてｄ-ｑ軸上の電
流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*を与える時の磁石温度推定器７１ｂの構成を示している。図１９は、この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石温度推定器の別の例を示す構成図であり、実施の形態２で説明した制御指令としてδ軸電流指令Ｉδ*と総電機子鎖
交磁束指令Φ*とを与える時の磁石温度推定器７１ｃを示している。

この発明の実施の形態４による同期機制御装置においては、図１８に示す磁石温度推定器７１ｂ、および図１９に示す磁石温度推定器７１ｃに共通して、複数の制御指令、すなわちｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*、または、δ軸電流指令Ｉδ*と総電機子鎖交磁束指令Φ*との組からなる複数の制御指令、の各々に対して、γ-δ軸上の電流と永久磁石温度（磁束）との相関を示したマップあるいは数式を有する磁石状態参照手段（図１８の７２ａ〜７２ｃ、図１９の７２ｄ〜７２ｆ）を備えることが特徴である。

図１８の磁石温度推定器７１ｂによりこの発明の実施の形態４による同期機制御装置を説明すると、例えば、ｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*の複数の組（Ｉｄ*、Ｉｑ*）＝
（Ｉｄ１、Ｉｑ１）、（Ｉｄ２、Ｉｑ２）、（Ｉｄ３、Ｉｑ３）、（Ｉｄ４、Ｉｑ４）・・・・を予め設定しておき、各々の指令に対して、温度変化に伴うγ軸電流Ｉγ（あるいはδ軸電流Ｉδ）と永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇとの関係を示すマップあるいは数式を記憶した磁石状態参照手段７２を複数用意しておく。図１８の例では、（Ｉｄ*、Ｉｑ*）＝（０［Ａ］、２００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ａ、（Ｉｄ*、Ｉｑ*）＝（０［Ａ］、４００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ｂ、（Ｉｄ*、Ｉｑ*）＝（０［Ａ］、６００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ｃであり、これらの制御指令条件以外においても同様の磁石状態参照手段を複数用意しておく。

これらのマップあるいは数式は、前述と同様に、同期機１の特性（インダクタンス変化や磁石減磁特性）が予め解析等で判明している場合は、同期機１の特性データを用いて予め求めておき、判明していない場合は実測により特性データを採取すれば良い。

同期機１の駆動中におけるｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*が、予め用意した複数の
磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とほぼ一致する（該条件一致判定には多少のマージンを持たせる）ものが存在する時に、磁石温度推定器７１ｂは、γ軸電流Ｉγあるいはδ軸電流Ｉδを該制御指令条件の磁石状態参照手段７２のマップまたは数式を参照して、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。

次に、図１９の磁石温度推定器７１ｃによりこの発明の実施例による同期機制御装置を
説明すると、例えば、δ軸電流指令Ｉδ*と総電機子鎖交磁束指令Φ*の複数の組（Ｉδ*
、Φ*）＝（Ｉδ１、Φ１）、（Ｉδ２、Φ２）、（Ｉδ３、Φ３）、（Ｉδ４、Φ４）
・・・・を予め設定しておき、各々の指令に対して、温度変化に伴うγ軸電流Ｉγと永久磁石温度（推定値）Ｔｍａｇとの関係を示すマップあるいは数式を記憶した磁石状態参照手段７２を複数用意しておく。図１９の例では、（Ｉδ*、Φ*）＝（０.０５［Ｗｂ］、
１００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ｄ、（Ｉδ*、Φ*）＝（０.０５［Ｗ
ｂ］、２００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ｅ、（Ｉδ*、Φ*）＝（０.０
５［Ｗｂ］、３００［Ａ］）に係るものが磁石状態参照手段７２ｆであり、これらの制御指令条件以外においても同様の磁石状態参照手段を複数用意しておく。

同期機１の駆動中における制御指令（Ｉδ*、Φ*）が、予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とほぼ一致するものが存在する時に、γ軸電流Ｉγを該制御指令条件の磁石状態参照手段７２のマップまたは数式を参照して、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇを出力する。

