JP6152740B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

ステータの外周を冷却するモータ冷却油の温度及びステータコイルの温度を入力して、モータ冷却油と、ステータコイルとロータ磁石の熱モデル（温度、発熱量、熱抵抗との関係）と、に基づいてロータ磁石温度を推定し、推定された磁石温度に基づいてモータを制御するモータ制御装置が知られている（特許文献１）。

特開２００８−２４５４８６号公報

しかしながら、熱の伝達経路が複雑な熱モデルをもつ装置において、上記の方法では、磁石の温度の推定精度が低いという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、モータの磁石の温度又は磁束の推定精度を高めたモータ制御装置を提供することである。

本発明は、モータへのトルク指令又はモータへの回転数指令とセンサの検出値とに基づいてモータの電流を制御するモータ電流制御モードと、当該モータ電流制御モードで演算されるモータへの指令値とは異なる指令値に基づいてモータの電流を制御するモータ状態推定モードとによりモータを制御し、モータ状態推定モードにおけるモータの電流応答性を求めることで、モータの磁石の温度又は磁束を推定することによって上記課題を解決する。

本発明は、磁石温度又は磁束に対して依存性をもつ、モータの電流応答性を用いて磁石の温度又は磁束を推定しているため、磁石の温度又は磁束を高い精度で推定できる。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 図１のモータにおいて、磁界（Ｈ）と磁束密度（Ｂ）の特性を示すグラフである。 図１のモータ制御装置において、時間に対する、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の特性、ｄｑ軸電流の理想応答特性及びｄｑ軸電流の検出値の特性を示すグラフである。 図１のモータにおいて、モータの回転数とモータのトルクとの関係を示すグラフである。 図１のモータ制御装置において、時間に対する、ｄ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊）の特性、ｄ軸電流の理想応答特性及びｄ軸電流の検出値の特性を示すグラフである。 図１のモータ制御装置において、時間に対する、ｑ軸電流指令値（ｉ_ｑ ^＊）の特性、ｑ軸電流の理想応答特性及びｑ軸電流の検出値の特性を示すグラフである。 図１のモータ制御装置において、制御パラメータと誤差関数の演算値との関係を示すグラフである。 図１のモータにおいて、定トルク曲線を示すグラフである。 図１のモータ制御装置において、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）と、モータのｄｑ軸電流の検出値との関係を示す概略図である。 図１のモータにおいて、定トルク曲線を示すグラフである。 図１のモータ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のモータにおいて、定トルク曲線を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例のモータ制御装置を電気自動車に設ける場合に、三相交流誘導モータ１０（以下単にモータ１０）は、走行駆動源として駆動し、電気自動車の車軸に結合されている。なお本例のモータ制御装置はインバータを制御することによってモータを制御するものを例に挙げて説明し、以下ではモータ制御装置と記載する。また、本例のモータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。なお、本例におけるモータ１０は、ロータに永久磁石を備えると共にステータに多相巻線を有した一般的なＩＰＭモータであり、説明は省略する。

本例のモータ制御装置は、モータ１０の各相の巻線に流れる電流（交流電流）を制御することによってモータ１０の動作を制御するモータ制御装置であって、電流指令値演算部１と、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２と、非干渉制御部３と、ｄｑ−３相変換部４と、変調率演算部５と、三角波比較部６と、インバータ７（変換回路）と、直流電源８と、電流センサ９と、モータ１０と、位置センサ（ＰＳ）１１と、角速度演算部１２と、ｄｑ−３相変換部１３と、推定部２０と、推定用電流演算部３０とを備えている。

電流指令値演算部１は、モータ１０の出力トルクの目標値として外部より入力されるトルク指令値（Ｔ）、角速度演算部１２の出力であり、モータ１０の回転速度に相当する角速度（ω）及び直流電源８の検出電圧である電圧（Ｖ_ｄｃ）を入力とし、インバータ７を制御する電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を演算し、出力する。ここで、ｄｑ軸は、回転座標系の成分を表している。トルク指令値（Ｔ）、角速度（ω）及び直流電源８の電圧（Ｖ_ｄｃ）と、電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）との対応関係はマップで示されおり、当該マップでは、トルク指令値（Ｔ）等の入力値に対して、モータ１０を高効率で動作させる電流指令値が定められている。そして、電流指令値演算部１は当該マップを参照することで、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を演算する。

ＰＩ−ｄｑ電流制御部２は、電流センサ９の検出値に基づき計測されたｄ軸電流（ｉ_ｄ）及びｑ軸電流（ｉ_ｑ）をｄ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊）及びｑ軸電流指令値（ｉ_ｑ ^＊）にそれぞれ一致させるようにフィードバック制御するＰＩフィードバック制御器である。ＰＩ−ｄｑ電流制御部２の入力側には、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）とｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）との偏差をとる減算器が設けられ、減算器の出力がＰＩ−ｄｑ電流制御部２に入力される。そして、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対してｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）を、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるよう制御演算を行い、ｄｑ軸の電圧指令値（ｖ_ｄ ^＊、ｖ_ｑ ^＊）を出力する。

非干渉制御部３は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）及び角速度（ω）を入力として、ｄｑ軸非干渉電圧（ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊、ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊）を演算する制御器である。非干渉制御部３には、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２の干渉成分（干渉電圧）を打ち消すための非干渉電圧のマップが予め記憶されており、入力値に対して当該マップを参照することで、ｄｑ軸非干渉電圧（ｖ_{ｄ＿ｄｃｐｌ} ^＊、ｖ_{ｑ＿ｄｃｐｌ} ^＊）を演算する。

ＰＩ−ｄｑ電流制御部２及び非干渉制御部３の出力側には加算器が設けられている。当該加算器において、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２及び非干渉制御部３から出力される電圧指令値を加算することで非干渉電圧が補正され、加算器からｄｑ−３相変換部４への出力値が、ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_ｄ、ｖ_ｑ）となる。

ｄｑ−３相変換部４は、ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_ｄ、ｖ_ｑ）及び角速度演算部１２で演算される電気角（θ）を入力として、下記の式１を用いて、ｄｑ軸電圧指令値（ｖ_ｄ、ｖ_ｑ）を固定座標系のｕ、ｖ、ｗ軸の電圧指令値（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）に座標変換し、変調率演算部５に出力する。

