WO2008013167A1

WO2008013167A1 - Système d'entraînement de moteur à flux magnétique variable

Info

Publication number: WO2008013167A1
Application number: PCT/JP2007/064494
Authority: WO
Inventors: Kazuaki Yuuki; Kazuto Sakai; Hiroshi Mochikawa
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2008-01-31
Also published as: US20130334991A1; US20120181970A1; CA2659088C; CA2659088A1; US8179068B2; US8884576B2; AU2007277772A1; AU2007277772B2; US20140184133A1; EP2048772B1; CN105871143A; CN103812411A; US9680406B2; US8552678B2; US20090261774A1; CN105871143B; CN102624314A; CA2813526A1; EP2048772A4; CN103812411B

Description

明細書

可変磁束モータドライブシステム

技術分野

[0001] 本発明は、可変磁束モータドライブシステムに関する。

背景技術

[0002] 従来の誘導モータ（IMモータ）に代わり、効率に優れ、小型化や低騒音化も期待できる永久磁石同期モータ（PMモータ）が普及し始めている。例えば、鉄道車両ゃ電気自動車向けの駆動モータとして PMモータが利用されるようになってきている。

[0003] IMモータは、磁束自体を固定子からの励磁電流によって作り出すため、励磁電流を流すことによる損失が発生する技術的な問題点がある。

[0004] 他方、 PMモータは、回転子に永久磁石を備え、その磁束を利用してトルクを出力するモータであるので、このような IMモータの抱える問題はない。しかしながら、 PM モータは、その永久磁石のために回転数に応じた誘起電圧が発生する。鉄道車両や自動車など、回転範囲が広い応用分野では、最高回転数において生じる誘起電圧によって、 PMモータを駆動制御するインバータが（過電圧によって)破壊しないことが条件となる。この条件を満たすためには、インバータの耐圧を十分に高いものとするか、あるいは逆に、モータに備える永久磁石の磁束を制限するかする必要がある。前者は、電源側への影響もあり、後者を選択することも多い。その場合の磁束量を、 IMモータの磁束量（IMモータの場合には励磁電流によって作りだすギャップ磁束量）と比較すると 1 : 3程度になるケースもある。この場合、同一のトルクを発生させるためには、磁束量の小さい PMモータでは、大きな（トルク）電流を流す必要がある。このことは、低速域にぉレ、て同一トルクを出力する電流を IMモータと PMモータとで比較すると、 PMモータの方が大きな電流を流す必要があることを意味する。

[0005] このため、 IMモータと比べて、 PMモータを駆動するインバータの電流容量は増加する。さらに、インバータ内のスイッチング素子のスイッチング周波数が高ぐ発生する損失は電流値に依存して増大することから、 PMモータでは低速で大きな損失と発熱が生じることになる。 [0006] 電車などは走行風によって冷却を期待することもあり、低速時に大きな損失が生じることになれば、冷却能力を向上させる必要性力インバータ装置を大型化しなければならなくなってしまう。また逆に、誘起電圧が高い場合、弱め界磁制御を行うことになる力 S、そのときは、励磁電流を重畳することで効率が低下してしまう。

[0007] このように PMモータは、磁石を内在するが故のメリットとデメリットがある。モータとしてはそのメリットの分が大きぐ損失低減や小型化につながる面もある力一方では電車や電気自動車など可変速制御の場合には、従来の IMモータに比べて効率の悪い動作点も存在する。また、インバータにとっては電流容量が増大し、損失も増大することから、装置サイズが大きくなる。システムの効率自体は、モータ側が支配的であるため、 PMモータの適用によって総合効率は改善する力 S、一方ではインバータのサィズが増加することがシステムのデメリットとなり、好ましくない。

[0008] 図 57は、従来の永久磁石同期モータ（PMモータ）ドライブシステムの一例を示すブロック図である。主回路は、直流電源 3、直流電力を交流電力に変換するインバータ 1、このインバータ 1の交流電力により駆動される永久磁石同期モータ 4aで構成される。そして、主回路には、モータ電流を検出するための電流検出器 2、永久磁石同期モータ 4aの回転子回転角度を検出するための回転角度センサ 18が設置されている。インバータ 1は、直流電源 3からの直流電力を交流電力に変換し、永久磁石同期モータ 4aに供給する。永久磁石同期モータ 4aに供給される電流は、電流検出器 2で検出され、電圧指令演算部 210に入力される。