同期機１の駆動中における制御指令と、予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とが一致しない場合は、例えば、永久磁石温度推定動作を行わずに、直近の温度推定動作時の温度推定値を保持し、該値を永久磁石温度推定値Ｔｍａｇとして出力するような処理を施せば良い。このような処理を施した場合は、間欠的な永久磁石温度推定動作となる。

また、前述の通り、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇと永久磁石磁束推定値Φｍａｇとは相関があり、勿論、該相関関係に基づいて永久磁石磁束推定値Φｍａｇを推定することも可能である。ただし、複数の制御指令各々に対する磁石状態参照手段７２を用意すると、磁石状態参照手段が多い程、同期機１駆動中の制御指令と予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とが一致する確率が上昇するため、制御指令が変化してもより頻繁に永久磁石温度（磁束）を推定することが可能となるものの、少ないマップデータで推定できる本発明の効果が小さくなる恐れがある。

したがって、磁石状態参照手段７２を用意する際の制御指令条件を増えすぎることなく適切に設定する必要がある。同期機１の電機子電流（実効値）が増加すると、同期機１で発生する熱（電機子巻線の抵抗で発生する熱等）によって永久磁石を含む同期機１の全体の温度も上昇し、永久磁石の減磁がより進行することは既に述べたが、言い換えると、同期機１の電機子電流（実効値）が小さい範囲ならば、同期機１の温度上昇が小さく、永久磁石の減磁が進行しない、すなわち、永久磁石温度（磁束）を推定する必要性が小さいと考えられる。

そこで、磁石状態参照手段７２においてγ-δ軸上の電流と永久磁石温度（磁束）との
相関を示したマップあるいは数式を設ける制御指令の条件を所定の電流以上に限定しても良い。図２０は、この発明の実施の形態４による同期機制御装置における、磁石状態参照手段においてγ-δ軸上の電流と永久磁石温度（磁束）との相関を示したマップあるいは
数式を設ける制御指令の条件を表した一例を示す説明図である。

図２０において、点線で示す外側の円は、電流制限値Ｉｍａｘを、点線で示す内側の円は、永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う最小の電流条件Ｉ１を表し、この両方の円で囲まれる範囲内に複数配置されている黒丸印が、磁石状態参照手段７２においてγ-δ軸
上の電流と永久磁石温度（磁束）との相関を示したマップあるいは数式を設ける制御指令の条件である。なお、界磁として永久磁石を有する同期機１は、正のｄ軸電流を通電する機会が多くなく、マップデータを少なくするためｄ軸電流が負の範囲のみに前記黒丸印を設定している。

図２０は、あくまでも一例であり、必ずしも図２０に示すように前述の黒丸印で示す条件を等間隔にする必要はなく、同期機１を駆動する際、特定の（複数の）制御指令しか与えない場合は該制御指令に応じて前記黒丸印を設定すればよい。

また、前述の同期機１の駆動中における制御指令と、予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とが一致しない場合に、永久磁石温度推定動作を行わないようにして間欠的な永久磁石温度推定動作となる例を示したが、この場合、同期機１の駆動中に長時間永久磁石温度推定動作が行われない可能性が生じる。このことを鑑みて、所定の期間毎に必ず永久磁石温度推定動作が行われるように、同期機１の駆動中における制御指令を、所定の期間毎に予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件に強制的に一致させるようとしても良い。

このようにすれば、同期機１の駆動中に、長時間、永久磁石温度推定動作が行われない状況を防止することが可能となる。ただし、強制的に同期機１の駆動中における制御指令を、所定の期間毎に予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件に一致させる際、同期機１のトルク出力変化を抑制する必要がある。

前述のように、界磁としての永久磁石を有する同期機１の場合、同一のトルクを発生させることの可能なｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとの組み合わせ、あるいは、総電機子鎖交磁束Φとδ軸電流Ｉδとの組み合わせ、が無数に存在することを利用し、制御指令の変更前後でトルク出力が大きく変化せず、かつ、複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件に一致する制御指令の組合せを選択するような処理を施せば、同期機１のトルク出力の変化を抑制することができる。