変調率演算部５は、直流電源８の電圧（Ｖ_ｄｃ）に基づいて、所定の演算式により直流電源８の直流電圧に対するモータ１０への供給電圧の割合で示される変調率を演算する。変調率が予め設定された第１の変調率閾値未満である場合には、モータ１０への供給電圧の波形が正弦波になるよう、ｄｑ−３相変換部４から出力される電圧指令値（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）を変調し、三角波比較部６に出力する（ｍ_ｕ、ｍ_ｖ、ｍ_ｗ）（正弦波ＰＷＭ制御方式）。一方、変調率が予め設定された第１の変調率閾値以上で第２の変調率閾値未満である場合には、モータ１０への供給電圧の波形が正弦波ではなく歪んだ波形になるよう、電圧指令値（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）を変調し、三角波比較部６に出力する（ｍ_ｕ、ｍ_ｖ、ｍ_ｗ）（過変調ＰＷＭ制御方式）。

過変調ＰＷＭ制御方式では、電圧指令を正弦波波形から歪ませることで、モータへの印加電圧の基本波成分を高めている。そして、変調率演算部５により変調された電圧指令値の振幅は、三角波比較部６のキャリアの振幅よりも大きくなるため、モータ１０への印加電圧の波形は正弦波を歪ませた波形となる。

また、変調率が予め設定された第２の変調率閾値以上である場合には、モータ１０への供給電圧の波形が矩形波になるよう、電圧指令値（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）をさらに変調し、三角波比較部６に出力する（ｍ_ｕ、ｍ_ｖ、ｍ_ｗ）（矩形波制御方式）。矩形波制御方式は、上記のＰＷＭ制御方式のようなフィードバック制御ではなく、オープン制御となる。これにより、変調率演算部５は、ＰＷＭ制御方式及び矩形波制御方式のいずれか一方の制御方式を選択した上で、インバータ７を制御している。

三角波比較部６は、キャリアである三角波と、変調率演算部５から入力される指令値とを比較することで、ＰＷＭ信号を生成して、インバータ７に出力する。インバータ７に含まれる複数のスイッチング素子は、当該ＰＷＭ信号に基づいて、オン及びオフを切り替える。

直流電源８は、二次電池を含むバッテリであり、本例の車両の動力源となる。インバータ７は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子（図示しない）を対に接続した回路を複数接続した三相インバータ回路により構成されている。各スイッチング素子には、ＰＷＭ信号が入力される。そして、当該スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源８の直流電圧が交流電圧に変換され、モータ１０に入力される。またモータ１０が発電機として動作する場合には、インバータ７はモータ１０から出力される交流電圧を直流電圧に変換し直流電源８に出力する。これにより直流電源８が充電される。

電流センサ９は、Ｕ相及びＷ相にそれぞれ設けられ、相電流（ｉ_ｕ、ｉ_ｗ）を検出し、ｄｑ−３相変換部１３に出力する。ｖ相の電流は、電流センサ９により検出されず、代わりに、ｄｑ−３相変換部１３は入力された相電流（ｉ_ｕ、ｉ_ｗ）からｖ相の相電流（ｉ_ｖ）を演算する。なお、ｖ相の相電流について、ｖ相に電流センサ９を設け、当該電流センサ９により検出してもよい。

モータ１０は、多相モータであり、インバータ７に接続されている。またモータ１０は発電機としても動作する。位置センサ１１は、レゾルバまたはエンコーダなどのセンサにより、モータ１０の磁極の位置を検出するセンサである。位置センサ１１の検出値は角速度演算部１２に出力される。角速度演算部１２は、位置センサ１１からの出力値をカウントすることで、モータ１０の回転子の電気角（θ）を演算し、ｄｑ−３相変換部４、１３に出力する。また角速度演算部１２は、電気角（θ）の時間変化率により角速度（ω）を演算して、電流指令値演算部１及び非干渉制御部３に出力する。

ｄｑ−３相変換部１３は、入力される相電流（ｉ_ｕ、ｉ_ｗ）をｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）に変換して、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２の入力側の減算器に出力する。これにより、ｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）がＰＩ−ｄｑ電流制御部２に入力されることになり、本例のインバータ制御装置は電流制御ループによるフィードバック制御を行っている。

推定部２０は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）及び電流センサ９の検出値に基づくｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）に基づいて、モータ１０の磁石温度を推定する。なお、磁石の温度の推定制御については後述する。

推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値演算部１により演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に基づき、推定用の電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算し、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２の入力側の減算器に出力する。また推定用電流指令値演算部３０は、推定用の電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算することなく、磁石温度を推定できる場合には、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を減算器に出力する。なお、推定用の電流指令値の演算制御については後述する。

ここで、モータ１０の磁石の温度依存性について、図２を用いて説明する。図２は、モータ１０の磁石において、磁界（Ｈ、磁束の量であり、以下単に磁束と記載）と磁束密度（Ｂ）の特性を示すグラフである。

図２のグラフａに示すように、低温時（温度Ｔ１）のＢＨ特性において、磁束密度Ａ_１の状態から、モータ１０の磁束密度を下げるように、モータの電流を制御した場合には、磁束密度はＡ_１からＡ_２に遷移する。そして、モータ１０の磁束密度を元の状態に戻すように、モータの電流を制御した場合には、磁束密度はＡ_２からＡ_１に遷移する。

一方、図２のグラフａに示すように、高温時（温度Ｔ２＞Ｔ１）のＢＨ特性において、磁束密度Ｂ_１の状態から、モータ１０の磁束密度を下げるように、モータの電流を制御した場合には、磁束密度はＢ_１からＢ_２に遷移する。そして、モータ１０の磁束密度を元の状態に戻すように、モータの電流を制御した場合には、磁束密度はＢ_２からＢ_１に遷移せずに、Ｂ_１よりも低い磁束密度のＢ_３に遷移する。

すなわち、モータ１０の磁石は高温領域において、不可逆減磁が発生する（図２のクニック点Ｃを参照）。また磁石のＢＨカーブは温度依存性をもっており、磁石の温度が高い場合には、モータ１０の巻線に流れる電流値が同一であっても出力トルクに差異が生じ、トルクの出力制御が悪化する。その結果として、モータ１０の出力効率が落ち、電流応答性も悪化する。ゆえに、本例のようなモータ制御装置において、モータ１０の磁石の温度を管理することは、モータ１０の制御の応答精度を高めることになる。