[0009] 次に、この従来システムの制御動作について説明する。ここでの入力は、トルク指令 Tm *である。このトルク指令 Tm *は、永久磁石同期モータ 4aが所望のトルクになるように生成されたものであり、適切な手段により出力される。電流指令演算部 211 は、入力されたトルク指令 Tm *に基づき、 D軸電流と Q軸電流を決定するための D 軸電流指令 W *、及び Q軸電流指令 Iq *を生成して電圧指令演算部 210に出力する。また、永久磁石同期モータ 4aの回転子回転角度は、回転角度センサ 18で検出され、電圧指令演算部 210に出力される。電圧指令演算部 210は、入力された D軸電流指令 Id *、 Q軸電流指令 Iq *に基づき、当該指令に D軸電流 Id及び Q軸電流 I qがー致するように電流が流れるように、 DQ軸電圧指令 Vd *、 Vq *を演算して生成する。その際、電圧指令演算部 210は、電流偏差に PI制御を施し、 DQ軸電圧指令を求める。その後、電圧指令演算部 210は、 DQ軸電圧指令 Vd *、 Vq *を座標変換して、 3相の電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *を生成し、 PWM回路 6に出力する。ここでは、電圧指令演算部 210が DQ軸電圧指令から 3相の電圧指令への変換も行つている力 S、例えば座標変換部を設けて電圧指令の変換を演算させることも可能である。 PWM回路 6は、入力された 3相の電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *に基づき、インバータ 1のスイッチング素子をオンオフ制御する。

[0010] しかしな力 Sら、図 57に示すように、従来の PMモータドライブシステムにおいては、負荷接触器 209がインバータ 1の交流側に設置される必要がある。永久磁石同期モータ 4aは永久磁石を有しているため、インバータ 1がゲートオフした場合において、惰性でモータが回転してレ、る限り誘起電圧（逆起電圧）が発生する。誘起電圧が直流電源 3の直流電圧より高い場合に、インバータ 1に過電圧力 Sかかると共に、永久磁石同期モータ 4aに対してブレーキ力力 Sかかる。

[0011] 永久磁石同期モータ 4aやインバータ 1が短絡や地絡を起こした場合、誘起電圧によって電流が流れ続け、永久磁石同期モータ 4aやインバータ 1の過熱 '焼損といった問題を引き起こす可能性がある。したがって、当該ドライブシステムにおいて、インバータ 1はゲートオフされると共に、負荷接触器 209は開放される。これにより、インバータ 1に誘起電圧が印加されるのを防ぐと共に、永久磁石同期モータ 4aやインバータ 1 に故障電流が流れ続けるのを防ぐことができる。

[0012] ところが、負荷接触器 209の寿命はその開閉回数に大きく依存する。したがって、開閉頻度が高い負荷接触器 209は、部品としての故障率が高く寿命が短くなるという問題がある。システムの信頼性を向上するため、図 57に示すように、各相に負荷接角虫器 209a, 209b ; 209c, 209d ; 209e, 209fを 2重ィ匕して設置するといつたことカ行われているが、根本的な解決になっておらず、また、コストも力、かる問題点があった

〇

[0013] さらに、特開平 11— 299297号公報（特許文献 1)に記載されているように、永久磁石モータを弱め磁束制御するときに、トルク精度を損なうことなく弱め磁束電流を低減し、インバータゃモータの損失，機器の電流定格値を下げるようにしたものが知られているが、励磁電流を流すことによる効率の低下や加熱が生じ、冷却装置の設置等も必要となることから、コスト面や装置の大型化とレ、つた問題点も生じる。

[0014] 従来の永久磁石式同期電動機のドライブシステムの課題を解決する装置のひとつとして、特開平 5— 304752号公報（特許文献 4)には、永久磁石と励磁コイルを組み合わせることにより、磁束を可変とすることが出来る電気自動車用駆動用交流電動機が開示されている。