また、この発明の実施の形態４による同期機制御装置は、従来の技術と比較して電圧情報ではなくγ-δ軸上の電流Ｉγ、Ｉδを用いて直接永久磁石温度（磁束）を推定するこ
とから、電圧変換手段２の電圧出力精度（例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差）の影響を受けにくいことが特徴である。ただし、ｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*を用いて総電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd、同ｑ軸成分Φqを推定し、式（１０）
、式（１１）に基づいて、総電機子鎖交磁束Φの大きさ｜Φ｜と位相∠Φとを求める際に、電圧情報を用いており、電圧が低くなる低速域において、若干電圧変換手段２の電圧出力精度の影響を受ける。よって、低速域において、総電機子鎖交磁束の推定精度、さらには、該推定精度が影響する電機子電流をγ軸及びδ軸の二軸上の電流へ座標変換する際の精度に影響が及ぶため、永久磁石温度（磁束）の推定精度に影響する可能性がある。

また、同期機１自身が発生するトルクで加速するような用途の場合、速度零から通電を開始してトルクを発生させる動作において、温度上昇による減磁の影響が生じる前に電圧精度の影響を受け易い速度帯域を超えることも多く、このような用途においては、低速域で永久磁石温度（磁束）を推定する必要性が小さいと考えられる。

そこで、永久磁石温度（磁束）の推定動作を、同期機１の回転速度ωが所定の速度以上においてのみ実行するように限定すれば良い。図２１は、この発明の実施の形態４による同期機制御装置において、永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う速度範囲を示す説明図であり、電圧精度の影響が懸念される所定の速度ω１以下（負速度を考慮すると、−ω１〜ω１の範囲）では、駆動中の制御指令と、予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とが一致したとしても永久磁石温度（磁束）の推定動作を行わないようにしたものである。このようにすれば、電圧変換手段の電圧出力精度がより高くなる高速域のみ永久磁石温度（磁束）を推定する動作を実行するため、推定精度を高める効果がある。

以上述べたこの発明の実施の形態４による同期機制御装置によれば、複数の制御指令各々に対する磁石状態参照手段７２を用意することから、同期機１の駆動中における制御指令と予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件とが一致する確率が上昇するため、制御指令が逐次変化したとしても、制御指令の変化に追従して永久磁石温度（磁束）を推定できる効果がある。

また、γ-δ軸上の電流と永久磁石の温度（磁束）との相関を示したマップあるいは数
式を設ける前記制御指令の条件を、該推定を必要とする電流領域に限定することで、磁石状態参照手段の構成を簡素化でできる効果がある。

さらに、所定の期間毎に必ず永久磁石温度推定動作が行われるように、同期機１駆動中の制御指令を、所定の期間毎に予め用意した複数の磁石状態参照手段７２の中の制御指令条件に強制的に一致させることから、所定の期間毎に永久磁石の温度（磁束）推定を行うことで、長時間推定動作が行われない状態を防止できる効果がある。

その上、電圧変換手段の電圧出力精度がより高くなる高速域のみ永久磁石温度（磁束）を推定する動作を実行することで、電圧指令に基づいて推定される総電機子鎖交磁束の推定精度、さらには、該推定精度が影響する電機子電流をγ軸及びδ軸の二軸上の電流へ座標変換する際の精度が極めて高い時のみ温度（磁束）推定が行われることから、推定精度を高める効果がある。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による同期機制御装置について説明する。この発明の実施の形態５による同期機制御装置は、前述の実施の形態１〜４に示したような制御指令とγ-δ軸上の電流とに基づいて永久磁石温度（磁束）を推定するモードに加え、前述の制
御指令を同期機１の電機子電流が零となるように設定し、該設定時に推定した総電機子鎖交磁束Φに基づいて永久磁石温度（磁束）を推定するモードを設けるようにしたものである。