次に、本例のモータ制御装置における、モータ１０の磁石温度に対するｄｑ軸電流の応答性について、図３を用いて説明する。図３は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対するｄｑ軸電流の理想応答特性及びｄｑ軸電流の検出値の特性を示すグラフである。グラフａ_１、ｂ_１は電流指令値演算部１から出力されるｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を示し、グラフａ_２、ｂ_２は、磁石温度が所定温度である場合に、インバータ７から出力されるｄ、ｑ軸電流の理想値の応答特性を示し、グラフａ_３、ｂ_３は、磁石温度が当該所定温度と異なる温度である場合に、電流センサ９で検出される検出値（ｄ、ｑ軸電流）の特性を示す。なお、各特性において、駆動周波数は同じ周波数とする。

グラフａ_１、ｂ_１に示すように、アクセル開度の変化により対応するトルク指令値が変化し、ステップ値で示されるｄｑ軸電流指令値が時間（ｔ_１）で入力されると、インバータ７からモータ１０に出力される電流はＰＩ−ｄｑ電流制御部２による応答性により時間遅れをもった特性で出力される。そのため、グラフａ_１、ｂ_１のｄｑ軸電流指令値に対して、電流センサ９の検出値に相当するｄｑ電流は、グラフａ_２、ｂ_２の特性を示す。

この時、グラフａ_２、ｂ_２の特性では、モータ１０の磁石温度を所定温度（例えば３０℃）としており、この所定温度の時のｄｑ軸電流の特性を理想応答特性としている。

そして、理想応答特性の磁石温度に対して、磁石温度が変化すると、ｄｑ軸電流は、グラフａ_３、ｂ_３のように、応答波形が変化する。すなわち、磁石温度が変化すると、ｄｑ軸電流の特性は理想特性に対して振動するような電流応答特性を示し、グラフａ_２、ｂ_２の特性とグラフａ_３、ｂ_３の特性との間で誤差が生じる。この誤差は、インバータ７を制御するパラメータが温度依存性をもっていることにより、発生する。そのため、磁石温度の変化はｄｑ軸電流の特性を評価することで推定することができる。

そして、電流応答特性から磁石温度を精度よく推定するためには、ＰＩ−ｄｑ制御部２へｄｑ軸電流指令値が図３に示すようなステップ状の変化が望ましい。

図４を用いて、トルクの変化又は回転数の変化と、電流指令値の変化との関係について説明する。図４は、モータ１０の回転数とモータ１０のトルクとの関係を示すグラフである。モータ１０の出力トルク及びモータ１０の回転数が、点ａで示される状態から、アクセル開度が変化し、モータ１０に対して、大きなトルクの要求がある場合には、モータ１０の状態は、点ａ_１の状態から点線ａ_２で示す状態に遷移する。このとき、モータ１０の出力トルクを高めるために、電流指令値は、大きな振幅をもつステップ状の特性で変化する。

また、同様に、モータ１０への要求回転数が大きい場合にも、モータ１０の状態は、点ａ_１の状態から点線ａ_３で示す状態に遷移する。このときも、電流指令値は大きな振幅をもつステップ状の特性で変化する。

すなわち、モータ１０の状態が点ａ_１の状態から点線ａ_２又は点線ａ_３に示す状態に遷移した場合には、図３のグラフａ_１及びｂ_１に示すように、大きい振幅をもったステップ状の電流指令値がＰＩ−ｄｑ電流制御部２に入力される。そのため、モータ１０へのトルク指令又は回転数指令が変化する場合（過渡状態）であれば、変化する電流指令値を用いることで、電流応答特性から磁石温度を精度よく推定することができる。

一方、アクセルの開度が変化せずに、モータ１０が点ａ_１の状態を維持する場合には、電流指令値は十分な値をもったステップ値の特性で変化しないため、電流応答特性から精度よく磁石温度を推定することは難しい。

また、アクセル開度の変化量が小さく、モータ１０への要求トルクが小さい場合には、モータ１０の状態は点ａ_１の状態から点線ｂ_１で示す状態に遷移するため、モータ１０のトルクの変化量は小さい。同様に、モータ１０への要求回転数が小さい場合にも、モータ１０の状態は、点ａ_１の状態から点線ｂ_２で示す状態に遷移し回転数の変化量は小さい。このような場合には、電流指令値は十分な値をもったステップ値の特性で変化しないため、電流応答特性から精度よく磁石温度を推定することは難しい。

すなわち、モータ１０へのトルク指令又は回転数指令が変化しない場合、あるいは、これらの指令の変化量が小さい場合には、電流指令値は十分な値をもったステップ値の特性で変化しないため、電流応答特性から精度よく磁石温度を推定することは難しい。

そこで、本例のモータ制御装置は、モータ１０の過渡状態においてモータ１０の磁石温度を推定するモータ電流制御モードと、モータ１０の定常状態においてモータ１０の磁石温度を推定するモータ状態推定モードとを切り替えることで、モータ１０の状態に関わらず、モータ１０の磁石温度を推定できるように、モータ１０を制御している。

モータ電流制御モードは、電流指令値演算部１のマップにより演算された電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）をＰＩ−ｄｑ電流制御部２の入力側の減算器に出力しつつ、インバータ７をＰＷＭ制御方式で制御しているときに、モータ１０の磁石温度を推定するモードである。すなわち、モータ制御モードは、モータ１０を効率よく動作させる通常の制御と変わりない。

一方、モータ状態推定モードでは、電流指令値演算部１のマップにより演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に基づいて、推定用の電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。そして、推定用の電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を減算器に出力しつつ、インバータ７をＰＷＭ制御方式で制御しているときに、モータ１０の磁石温度を推定するモードである。モータ状態推定モードは、モータ制御モードのｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対して、電流指令値を過渡的に変化させることで、モータ１０の出力トルクの変動を抑制しつつ、上記の電流応答特性から磁石温度を推定できるように、インバータ７及びモータ１０を制御している。このときのモータ１０の効率は、最適値であるｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対して変化させている分、悪くなっている。

以下、各モードにおける磁石の温度を推定制御について説明する。まず、モータ電流制御モードにおける磁石の温度を推定制御について説明する。

トルク指令値の変化に応じてｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）が、電流指令値演算部１から推定用電流指令値演算部３０に、ステップ値で入力される。