[0015] 特許文献 4に、低出力運転、高出力運転の何れにおいてもモータ及びインバータを高効率で運転し、システム効率を高める電気自動車駆動用交流モータが記載されている。この電気自動車駆動用交流モータは、界磁磁極に埋め込んだ永久磁石による磁束と、必要に応じて励磁コイルによる磁束とにより界磁磁束を作り、モータ出力に応じて、界磁磁束発生源を永久磁石のみと永久磁石及び励磁コイル双方とに切り替えると共に、回転変圧器を介して励磁電流を供給する。したがって、この電気自動車駆動用交流モータは、モータ出力に応じて、例えば低出力時は永久磁石のみの運転にすることができるため、運転効率が向上する。また、モータの低速域でのモータ電圧を高くすることができるため、電流を低減でき、モータ巻線の銅損やインバータの発生損失を小さくしてシステム効率を向上させることができる。特に、低'中速域で運転されることの多い電気自動車にとってこの効果は大きぐ電流利用効率の向上、一充電走行距離の延長が可能である。

[0016] また、この電気自動車駆動用交流モータは、永久磁石を減磁させないため、インバータ制御が簡単になると共に、異常過電圧が発生せず、機器の保護を図ることができる。また、回転変圧器は高周波動作させることにより小形化が可能であり、モータないしシステム全体の小形軽量化を図ることができる。

[0017] しかしながら、特許文献 4に記載の電気自動車駆動用交流モータでは、励磁コイルによる磁束を発生させる場合には、常に励磁電流を流す必要があるので、励磁電流を流すことによる効率の低下といった問題や、界磁磁極に埋め込んだ永久磁石による誘起電圧の問題等があった。

[0018] これに対し、インバータによる電流によって磁石磁束を可変にすることが可能な可変磁束モータドライブシステムがある。このシステムは、運転条件に合わせて永久磁石の磁束量を変化させることができるため、従来の磁石固定の PMモータドライブシステムに比べて効率の向上が期待できる。また、磁石が不要な際は磁束量を小さくすることで誘起電圧を極力抑制することも可能である。

[0019] しかし、インバータからの磁化電流によって磁石量を可変に制御可能な可変磁束モータを駆動する可変磁束モータドライブシステムお!/、ては、磁束を変化させる磁化処理をどのタイミングで、どのように行うかが重要となる。トルク精度や磁化処理に伴う過渡トルクの発生、また、最高の効率や広い速度範囲に対応するための磁化処理のタイミングなどが必要となる。

[0020] また、可変磁石の BH特性 (磁化磁束密度特性）が、インバータからの磁化電流に対し急峻な応答を示すため、磁化の仕方によって磁束にばらつきが生じやすい。このような場合、トルクの繰り返し精度が損なわれ、品質の悪いドライブシステムとなり得る。

[0021] また、可変磁石の磁化を行う場合には、インバータから過大な電流を流すことが必要であり、その場合、固定子の飽和があり、可変磁石を減磁する場合に比べ、増磁する場合には、より大きな電流を流す必要がある。また、過大な電流が必要になると、インバータのスイッチング素子の電流容量が増大するだけでなぐインバータのスイツチング素子も耐圧を高くしなければならない。そのため、磁化処理のためだけにスィツチング素子容量が増大し、コストアップを引き起こす。また、過大な電流をかけることで、瞬時的な発熱もあり、インバータが短時間の発熱に耐えられるように熱容量を増カロさせる必要がある。

特許文献 1 :特開平 11 299297号公報

特許文献 2：米国特許第 6800977号公報

特許文献 3 :米国特許第 5977679号公報

特許文献 4 :特開平 5— 304752号公報

発明の開示

[0022] 本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、 1つの目的は、可変磁石であることによるトルク精度の劣化の抑制や磁化処理に伴う過渡トルクの抑制を図り、さらには、システム全体の効率を向上し広い速度範囲に対応できる可変磁束モータドライブシステムを提供することにある。

[0023] 本発明の別の目的は、インバータからの磁化電流によって磁束量を可変に制御可能な可変磁束モータを駆動する可変磁束モータドライブシステムであって、可変磁石の磁束の繰り返し精度を改善し、トルク精度を向上できる可変磁束モータドライブシステムを提供することである。