前述の実施の形態１〜４に示したようなγ-δ軸上の電流に基づいて永久磁石温度（磁
束）を推定する場合、同期機１の電機子巻線に何らかの電流が流れていることを前提とした方式であるため、同期機１の電機子電流が零の場合、永久磁石温度（磁束）が推定できない。このため、永久磁石温度（磁束）を推定するために、不要な電流を電機子巻線へ流す必要があり、不要な電流を流すことで、不必要なトルクが発生したり、永久磁石の温度が上昇したりする懸念がある。

このことを鑑みて、前述の実施の形態１〜４に示したようなγ-δ軸上の電流に基づい
て永久磁石温度（磁束）を推定するモード以外に、前記制御指令を同期機１の電機子電流が零となるように設定し、該設定時に推定した総電機子鎖交磁束Φに基づいて永久磁石温度（磁束）を推定するモードを新たに加えることで、不必要な電流を電機子巻線へ流すことなく、無通電時において永久磁石温度（磁束）を推定できるようにする。

図２２は、この発明の実施の形態５による同期機制御装置における、界磁に永久磁石を有する同期機の無通電時のベクトル図である。無通電時は、電機子鎖交磁束を構成する磁束は永久磁石磁束Φｍのみであるため、総電機子鎖交磁束Φと永久磁石磁束Φｍとが一致する。また、同期機１の電圧発生要因も永久磁石磁束Φｍ起因の誘起電圧のみとなることから、無通電時のｄ-ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑは下記の式（２３）により得られる。

前述の制御指令を同期機１の電機子電流が零となるように設定、すなわち、制御指令としてｄ-ｑ軸上の電流指令Ｉｄ*、Ｉｑ*をＩｄ*＝Ｉｑ*＝０と設定すれば、ｄ-ｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑとｄ-ｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*が一致するように調整され、ｑ軸電圧
指令Ｖｑ*より下記に式（２４）に基づいて、総電機子鎖交磁束Φ（該値が永久磁石磁束
推定値Φｍａｇ）が求まる。

勿論、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇと永久磁石磁束推定値Φｍａｇとの関係を示す前述の式（９）の関係から、永久磁石温度推定値Ｔｍａｇへ換算することも可能である。

制御指令として総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とを与える場合は、例えば、総電機子鎖交磁束指令Φ*として基準値等の所定の永久磁石磁束の値を、δ軸電流指令Ｉδ*として零を与えながら、同期機１の電機子電流を電流検出手段３によりモニタリングしておき、電機子電流が零となるように総電機子鎖交磁束指令Φ*を調整し、電機子電流が零となった無通電状態の総電機子鎖交磁束指令Φ*が永久磁石磁束推定値Φｍａｇに相当する。この場合、総電機子鎖交磁束指令Φ*の調整の過程において電機子電流が流れる可能性があるものの、永久磁石磁束推定時においては、電機子巻線に不必要な電流は流れない。

なお、実施の形態５の構成は、実施の形態１〜４の全てに対して追加することができる。

以上述べたこの発明の実施の形態５による同期機制御装置によれば、γ-δ軸上の電流
が発生しない無通電時においても永久磁石の温度（磁束）推定を行える効果がある。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による同期機制御装置について説明する。この発明の実施の形態６による同期機制御装置は、前述の実施の形態２あるいは３において、前述のδ軸上の電流を零に制御し無負荷状態にするために、δ軸電流指令Ｉδ*として「０」、すなわち、［Ｉδ*＝０］を与えるともに、同期機１の電機子で発生する誘起電圧を電力変換手段２の出力可能電圧以下となるような総電機子鎖交磁束指令Φ*を与えるようにしたものである。