推定用電流指令値演算部３０は、モータ１０の回転数（回転速度、Ｎ）の変化量と、予め設定されたモード切り替え用の閾値とを比較する。モード切り替え用の閾値は、予め設定された閾値である。モータ１０の回転数の変化量は、位置センサ１１で検出された前回値に基づく回転数と、今回値に基づく回転数との偏差から演算される。

アクセル開度の変化量が十分にあり、トルク指令値が十分な大きさで変化する場合（過渡状態）には、モータ１０へのトルク指令の変化を用いることで、電流応答特性から磁石温度を精度よく推定することができる

そして、モータ１０の回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）以上である場合には、推定用電流指令値演算部３０はモータ電流制御モードを選択し、電流指令値演算部１により演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を、そのままＰＩ−ｄｑ電流制御部２の入力側の減算器に出力する。ここでは、トルク指令値の変化に応じてｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）が変化するため、モータ電流制御モードが選択されることになる。

磁石温度推定部２０は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）が入力されるタイミングから所定の期間（Ｔｓ）、ｄｑ−３相変換部１３の出力値をサンプリングすることで、当該期間（Ｔｓ）におけるｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）の特性を演算する。所定の期間（Ｔｓ）は、図３に示すように、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対する応答特性の遅れ時間に応じて設定され、例えば、応答特性が指令値の特性上で安定したと判断できる時間に設定される。

磁石温度推定部２０には、モータ１０の磁石の温度とインダクタンス（Ｌｄ、Ｌｑ）との対応関係を示すマップが予め格納されている。モータ１０の磁石の温度とインダクタンス（Ｌｄ、Ｌｑ）との間には相関性があり、磁石の温度が高くなると、磁束が下がり、ｄｑ軸のインダクタンス（Ｌｄ、Ｌｑ）は上がる。マップは当該相関性に基づき、磁石の温度とインダクタンス（Ｌｄ、Ｌｑ）との対応関係を示す。

また磁石温度推定部２０は、磁石温度を上記の所定温度（基準温度）とした場合における、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対するｄｑ軸電流の応答特性を理想応答特性として予め設定している。インバータ７、電流センサ９及びモータ１０を含む制御対象の特性は設計段階で決まるため、当該理想応答特性も設計段階で予め決まっている。

推定部２０は、所定期間（Ｔｓ）内に検出されるｄｑ軸電流と理想応答特性で示されるｄｑ軸電流の理想値との差異を、以下の式２で示される誤差関数（ｅ）を用いて誤差を演算することで、評価する。

式２において、ｓｔはｄｑ軸電流指令値の入力開始時間（図３のｔ_１に相当）、Ｘは入力開始時間（ｓｔ）を始点とした誤差関数による評価時間（図３の時間（Ｔｓ）に相当）、ｉ_{ｄ＿ｉｄｅａｌ}、ｉ_{ｑ＿ｉｄｅａｌ}は理想応答特性の理想値、Ｗｄ、Ｗｑはモータ１０の設計に応じた重み係数を示す。また式２は、過渡状態の電流を表す誤差関数である。

これにより、理想温度特性に対応する温度（基準温度）と実際の磁石温度との差異は、上記の誤差関数から演算された数値で表れる。

磁石温度推定部２０は、誤差関数で演算された演算値に基づきＰＩ−ｄｑ電流制御部２の制御パラメータ（Ｌｄ、Ｌｑ）を設定することで、誤差関数の演算値を小さくするようにＰＩ−ｄｑ電流制御部２を制御する。

磁石温度を一定の温度条件とし、制御パラメータとしてＬｄを変えた場合のｄｑ軸電流の特性を図５ａ、ｂに示す。図５ａは時間に対するｄ軸電流の特性を示し、図５ｂは時間に対するｑ軸電流の特性を示す。図５ａ、ｂにおいて、グラフａ_１、ｂ_１はｄｑ軸電流指令値の特性を、グラフａ_２、ｂ_２は理想応答特性を、グラフａ_３、ｂ_３はｄ軸インダクタンスをＬｄ_３とした場合の電流センサ９の検出値のｄｑ軸電流特性を、グラフａ_４、ｂ_４はｄ軸インダクタンスをＬｄ_４とした場合の電流センサ９の検出値のｄｑ軸電流特性を示す。なお、ｑ軸インダクタンス（Ｌｑ）のパラメータは変えておらず、Ｌｄ_３はＬｄ_４より大きい値とする。

ｄ軸インダクタンスをＬｄ_３とした場合の誤差関数の値（ｅ_３）は、ｄ軸インダクタンスをＬｄ_４とした場合の誤差関数の値より小さくなっており、ｄ軸インダクタンスＬｄ_３の特性は、ｄ軸インダクタンスＬｄ_４の特性と比較して理想応答特性に近づいている。そして、磁石温度推定部２０のマップ上で、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ_３）に対応する温度をＴ_３とし、ｄ軸インダクタンス（Ｌｄ_４）に対応する温度をＴ_４（＜Ｔ_３）した場合には、図５の温度条件において、ｄ軸インダクタンスのパラメータをＬｄ_４にすると、誤差関数の値（ｅ）がより小さくなり、ｄｑ軸電流特性が理想応答特性により近づいているため、磁石の実際の温度はＴ_４に近い温度になっている。

図６に、磁石温度を一定にした場合の、パラメータ（Ｌｄ）と誤差関数との関係を示す。図６に示すように、誤差関数の演算値（ｅ）は、パラメータに応じた異なる値となるが、演算値には収束点（ｅ_ｍ）がある。そのため、磁石温度推定部２０は、当該収束点をみつけるように、複数のパラメータを用いて誤差関数による誤差値を演算する。すなわち、磁石温度推定部２０は、誤差関数の演算値が小さくなるように、ｄ軸インダクタンスのパラメータを変えつつ、上記の誤差関数による評価を行い、演算値（ｅ）を収束させる。そして、推定部２０は、マップを参照し、収束した演算値（ｅ_ｍ）の誤差演算の際に用いたパラメータ（Ｌｄ_ｍ）に対応する温度を抽出し、抽出した温度を、磁石の温度として推定する。