[0024] 本発明のまた別の目的は、インバータの電流容量や熱容量を増加させることなぐ簡便な回路によって可変磁石を磁化することができる可変磁束モータドライブシステムを提供することにある。

[0025] 本発明のさらに別の目的は、永久磁石モータに代えて、磁石磁束を可変に制御できる可変磁束モータを適用し、用いられる可変磁石の磁束に基づく逆起電圧を簡易な装置で状況に応じて抑え、高速域においてブレーキ力力 Sかかるのを防ぐと共に、システムを安全に保護する可変磁束モータドライブシステムを提供することを課題とす

[0026] 上記目的を達成するために、本発明の 1つの特徴は、固定磁石と可変磁石とを用いた可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束モータドライブシステムにおいて、前記可変磁束モータのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、前記ィンバータからの磁化電流によって磁束を可変させて前記可変磁石を磁化させる可変磁束制御部と、前記トルク指令生成部からのトルク指令に基づく DQ軸電流基準と前記可変磁束制御部からの DQ軸磁化電流指令とを切り替える切替器と、前記可変磁束制御部に対し所定の条件が成立したときに前記可変磁石を磁化させる要求を発生する磁化要求生成部と、前記切替器からのトルク指令に基づく DQ軸電流基準又は DQ軸磁化電流指令に基づいて前記インバータを制御するためのゲート指令を生成するゲート指令生成部とを備えた可変磁束モータドライブシステムである。

[0027] 本発明の 1つの特徴によれば、可変磁石であることによるトルク精度の劣化の抑制や磁化処理に伴う過渡トルクの抑制を図り、さらには、システム全体の効率を向上し広レ、速度範囲に対応できる。

[0028] 本発明の別の特徴は、永久磁石を用いた永久磁石モータと、前記永久磁石モータを駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化手段とを備え、前記永久磁石は、当該永久磁石の磁束密度が前記インバータからの磁化電流によって可変できる可変磁石を少なくとも一部に有し、前記磁化手段は、前記可変磁石の磁性体の磁化飽和領域以上の磁化電流を流す可変磁束モータドライブシステムである。

[0029] 本発明のまた別の特徴は、永久磁石を用いた永久磁石モータと、前記永久磁石モータを駆動するインバータと、前記永久磁石の磁束を制御するために磁化電流を流す可変磁束制御手段と、前記永久磁石モータの電流を検出する手段と、前記永久磁石モータへ印加した電圧、電流及びモータパラメータである巻線インダクタンスに基づき、磁束量を推定する磁束推定手段とを備え、前記永久磁石は、当該永久磁石の磁束密度が前記インバータからの磁化電流によって可変できる可変磁石を少なくとも一部に有する可変磁束モータドライブシステムである。

[0030] 上記の本発明の別の特徴によれば、インバータからの磁化電流によって可変磁石の磁束量を制御しながら可変磁束モータを駆動することができ、可変磁石の磁束の繰り返し精度を改善し、トルク精度を向上できる。

[0031] 本発明のさらに別の特徴は、固定磁石と可変磁石とを有した可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束モータドライブシステムであって、前記可変磁束モータのトルクがトルク指令となるように前記インバータを制御する主制御部と、前記可変磁束モータの可変磁石を磁化する磁化巻線と、前記磁化巻線に磁化電流を供給する磁化回路とを備えた可変磁束モータドライブシステムである。

[0032] 上記の本発明のさらに別の特徴によれば、インバータの電流容量や熱容量を増加させることなぐ簡便な回路によって可変磁石を磁化することができる。

[0033] 本発明のまたさらに別の特徴は、少なくとも低保持力の永久磁石である可変磁石を有する永久磁石モータと、前記永久磁石モータを駆動するインバータと、前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否力、を判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する減磁判断部と、前記減磁判断部により生成された減磁信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行う 1以上の減磁部とを備えた可変磁束モータドライブシステムである。

[0034] 上記の本発明のまたさらに別の特徴によれば、可変磁束モータドライブシステムの保護が必要とされる場合やインバータの停止時に減磁を行うので、逆起電圧が抑えられ、ブレーキ力がかかるのを防ぐと共に、システムを安全に保護することができる。図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータの簡易モデル図。