この場合、前述の式（２２）の関係から、総電機子鎖交磁束指令Φ*を下記の式（２５）の範囲内で設定する必要がある。

これらの制御指令を与えるには、前述の実施の形態２における図７のように直接上記を満たすδ軸電流指令Ｉδ*、総電機子鎖交磁束指令Φ*とを与える、あるいは、前述の実施の形態３における図１３のトルク指令τ*を０（実際にはτ０*＝０）とすることで前述の式（１８）に基づいた演算によりＩδ*＝０を得た上で、磁束指令生成器８４において前記式（２５）を満たすようなΦ*を与えるようにすれば良い。

図２３は、この発明の実施の形態６による同期機制御装置における、δ軸上の電流を零に制御した時のベクトル図で、総電機子鎖交磁束指令Φ*とδ軸電流指令Ｉδ*とが一定の条件下（ただし、Φ*≦Φmax，Ｉδ*＝０）で基準状態と基準状態に対して減磁が生じた時のベクトル図の差異を示す説明図であり、（Ａ）は基準（無負荷）状態、すなわち、永久磁石に減磁が生じていない時のベクトル図、（Ｂ）は、所定の制御指令である総電機子鎖交磁束指令Φ*（≦Φmax）とδ軸電流指令Iδ*（＝０）とが一定、つまり、所望に制御されているとの前提で総電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜とδ軸電流Iδ（＝０）とが一定、の定常状態において、同期機１の温度上昇に伴う永久磁石の減磁、すなわちΔΦｍａｇの分だけ磁石磁束の低下が発生したときのベクトル図である。

図２３において、δ軸電流Iδは流れずγ軸電流Iγのみ流れるため、永久磁石磁束Φｍ、γ軸電流Iγによって生成される電機子反作用磁束Φａ、総電機子鎖交磁束Φの各ベクトルが全て同軸上に存在し、γ軸とｄ軸、δ軸とｑ軸とがそれぞれ同軸となる。すなわち、Φa＝Lγ・Iγ＝Ld・Idとなる。図２３では、永久磁石磁束Φｍを弱める方向に電機子反作用磁束Φａを作用させている例であり、この場合、前述の永久磁石の減磁が生じると、総電機子鎖交磁束Φが所定の一定値に制御されている以上、ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の低下分、永久磁石磁束Φｍを弱める方向に作用させている電機子反作用磁束Φａが小さくなり、結果、γ軸方向インダクタンスＬγの変化の影響が小さくほとんどないとすればγ軸電流（の絶対値）|Iγ|も小さくなる。

反対に、永久磁石磁束Φｍを強める方向に電機子反作用磁束Φａを作用させている場合は、ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の低下分を電機子反作用磁束Φａの増加によって補うように作用し、結果、γ軸電流（の絶対値）|Iγ|が大きくなる。このように、何れのケースにおいても減磁前後でγ軸電流Ｉγの大きさに変化が生じ、このγ軸電流Ｉγの変化を捉えることで、永久磁石磁束Φｍａｇの変化、すなわち永久磁石温度Ｔｍａｇの変化も捉えられる。

γ軸電流Ｉγの変化に基づいて、永久磁石磁束Φｍａｇ、あるいは永久磁石温度推定値Ｔｍａｇの変化を求める際は、前述の実施の形態に示した方法と同様に行えばよい。

この実施の形態６においては、δ軸電流Iδを流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行うためのγ軸電流Iγのみを流すことから、電機子巻線に必要以上の電流を流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行うことができる。

前記Φ*≦Φmaxの制約はあるものの、総電機子鎖交磁束指令Φ*として発熱により減磁が生じた状態（例えば１００℃）における永久磁石磁束の値を設定すれば、１００℃近傍
では総電機子鎖交磁束指令Φ*と永久磁石磁束Φｍａｇとが概ね一致し、電機子反作用磁束Φａがほとんど発生しないため、γ軸電流Ｉγがほとんど流れない。