これにより、磁石温度推定部２０は、ＰＩ−ｄｑ軸電流制御部２に含まれるパラメータのうち、磁石温度に対して依存性をもつパラメータによって生じている、ｄｑ軸電流の理想応答特性とｄｑ軸電流の電流センサ９の検出値特性との差異を評価することで、モータ１０の磁石の磁石又は温度を推定する。

次に、モータ状態推定モードにおける磁石の温度の推定制御について説明する。電流指令値演算部１は、モータ制御モードにおける演算と同様に、マップを参照しつつ、トルク指令値等に対応するｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を演算し、推定用電流指令値演算部３０に出力する。

磁石温度推定部２０は磁石温度を推定してからの経過時間を計測する。また、上記のモータ電流制御モード又はモータ状態推定モードで磁石温度を推定すると経過時間をリセットして、再度、経過時間を計測する。磁石温度推定部２０には、磁石の温度を常時管理するための時間の閾値が、管理時間閾値として予め設定されている。管理時間閾値は、磁石温度を推定するための時間間隔を示している。

また、磁石温度推定部２０は、モータ電流制御モードで磁石温度を推定可能なｄｑ電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）が入力されたタイミングで、磁石温度を推定している。そのため、モータ１０が過渡状態で動作している間は、磁石温度は頻繁に推定され、磁石温度を推定してからの経過時間は短くなる。

一方、モータ１０の定常状態が継続した場合には、モータ電流制御モードにおいて磁石温度が推定されてない。そのため、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定してからの経過時間と管理時間閾値とを比較し、経過時間が管理時間閾値以上になった場合には、推定用電流指令値演算部３０に対して、モータ状態推定モードに切り替えるための指令を送信する。

推定用電流指令値演算部３０は、磁石温度推定部２０からモード状態推定モードに切り替えるための指令を受信すると、モータ１０の回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）と回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）とを比較する。あるいは、推定用電流指令値演算部３０は、磁石温度推定部２０からモード状態推定モードに切り替えるための指令を受信すると、モータ１０のトルクの変化量とトルク閾値とを比較する。

本例は、モータ１０の回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）未満であるとき、すなわち定常状態である場合に、回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）がゼロであるか否かに応じて、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の演算制御を変えている。また本例は、モータ１０のトルクの変化量がトルク閾値未満であるとき、すなわち定常状態である場合に、トルクの変化量がゼロであるか否かに応じて、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の演算制御を変えている。まず、変化量（ΔＮ）がゼロである場合について説明する。なお、以下の説明では、回転数変化量に基づく制御について説明するが、トルク変化量に基づく制御についても、下記の回転数変化量（ΔＮ）及び回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）を、トルク変化量及びトルク閾値に代替することで説明できる。

モータ１０の回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）未満であり、かつ、変化量（ΔＮ）がゼロである場合には、推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値演算部１により演算された電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に基づき、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

図７を用いて、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の演算制御について説明する。図７は、定トルク曲線を示すグラフであり、横軸はｄ軸電流（ｉ_ｄ）を縦軸はｑ軸電流（ｉ_ｑ）を示す。図７の点Ａは、電流指令値演算部１で演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を示している。ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）は、電流指令値演算部１のマップを参照しつつ演算された指令値であって、モータ１０を高効率で動作させる指令値である。そして、点Ａを含む定トルク線上で、電流指令値を移動させると、モータ１０のトルクは点Ａの指令値により出力されるトルクと同じである。しかしながら、モータ１０の効率は、点Ａの指令値で制御したときの効率よりも低くなる。

そのため、推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値演算部１のｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応するモータ１０のトルクを維持しつつ、当該ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と異なる推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。このとき、推定用電流指令値演算部３０は、指令値の変化に伴う誘導電圧を下げるために、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の電流位相を進角させて（図７において、ｄ軸成分の磁束を下げる方向）、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。図７の点Ｂで示される電流指令値が、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に相当する。すなわち、推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）によりモータ１０から出力されるトルクを変動させることなく、電流指令値を、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）から推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に変化させることで、図３のグラフａ_１及びｂ_１に示すようなステップ状の電流指令値を生成している。

このとき、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差は、電流応答性を演算可能な最小限の値にする。偏差は、予め設定されてもよく、推定された温度に応じて設定されてもよい。

ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差が大きいほど、電流指令値の変化量は大きくなる。その一方で、モータ１０の効率は低くなる。そのため、モータ１０の効率の最適値に相当する電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）から、定トルク線上で、電流指令値を移動させる際には、推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値の偏差を最小限とするように、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算することで、モータ１０の効率の低下を抑制している。

また、推定用電流指令値演算部３０は、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の出力時間を、モータ１０の時定数の１０倍以下に設定している。モータ１０の時定数は、指令値の入力に対する電流の応答性を時間で示しており、モータ１０の巻線抵抗及びインダクタンスにより決まる値である。

推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の時間をモータ１０の時定数の１０倍より長くした場合には、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の時間に対して電流応答性を取得できる時間（言い換えると、指令値（又は理想値）と実際の電流の検出値との間に、偏差が生じている時間）の割合が多くなる。そのため、モータの効率を下げる時間を長くしても、電流応答性に基づく磁石温度の推定精度をさらに高めることができない。一方、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の時間が、モータ１０の時定数の１０倍の時間よりも、極端に短い場合には、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定可能な程度に電流応答特性を取得ことが困難である。そのため、推定用電流指令値演算部３０は、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の時間を、モータ１０の時定数の１０倍以下に設定している。

そして、推定用電流指令値演算部３０は、モータ１０の時定数の１０倍以下の時間で、パルス状の推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２の減算器側に出力する。

図８に、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）と、モータ１０のｄｑ軸電流の検出値との関係を示す。図８のグラフａは、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の時間特性を示し、グラフｂはｄｑ軸電流の検出値の時間特性を示す。時間（Ｔｒ）は、ステップ状の推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）のハイレベルの時間であり、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の出力時間を示す。

図８に示すように、ステップ状の推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２に入力することで、ｄｑ軸電流の検出値は時間遅れをもった特性で出力される。

磁石温度推定部２０は、モータ電流制御モードと同様に、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）が入力されるタイミングから所定の期間（Ｔｓ）、ｄｑ−３相変換部１３の出力値をサンプリングすることで、当該期間（Ｔｓ）におけるｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）の特性を演算することで、電流応答特性を求める。そして、磁石温度推定部２０は、誤差関数を用いつつ、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）とｄｑ軸電流の電流センサ９の検出値特性との差異を評価することで、モータ１０の磁石の磁石又は温度を推定する。