[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータの回転子の構成図。

[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータの固定磁石と可変磁石の BH特性 (磁束密度磁化特性）の特性図。

[図 5]図 5は、図 4の第 2象限（B〉0、 H< 0)のみを定量的に正しい関係にて示す特性図。

[図 6]図 6は、本発明の第 1の実施の形態における磁化要求生成部の内部構成を示すブロック図。

[図 7]図 7は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束制御部の内部構成を示すプロック図。

[図 8]図 8は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作の一例を示すタイミングチャート。

[図 9]図 9は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作の他の一例を示すタイミングチャート。

[図 10]図 10は、本発明の第 2の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 11]図 11は、本発明の第 2の実施の形態におけるトルク指令生成部の内部構成を

[図 12]図 12は、本発明の第 2の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作の一例を示すタイミングチャート。

[図 13]図 13は、本発明の第 3の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 14]図 14は、本発明の第 3の実施の形態における磁化要求生成部の内部構成の一例を示すブロック図。

園 15]図 15は、本発明の第 3の実施の形態の可変磁束モータの加速時の応答波形を示す特性図。

園 16]図 16は、本発明の第 3の実施の形態の可変磁束モータの減速時の応答波形を示す特性図。

園 17]図 17は、本発明の第 3の実施の形態における磁化要求生成部の内部構成の他の一例を示すブロック図。

園 18]図 18は、本発明の第 3の実施の形態における磁化要求生成部の内部構成のさらに他の一例を示すブロック図。

園 19]図 19は、本発明の第 4の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 20]図 20は、本発明の第 4の実施の形態の可変磁束制御部の内部構成を示すブロック図。

園 21]図 21は、本発明の第 4の実施の形態の可変磁束モータ制御のタイミングチヤート。

園 22]図 22は、本発明の第 5の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムで使用する可変磁束モータの断面図。

園 23]図 23は、本発明の第 5の実施の形態で使用する可変磁束モータに採用する 2 つの可変磁石の BH特性図。

[図 24]図 24は、本発明の第 5の実施の形態の可変磁束制御部の内部構成を示すブロック図。

園 25]図 25は、本発明の第 5の実施の形態の可変磁束制御部が参照する磁化電流テーブル。

園 26]図 26は、本発明の第 6の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 27]図 27は、本発明の第 6の実施の形態の可変磁束制御部の内部構成を示すブロック図。

園 28]図 28は、本発明の第 6の実施の形態の可変磁束モータ制御のタイミングチヤート。

園 29]図 29は、本発明の第 7の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 30]図 30は、本発明の第 7の実施の形態における可変磁束モータの回転子の一例の構成図。

園 31]図 31は、本発明の第 7の実施の形態における可変磁束モータの回転子の他の一例の構成図。

園 32]図 32は、本発明の第 7の実施の形態における磁化用変換器の内部構成の一例を示す回路図。

園 33]図 33は、本発明の第 7の実施の形態における磁化用変換器の内部構成の他の一例を示す回路図。

園 34]図 34は、本発明の第 7の実施の形態において、磁化巻線を用いて磁化を行う場合の波形の一例を示す波形図。

[図 35]図 35は、本発明の第 7の実施の形態において、磁化巻線を用いて磁化を行う場合の波形の他の一例を示す波形図。

[図 36]図 36は、本発明の第 7の実施の形態において、磁化回路から回転子の磁化巻線への電力供給を非接触で行う場合の一例を示す構成図。

[図 37]図 37は、本発明の第 7の実施の形態において、磁化回路から回転子の磁化巻線への電力供給を非接触で行う場合の他の一例を示す構成図。

園 38]図 38は、本発明の第 8の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 39]図 39は、本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。

園 40]図 40は、本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムで使用されるインバータの回路図。

園 41]図 41は、本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムで使用される停止減磁判断部の内部構成の一例を示すブロック図。

園 42]図 42は、本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおける減磁制御のタイミングチャート。

[図 43]図 43は、現行ドライブと本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブとの間で磁束の制御を比較した説明図。

園 44]図 44は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 45]図 45は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムで使用される停止減磁判断部の内部構成の一例を示すブロック図。