従って、電機子巻線に必要以上の電流を流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行なうことができ、γ軸電流Ｉγに起因して発生する発熱や損失も抑制できる。常温等永久磁石温度が低い場合は、総電機子鎖交磁束指令Φ*として前記同様に１００℃における永久磁石磁束の値を設定すると、永久磁石磁束Φｍを弱める方向に作用させる電機子反作用磁束Φａを発生させるためのγ軸電流Iγが流れるものの、δ軸電流Iδを流していないため、電機子電流があまり大きくならず、かつ、永久磁石温度が低いことからγ軸電流Iγによる発熱による影響も大きくならない。

この実施の形態６では、［Ｉδ*＝０］を与えることから、永久磁石の温度（磁束）推定動作中は、同期機１の発生トルクは零となる。よって、同期機１の負荷駆動中、すなわちトルク発生状態において、該推定動作を行うためには、ごく短時間のみＩδ*＝０（またはτ*＝０）かつΦ*≦Φmaxとなる指令を与えて、瞬間的に同期機１の発生トルクが零となることによる影響を最小限に抑えるようにすれば良い。

図２４は、この発明の実施の形態６による同期機制御装置における、δ軸電流指令Ｉδ*またはトルク指令τ*と永久磁石の温度または磁束を推定する動作タイミングとのタイムチャートの一例を表す図である。図２４に示すように、同期機１の負荷駆動中（トルク発生状態）において、間欠的にδ軸電流指令Ｉδ*またはトルク指令τ*を零とし、該期間において永久磁石の温度（磁束）推定動作を行う。このようにすれば、同期機１の負荷駆動中においても発生トルクが零となることによる影響を最小限に抑えつつ、電機子巻線に必要以上の電流を流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行え、該推定動作における電機子電流による発熱や損失を抑制できる。

以上述べたこの発明の実施の形態６による同期機制御装置によれば、電機子巻線に必要以上の電流を流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行え、電機子電流による発熱や損失を抑制できる効果がある。また、同期機１の負荷駆動中（トルク発生状態）において、間欠的にδ軸電流指令Ｉδ*またはトルク指令τ*を零とし、該期間において永久磁石の温度（磁束）推定動作を行うようにすることで、負荷駆動中においても発生トルクが零となることによる影響を最小限に抑えながら該推定動作に係わる電機子電流による発熱や損失を抑制できる効果がある。

以上述べたこの発明による同期機制御装置は、以下の特徴を有する。
（１）界磁を構成する永久磁石を有する同期機に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段と、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段と、制御指令に基づいて前記電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、前記同期機の回転子位置を推定若しくは検出する位置検出手段と、少なくとも前記電機子電流と前記電圧指令のうちの何れか一方に基づいて前記同期機の総電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸を推定する磁束推定器と、前記永久磁石の温度または磁束を推定する磁石状態推定手段とを備え、前記磁石状態推定手段は、前記回転子位置と前記推定した前記γ軸とに基づいて、前記電機子電流をγ軸とその直交方向であるδ軸からなるγ-δ軸上の電流へ座標変換し、前記制御指令と
前記γ−δ軸上の電流とに基づいて、前記永久磁石の温度または磁束を推定することを特徴とする。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、電圧変換手段の電圧出力精度の影響を受けにくい精度の良い永久磁石の温度または磁束を、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、少ないマップデータで推定することができる。

（２）前記制御指令は、前記同期機の回転二軸座標であるｄ-ｑ軸上の電流指令であるこ
とを特徴とする（実施の形態１、図１乃至図６）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、電圧変換手段の電圧出力精度の影響を受けにくい精度の良い永久磁石の温度または磁束を、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、少ないマップデータで推定することができる。

（３）前記制御指令は、前記δ軸上の電流を所定の値に制御するためのδ軸電流指令と前記総電機子鎖交磁束を所定の値に制御するための総電機子鎖交磁束指令であることを特徴とする（実施の形態２、図７乃至図１１）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、電圧変換手段の電圧出力精度の影響を受けにくい精度の良い永久磁石の温度または磁束を、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、少ないマップデータで推定することができる。