磁石温度推定部２０は、モータ状態推定モードで磁石温度の推定を終えると、モータ電流制御モードに切り替えるための指令を、推定用電流指令値演算部３０に出力する。そして、推定用電流指令値演算部３０は、当該指令を受信することでモータ状態推定モードからモータ電流制御モードに戻す。これにより、モータ１０の定常状態が、所定の時間、継続し、回転数の変化量（ΔＮ）がゼロである場合に、本例のモータ制御装置は磁石温度を推定できる。

次に、変化量（ΔＮ）がゼロである場合について説明する。モータ１０の回転数（Ｎ）の変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）未満であり、かつ、変化量（ΔＮ）がゼロでない場合には、電流指令値演算部１により演算される電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）は、変化量（ΔＮ）に応じて変化する。そして、推定用電流指令値演算部３０は、電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の変化後の指令値に基づき、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

図９を用いて、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の演算制御について説明する。図９は、定トルク曲線を示すグラフであり、横軸はｄ軸電流（Ｉｄ）を縦軸はｑ軸電流を示す。図９の点Ａ、Ｂは、電流指令値演算部１で演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を示しており、点Ａはモータ１０の回転数の変化前の値を示し、点Ｂはモータ１０の回転数の変化後の値を示している。点Ｃは推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を示す。

回転数の変化に伴い、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）が点Ａの状態から点Ｂの状態に遷移する。また、定トルク曲線も遷移する。推定用電流指令値演算部３０は、点Ｂの電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）によりモータ１０から出力されるトルクを維持しつつ、電流指令値を、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）から推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に変化させることで、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

点Ａで示されるｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差は、上記と同様に、電流応答性を演算可能な最小限の値に設定されている。

そして、磁石温度推定部２０は、上記と同様に、推定用軸電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）が入力されるタイミングから所定の期間（Ｔｓ）、ｄｑ−３相変換部１３の出力値をサンプリングすることで、当該期間（Ｔｓ）におけるｄｑ軸電流（ｉ_ｄ、ｉ_ｑ）の特性を演算することで、電流応答特性を求め、磁石温度を推定する。

磁石温度推定部２０は、モータ状態推定モードで磁石温度の推定を終えると、モータ電流制御モードに切り替えるための指令を、推定用電流指令値演算部３０に出力する。推定用電流指令値演算部３０は、モータ状態推定モードからモータ電流制御モードに戻す。これにより、モータ１０の定常状態が、所定の時間、継続し、回転数の変化量（ΔＮ）がゼロでない場合に、本例のモータ制御装置は磁石温度を推定できる。

なお、上記のとおり、磁石温度の推定制御は、電流応答特性を求めることで磁石の温度を推定しており、フィードバック制御を前提としている。そのため、モータ電流制御モード及びモータ状態推定モードにおける磁石温度の推定制御は、インバータ７がＰＷＭ制御方式で駆動している場合に、実行される。

次に、図１０を用いて、本例のモータ制御装置における磁石温度の推定の制御手順を説明する。図１０は、本例のモータ制御装置における磁石温度の推定の制御フローを示すフローチャートである。なお、以下の制御フローの説明では、回転数変化量に基づく制御について説明するが、トルク変化量に基づく制御フローについても、下記の回転数変化量（ΔＮ）及び回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）を、トルク変化量及びトルク閾値に代替することで説明できる。

ステップＳ１にて、電流指令値演算部１は、マップを参照しつつトルク指令値等に基づきｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を演算する。ステップＳ２にて、推定用電流指令値演算部３０は、前回検出されたモータ１０の回転数と、今回検出されモータ１０の回転数との変化量（ΔＮ）を演算し、演算した変化量（ΔＮ）と回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）とを比較する。

変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）以上である場合には、推定用電流指令値演算部３０は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）をＰＩ−ｄｑ電流制御部２に出力する。磁石温度推定部２０は、当該ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に基づいて電流応答特性を求めつつ、磁石温度を推定する。また、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定した時点からの経過時間をリセットした上で、経過時間を計測する（ステップＳ３）。そして、図１０の制御フローを終了する。

ステップＳ２に戻り、変化量（ΔＮ）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）未満である場合には、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定した時点からの経過時間が管理時間閾値を経過したか否かを判定する（ステップＳ４）。

経過時間が管理時間閾値していない場合には、このタイミングで磁石温度を推定しなくてもよいため、図１０の制御フローを終了する。

一方、経過時間が管理時間閾値した場合には、モータ１０の定常状態で磁石温度を推定巣するために、推定用電流指令値演算部３０は、モータ電流制御モードからモータ状態推定モードに切り替える（ステップＳ５）。

ステップＳ６にて、推定用電流指令値演算部３０は、ステップＳ２で演算した変化量（ΔＮ）がゼロであるか否かを判定する。変化量（ΔＮ）がゼロである場合には、ステップＳ７にて、推定用電流指令値演算部３０は、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算し、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２に出力する。

磁石温度推定部２０は、当該推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいて電流応答特性を求めつつ、磁石温度を推定する。また、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定した時点からの経過時間をリセットした上で、経過時間を計測する（ステップＳ８）。そして、図１０の制御フローを終了する。

ステップＳ６に戻り、変化量（ΔＮ）がゼロでない場合には、ステップＳ９にて、推定用電流指令値演算部３０は、回転数の変化後のｄｑ電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応する推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算し、ＰＩ−ｄｑ電流制御部２に出力する。ｄｑ電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応する推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）は、回転数の変化後のｄｑ電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）により出力されるトルクを維持させつつ、所定の偏差を加えた電流指令値である。

磁石温度推定部２０は、当該推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいて電流応答特性を求めつつ、磁石温度を推定する。また、磁石温度推定部２０は、磁石温度を推定した時点からの経過時間をリセットした上で、経過時間を計測する（ステップＳ１０）。そして、図１０の制御フローを終了する。

上記のように、本例は、電流指令値演算部１で演算されたｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）とは異なる推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいてモータ１０の電流を制御し、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいたモータ１０の電流制御中に、モータ１０の電流応答特性を求めることで、磁石の温度又は磁束を推定する。これにより、本例は、磁石の温度又は磁束を高い精度で推定することができる。また、本例はモータの状態によらず、磁石の温度又は磁束を高い精度で推定できる。