園 46]図 46は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおける減磁制御のタイミングチャート。

園 47]図 47は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムで使用される停止減磁判断部の内部構成の一例を示すブロック図。

園 48]図 48は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおける減磁制御のタイミングチャート。

園 49]図 49は、本発明の第 11の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 50]図 50は、本発明の第 11の実施の形態において、可変磁束モータの線間を短絡して減磁を行うことができる減磁部の構成例を示す回路図。

園 51]図 51は、本発明の第 12の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 52]図 52は、本発明の第 12の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおける停止減磁判断部の動作を示すフローチャート。

園 53]図 53は、本発明の第 13の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

園 54]図 54は、本発明の第 13の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおける停止減磁判断部の動作を示すフローチャート。

園 55]図 55は、本発明の第 14の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 56]図 56は、本発明の第 15の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

[図 57]図 57は、従来の可変磁束モータドライブシステムのブロック図。

発明を実施するための最良の形態

[0036] 以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

[0037] (第 1の実施の形態）

図 1は、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。まず、ドライブシステムの可変磁束モータ 4を含む主回路について説明する。インバータ 1は直流電源からの直流電力を交流電力に変換し可変磁束モータ 4に供給する。可変磁束モータ 4に供給される電流 Iu、 Iwは電流検出器 2で検出され、座標変換部 7で D軸電流 Id、 Q軸電流 Iqに変換され、電圧指令演算部 10に入力される。電圧指令演算部 10からの D軸電圧指令 Vd *、 Q軸電圧指令 Vq *は座標変換器 5に入力され、 3相の電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *に変換されて PWM回路 6に入力される。 PWM回路 6はゲート指令生成部 15からのゲート指令 Gstによりインバータ 1 のスイッチング素子をオンオフ制御する。一方、可変磁束モータ 4の回転角度 Θは回転角度センサ 18で検出され、疑似微分器 8で微分してインバータ周波数 ω 1が求められ、電圧指令演算部 10や磁束指令演算部 12に入力される。

[0038] ここで、本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータ 4について説明する。図 2は本発明の第 1の実施の形態の可変磁束モータ 4の簡易モデル図である。可変磁束モータ 4の固定子側は既存の永久磁石同期モータと同様であり、回転子側には磁石として、磁性体の磁束密度が固定の固定磁石（FMG) 54と磁性体の磁束密度が可変の可変磁石 (VMG) 53とを有している。永久磁石同期モータの場合は前者の固定磁石のみであり、可変磁束モータの特徴は可変磁石が備わっていることである。いま、磁石の磁化方向を D軸とすると、固定磁石 54及び可変磁石 53は D軸方向に配置されている。また、図 2中の Ldは D軸インダクタンス、 Lqは Q軸インダクタンスである。

[0039] 次に、固定磁石 54や可変磁石 53について説明する。固定磁石（永久磁石）とは、外部から電流などを流さな!/、状態にお!/、て磁化した状態を維持するものである。尚、固定磁石と雖も、その磁束密度がレ、かなる条件にぉレ、ても厳密に変化しな!/、わけではない。永久磁石同期モータであっても、インバータ 1などにより過大な電流を流すことで減磁したり、あるいは逆に着磁したりする。つまり、固定磁石は、その磁束量が変化しないものではなぐ通常の定格運転中に近い状態では、その電流によって磁束密度が概ね変化しないものを指す。

[0040] 一方、可変磁石 53とは、通常の定格運転条件においても、インバータ 1で流し得る電流によって、磁束密度が変化するものを指す。このような可変磁石 53は、磁性体の材質や構造に依存して、ある程度の範囲で設計が可能である。

[0041] 例えば、最近の永久磁石同期モータの固定磁石（永久磁石）としては、残留磁束密度 Brの高いネオジム（NdFeB)磁石を用いることが多い。残留磁束密度 Brが 1. 2T 程度と高いために大きなトルクを小さい体格にて出力可能であり、モータの高出力小型化が求められる EV (電気自動車）、 HEV (ハイブリッド車)や電車には好適である。従来の永久磁石同期モータの場合には、通常の電流によって減磁しないことが要件なので、ネオジム磁石（NdFeB)は非常に高!/、保持力 He (約 1000kA/m)を有していることからも最適な磁性体である。残留磁束密度が大きぐ保磁力の大きい磁石が永久磁石同期モータ用に選定されてレ、るためである。