（４）前記同期機に対するトルク指令を、前記γ軸電流に応じて制限し、前記制限後のトルク指令に応じて前記制御指令を出力する制御指令演算手段を備えたことを特徴とする（実施の形態３、図１２乃至１７）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、永久磁石を含む同期機の温度上昇時にトルク指令を制限することで、不可逆減磁を防止することができるとともに、電力変換手段の性能によって制限される同期機の電機子電流を制限値に以下に抑制できる効果がある。

（５）前記磁石状態推定手段は、複数の前記制御指令各々に対して、前記γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度または磁束との相関を示したマップ若しくは数式を有する磁石状態参照手段を備えたことを特徴とする（実施の形態４、図１８乃至１９）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、制御指令が逐次変化したとしても、制御指令の変化に追従して永久磁石の温度または磁束を推定できる。

（６）前記γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度または磁束との相関を示したマップ若しくは数式を設ける前記制御指令の条件は、前記電機子電流が所定値以上において設定する、ことを特徴とする（実施の形態４、図２０）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度（磁束）との相関を示したマップあるいは数式を設ける前記制御指令の条件を、該推定を必要とする電流領域に限定することで、磁石状態参照手段の構成を簡素化でできる。

（７）前記制御指令は、所定の期間毎に前記磁石状態参照手段における前記γ−δ軸上の電流と前記永久磁石の温度または磁束との相関が示されている制御指令に設定され、前記磁石状態推定手段は、前記設定された制御指令に基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定することを特徴とする（実施の形態４）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、所定の期間毎に永久磁石の温度（磁束）推定を行うことで、長時間推定動作が行われない状態を防止できる。

（８）前記制御指令は、所定の期間毎に前記磁石状態参照手段における前記γ−δ軸上の電流と前記永久磁石の温度または磁束との相関が示されている制御指令に設定され、
前記磁石状態推定手段は、前記永久磁石の温度または磁束を推定する動作を、前記回転子位置から換算される前記同期機の速度が所定の速度以上においてのみ実行することを特徴とする（実施の形態４、図２１）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、電圧変換手段の電圧出力精度がより高くなる高速域のみ永久磁石温度（磁束）を推定する動作を実行することで、電圧指令に基づいて推定される総電機子鎖交磁束の推定精度、さらには、該推定精度が影響する電機子電流をγ軸及びδ軸の二軸上の電流へ座標変換する際の精度が極めて高い時
のみ永久磁石の温度（磁束）推定が行われることから、推定精度を高める効果がある。

（９）前記磁石状態推定手段は、前記制御指令と前記γ−δ軸上の電流とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定するモードと、前記制御指令を前記電機子電流が零となるように設定し、該設定時に推定した前記総電機子鎖交磁束に基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定するモードとを備えることを特徴とする（実施の形態５、図２２）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、無通電時においても永久磁石の温度（磁束）推定を行える効果がある。

（１０）前記制御指令は、前記δ軸上の電流を零に制御するためのδ軸電流指令と前記同期機の電機子で発生する誘起電圧を前記電力変換手段の出力可能電圧以下となるように前記総電機子鎖交磁束を制御するための総電機子鎖交磁束指令であることを特徴とする（実施の形態６、図２３）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、電機子巻線に必要以上の電流を流さずに永久磁石の温度（磁束）推定を行え、電機子電流による発熱や損失を抑制できる効果がある。

（１１）前記δ軸電流指令または前記同期機に対するトルク指令を間欠的に零とし、前記磁石状態推定手段は、前記永久磁石の温度または磁束を推定する動作を、前記δ軸電流指令または前記同期機に対するトルク指令が零となる期間においてのみ実行することを特徴とする（実施の形態６、図２４）。
このように構成したこの発明による同期機制御装置によれば、負荷駆動中においても発生トルクが零となることによって発生する影響を最小限に抑えながら永久磁石の温度（磁束）推定に係わる電機子電流による発熱や損失を抑制できる効果がある。