また本例は、モータの回転数の偏差（変化量に相当）が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）未満である場合には、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に対応した電圧をインバータ７からモータ１０に出力するように、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づきモータ１０の電流制御しつつ、磁石の温度又は磁束を推定する。また、モータの回転数の偏差が回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）以上である場合には、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応した電圧をインバータ７からモータ１０に出力するように、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に基づきモータ１０の電流制御しつつ、磁石の温度又は磁束を推定する。これにより、本例はモータの状態によらず、磁石の温度又は磁束を高い精度で推定できる。

また本例は、インバータ７を制御する指令値（ｄｑ軸電流指令値又は推定用電流指令値）の理想応答特性及び当該指令値に対して電流センサ９で検出された検出値の特性から、モータ１０の磁石の温度を推定する。これにより、磁石の温度の推定精度を高めることができる。

また本例は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応するモータ１０のトルクを維持させた推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。これにより、本例はトルクを維持しつつ、電流過渡状態を作り出すことができ、その結果として、磁石の温度又は磁束を推定できる。

また本例は、変化後のｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応するモータ１０のトルクを維持させた推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。これにより、本例は変化後のトルクを維持しつつ、電流過渡状態を作り出すことができ、その結果として、磁石の温度又は磁束を推定できる。

また本例は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差は、前記電流応答性を演算可能な最小限の値に設定されている。これにより、モータ１０の効率低下を抑制できる。

また本例は、ＰＷＭ制御方式及び矩形波制御方式のいずれか一方の制御方式を選択し、ＰＷＭ制御方式を選択している場合に推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいて磁石温度を推定する。これにより、フィードバック制御方式による制御中に、磁石の温度又は磁束を推定できる。

また本例は、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の出力時間をモータの時定数の１０倍以下にする。これにより、電流応答特性の演算精度を確保しつつ、モータ１０の効率低下を最小限にすることができる。

なお、本発明の変形例として、推定用電流指令値演算部３０は、推定される磁石の温度が高いほど、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差を小さくするように、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

図２に示したように、磁石の温度が高い状態で、モータ１０の効率を低下させるように、モータ１０を駆動させると、磁石の温度がさらに高くなる。そのため、変形例は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）との偏差を小さくすることで、磁石の温度の上昇幅を抑制し、不可逆減磁の発生を防ぐ。これにより、モータ１０の磁石を高温から保護できる。

なお、本発明の変形例として、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の出力時間を、モータ１０の熱時定数又はインバータ７の熱時定数以下に設定する。これにより、インバータ７の効率の低下を最小限に抑え、モータ１０の磁石の温度上昇を抑制できる。

なお、推定用電流指令値演算部３０は、モータ１０の回転数の変化量（ΔＮ）と回転数閾値（ΔＮ_ｔｈ）とを比較し、その比較結果に応じて、モータ電流制御モード及びモータ状体推定モードのいずれか一方のモードを選択した上で、磁石温度を推定したが、例えば、トルク指令値の変化量と所定の閾値とを比較し、その比較結果に応じてモードを選択し、磁石温度を推定してもよい。また、推定用電流指令値演算部３０は、モータ１０の回転数指令値の変化量と所定の閾値とを比較し、その比較結果に応じてモードを選択し、磁石温度を推定してもよい。また、推定用電流指令値演算部３０は、モータ１０のトルク検出値の変化量と所定の閾値とを比較し、その比較結果に応じてモードを選択し、磁石温度を推定してもよい。トルク検出値は、例えばトルクセンサにより検出すればよい。

なお本例は、ｄ軸電流及びｑ軸電流の両方の電流について誤差を評価することで、磁石温度を推定したが、ｄ軸電流またはｑ軸電流のいずれか一方の電流に関する特性に基づいて、磁石温度を推定してもよい。

また本発明は、非干渉制御部３に含まれるパラメータを設定することで、磁石温度を推定してもよい。

上記の電流指令値演算部１及び推定用電流指令値演算部３０が本発明の「指令値演算手段」に相当し、インバータ７が本発明の「変換回路」に相当し、電流センサ９又位置センサ１１が「センサ」に相当し、少なくとも電流指令値演算部１、磁石温度推定部２０、及び推定用電流指令値演算部３０を含んだ制御部及び演算部が本発明の「制御手段」に相当する。

《第２実施形態》
本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）の演算制御の一部が異なるこれ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図１１は、定トルク曲線を示すグラフであり、横軸はｄ軸電流（ｉ_ｄ）を縦軸はｑ軸電流（ｉ_ｑ）を示す。推定用電流指令値演算部３０は、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対応するモータ１０のトルクを維持しつつ、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）と異なる推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する際に、ｑ軸成分の電流の指令値がより大きくなるように、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に対して、所定の偏差を加えることで演算される推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）には、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の電流位相を遅角させることで演算される指令値と、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の電流位相を進角させることで演算される指令値が考えられる。

図１１の点Ａの値を、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）としたとき、点Ｂはｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の電流位相を遅角させた推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に相当し、点Ｃはｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）の電流位相を進角させた推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に相当する。なお、図１１において、点Ａ〜Ｃの条件として、点Ａと点Ｂとを結ぶ線分ＡＢの長さは、点Ａと点Ｃとの間を結ぶ線分ＡＣの長さと等しい、とする。そして、線分ＡＢの長さ及び線分ＡＣの長さはｄｑ軸電流指令値（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）に加えられる偏差に相当する。

また、点Ａと点Ｂとの間のｑ軸成分の電流指令値の大きさをΔｉ_ｑ１とし、点Ａと点Ｃとの間のｑ軸成分の電流指令値の大きさをΔｉ_ｑ２とすると、図１１に示す条件では、Δｉ_ｑ１はΔｉ_ｑ２より大きい。そして、電流応答に基づいて磁石温度を推定する際の特性として、ｑ軸成分電流の方が、ｄ軸成分の電流よりも、インダクタンスの感度を高められる。

そのため、推定用電流指令値演算部３０は、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を進角させることで演算される電流指令値と、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を遅角させることで演算される電流指令値とのうち、ｑ軸電流指令値の変化量が大きい方の電流指令値を、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）として、演算する。

これにより、本例は、磁石温度又は磁束を推定する際にインダクタンス感度を高めることができる。その結果として、磁石温度又は磁束の推定精度を高めることができる。

なお本発明の変形例として、推定用電流指令値演算部３０は、推定される磁石の温度が所定の温度閾値未満である場合には、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を進角又は遅角させることで推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算し、推定される磁石の温度が所定の温度閾値以上である場合には、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を遅角させることで推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。

磁石の温度が高い状態で、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を進角させた推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）に基づいてモータ１０を制御した場合には、モータ１０の磁石の磁束密度は低下する。図２に示すように、磁石の温度が高い状態では、磁束密度を低下した上で、元の状態に戻ろうとしたとしても、クニック点を通過するために、不可逆減磁が発生する。そのため、変形例は不可逆減磁が発生を抑制するために、上記のように、推定される磁石の温度が所定の温度閾値以上である場合には、ｄｑ軸電流指令値の電流位相を遅角させて、推定用電流指令値（ｉ_ｄ１ ^＊、ｉ_ｑ１ ^＊）を演算する。これにより、変形例はモータ１０の磁石を保護できる。

１…電流指令値演算部
２…ＰＩ−ｄｑ電流制御部
３…非干渉制御部
４…ｄｑ−３相変換部
５…変調率演算部
６…三角波比較部
７…インバータ（変換回路）
８…直流電源
９…電流センサ
１０…モータ
１１…位置センサ（ＰＳ）
１２…角速度演算部
１３…ｄｑ−３相変換部
１４…ＰＩ−ｄｑ＿ｎ電流制御部
１５、１６…ｄｑ−３相変換部
２０…磁石温度推定部
３０…推定用電流指令値演算部

Claims (11)

1. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
   前記モータの状態を検出するセンサと、
   前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
   前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
   前記モータのトルク指令値の偏差、前記モータの回転数指令値の偏差、前記モータのトルク検出値の偏差、及び前記モータの回転数検出値の偏差の少なくともいずれか一つの偏差が所定値未満である場合に、前記第２モータ電流制御により前記磁石の温度又は前記磁束を推定し、
   前記モータのトルク指令値の偏差、前記モータの回転数指令値の偏差、前記モータのトルク検出値の偏差、及び前記モータの回転数検出値の偏差の少なくともいずれか一つの偏差が所定値以上である場合には、前記第１モータ電流制御における前記モータの電流応答性を求めることで、前記磁石の温度又は前記磁束を推定する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
   前記モータの状態を検出するセンサと、
   前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
   前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
   前記モータの電流指令値の特性、又は、前記電流指令値に対する前記モータの出力もしくは前記変換回路の出力の理想応答特性を示す第１特性と、前記電流指令値に対して前記センサで検出された検出値の特性を示す第２特性とを比較することで、前記電流応答特性を演算する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
   前記モータの状態を検出するセンサと、
   前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   トルク指令値に基づいて、前記モータの電流指令値を演算する指令値演算手段を有し、
   前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
   前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
   前記指令値演算手段は、
   前記第１モータ電流制御では前記モータへの指令値を第１電流指令値として演算し、
   前記第２モータ電流制御では前記モータへの指令値を第２電流指令値として演算し、
   前記第２電流指令値は、前記第１電流指令値に対応する前記モータのトルクを維持させた値である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
   前記モータの状態を検出するセンサと、
   前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   トルク指令値に基づいて、前記モータの電流指令値を演算する指令値演算手段を有し、
   前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
   前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
   前記指令値演算手段は、
   前記第１モータ電流制御では前記モータへの指令値を第１電流指令値として演算し、
   前記第２モータ電流制御では前記モータへの指令値を第２電流指令値として演算し、
   前記第２電流指令値は、変化後の前記第１電流指令値に対応する前記モータのトルクを維持させた値である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項３又は４に記載のモータ制御装置において、
   前記第１電流指令値と前記第２電流指令値との偏差は、前記電流応答特性を演算可能な最小限の値に設定されている
   ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項３又は４に記載のモータ制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記磁石の温度が高いほど、前記第１電流指令値と前記第２電流指令値との偏差を小さくする
   ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
   前記指令値演算手段は、
   前記第１電流指令値の電流位相を進角させることで演算される電流指令値と、前記第１電流指令値の電流位相を遅角させることで演算される電流指令値とのうち、ｑ軸電流指令値の変化量が大きい方の電流指令値を、前記第２電流指令値として演算する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項３〜６のいずれか一項に記載するモータ制御装置において、
   前記指令値演算手段は、
   前記磁石の温度が所定の温度未満である場合には、前記第１電流指令値の電流位相を進角又は遅角させて前記第２電流指令値を演算し、
   前記磁石の温度が前記所定の温度以上である場合には、前記第１電流指令値の電流位相を遅角させて前記第２電流指令値を演算する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
9. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
   前記モータの状態を検出するセンサと、
   前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
   前記変換回路は、一対で接続された複数のスイッチング素子を有し、
   前記制御手段は、
   前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
   前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
   前記複数のスイッチング素子を、ＰＷＭ制御方式及び矩形波制御方式のいずれか一方を選択して制御し、
   前記ＰＷＭ制御方式を選択している場合に前記第２モータ電流制御により前記モータを制御する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
10. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
    前記モータの状態を検出するセンサと、
    前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
    前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
    前記第２モータ電流制御における前記モータへの指令値の出力時間を、前記モータの時定数の１０倍以下にする
    ことを特徴とするモータ制御装置。
11. 電源から入力される電力を変換し、モータに供給する変換回路と、
    前記モータの状態を検出するセンサと、
    前記モータへのトルク指令又は前記モータへの回転数指令と前記センサの検出値とに基づいて前記モータの電流を制御する第１モータ電流制御により、前記モータを制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記第１モータ電流制御で演算される前記モータへの指令値とは異なる指令値に基づいて前記モータの電流を制御する第２モータ電流制御により、前記モータを制御し、
    前記第２モータ電流制御における前記モータの電流応答特性を求めることで、前記モータに設けられた磁石の温度又は磁束を推定し、
    前記第２モータ電流制御における前記モータへの指令値の出力時間を、前記モータ又は前記変換回路の熱時定数以下にする
    ことを特徴とするモータ制御装置。

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