なお、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 同期機 ２ 電力変換手段
３ 電流検出手段 ４、４ａ 電圧指令演算手段
５、５ａ 位置検出手段 ６、６ａ 磁束推定器
７、７ａ 磁石状態推定手段 ８、８ａ 制御指令演算手段
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 座標変換器
１２ 電源 ４１ γ軸電流指令生成器
４２ γ−δ軸電圧指令生成器
７１、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ 磁石温度推定器
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ 磁石状態参照手段
８１ トルク指令生成器
８２、８２ａ、８２ｂ 制御指令生成器
８３ δ軸電流指令生成器 ８４、８４ａ 磁束指令生成器
８５ δ軸電流指令制限器

Claims (10)

1. 界磁を構成する永久磁石を有する同期機に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段と、
   前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
   制御指令に基づいて前記電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、
   前記同期機の回転子位置を推定若しくは検出する位置検出手段と、
   少なくとも前記電機子電流と前記電圧指令のうちの何れか一方に基づいて前記同期機の総電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸を推定する磁束推定器と、
   前記回転子位置と前記推定した前記γ軸とに基づいて、前記電機子電流をγ軸とその直交方向であるδ軸からなるγ-δ軸上の電流へ座標変換し、前記制御指令と前記γ−δ軸上の電流とに基づいて、前記永久磁石の温度または磁束を推定する磁石状態推定手段と、
   を備え、
   前記磁石状態推定手段は、前記制御指令に対して、前記γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度または磁束との相関を示したマップ若しくは数式を有する磁石状態参照手段を備えている、
   ことを特徴とする同期機制御装置。
2. 前記制御指令は、前記同期機の回転二軸座標であるｄ-ｑ軸上の電流指令である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
3. 前記制御指令は、前記δ軸上の電流を所定の値に制御するためのδ軸電流指令と前記総電機子鎖交磁束を所定の値に制御するための総電機子鎖交磁束指令である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
4. 前記同期機に対するトルク指令を、前記γ軸電流に応じて制限し、前記制限後のトルク指令に応じて前記制御指令を出力する制御指令演算手段を備えた、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の同期機制御装置。
5. 前記γ−δ軸上の電流と永久磁石の温度または磁束との相関を示したマップ若しくは数式を設ける前記制御指令の条件は、前記電機子電流が所定値以上において設定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の同期機制御装置。
6. 前記制御指令は、所定の期間毎に前記磁石状態参照手段における前記γ−δ軸上の電流と前記永久磁石の温度または磁束との相関が示されている制御指令に設定され、
   前記磁石状態推定手段は、前記設定された制御指令に基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の同期機制御装置。
7. 前記制御指令は、所定の期間毎に前記磁石状態参照手段における前記γ−δ軸上の電流と前記永久磁石の温度または磁束との相関が示されている制御指令に設定され、
   前記磁石状態推定手段は、前記永久磁石の温度または磁束を推定する動作を、前記回転子位置から換算される前記同期機の速度が所定の速度以上においてのみ実行する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の同期機制御装置。
8. 前記磁石状態推定手段は、
   前記制御指令と前記γ−δ軸上の電流とに基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定するモードと、
   前記制御指令を前記電機子電流が零となるように設定し、該設定時に推定した前記総電機子鎖交磁束に基づいて前記永久磁石の温度または磁束を推定するモードとを備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の同期機制御装置。
9. 前記制御指令は、前記δ軸上の電流を零に制御するためのδ軸電流指令と前記同期機の電機子で発生する誘起電圧を前記電力変換手段の出力可能電圧以下となるように前記総電機子鎖交磁束を制御するための総電機子鎖交磁束指令である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の同期機制御装置。
10. 前記δ軸電流指令または前記同期機に対するトルク指令を間欠的に零とし、前記磁石状態推定手段は、前記永久磁石の温度または磁束を推定する動作を、前記δ軸電流指令または前記同期機に対するトルク指令が零となる期間においてのみ実行する、
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載の同期機制御装置。

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