[0042] ここで、残留磁束密度が高く保持カHcの小さぃァルニコAlNiCo (Hc = 60〜120 kA/m)や FeCrCo磁石（Hc =約 60kA/m)といった磁性体を可変磁石 53とすることが考えられる。インバータ 1によって従来の永久磁石同期モータを駆動する際に流す程度の通常の電流量によって、ネオジム NdFeB磁石の磁束密度（磁束量）はほぼ一定であり、アルニコ AlNiCo磁石などの可変磁石の磁束密度（磁束量）は可変すること力 S可能となる。厳密に言えば、ネオジムは可逆領域で利用しているため、微小な範囲で磁束密度の変動はするが、インバータ電流がなくなれば、当初の値に戻るものである。一方、可変磁石 53は、不可逆領域まで利用するため、インバータ電流がなくなっても、当初の値にならず磁石特性が変化した状態にとどまる。図 2において、可変磁石 53であるアルニコの磁束量も、 D軸方向の量が変動するだけで、 Q軸方向はほぼ零である。

[0043] 図 3は、可変磁束モータ 4の回転子 51の構成図である。ネオジム NdFeBなどの高保磁力な固定磁石 54とアルニコ AlNiCoなどの低保磁力の可変磁石 53とを組み合わせて回転子鉄心 52に配置している。可変磁石 53は、 Q軸方向とその磁化方向が直交するため Q軸電流の影響を受けず、 D軸電流によって磁化することができる。 55 は磁極部である。

[0044] 図 4は、固定磁石 54と可変磁石 53の BH特性 (磁束密度磁化特性）の特性図である。図 4中の S 54は固定磁石 54の BH特性、 S 53は可変磁石 53の BH特性、 Brl は可変磁石 53の残留磁束密度、 Br2は固定磁石 54の残留磁束密度である。また、 Hl satは可変磁石 53の飽和値、 Hc lは可変磁石 53の保持力、 Hc2は固定磁石 54 の保持力である。さらに、 Xはインバータの出力電流による磁化領域である。 Yは可変磁石の磁化飽和領域を示して!/、る。

[0045] また、図 5は、図 4の第 2象限（B〉0、 H < 0)のみを定量的に正しい関係にて示す特性図である。ネオジム NdFeBとアルニコ AlNiCoの場合、残留磁束密度 Brl、 Br2 には有意差はないが、保磁力 Hc l、 Hc2については、ネオジム NdFeB磁石に対し、アルニコ AlNiCo磁石で 1/15〜； 1/8、 FeCrCo磁石で 1/15になる。

[0046] 従来の永久磁石同期モータにおいて、インバータ 1の出力電流による磁化領域 X は、ネオジム NdFeB磁石の保磁力より十分に小さぐその磁化特性の可逆範囲で利用されている。可変磁石 53は、保磁力が上述のように小さいため、インバータ 1の出力電流の範囲において、電流を零にしても電流印加前の磁束密度 Bに戻らない不可逆領域での利用が可能で、磁束密度 (磁束量)を可変にすることができる。

[0047] 可変磁束モータ 4の動特性の等価簡易モデルを（1 )式に示す。このモデルは、 D 軸を磁石磁束方向、 Q軸を D軸に直行する方向として与えた DQ軸回転座標系上のモデルである。

[数 1]

Ri -wlxLq

aAxLd Ri

[0048] ここで、 RI：巻泉抵抗、 Ld : D軸インダクタンス、 Lq： Q軸インダクタンス、 <& FIX :固定磁石の（鎖交）磁束量、 VAR :可変磁石の（鎖交）磁束量、 ω ΐ :インバータ周波数である。 [0049] 次に、図 1を参照しながら可変磁束モータ 4の可変磁束モータドライブシステムの制御について説明する。可変磁束モータドライブシステムの運転指令生成部 16には運転指令 Run *と保護判定部 17で判断された保護信号 PROTとが入力される。運転指令生成部 16は、この運転指令 Run *と保護判定部 17で判断された保護信号 PR OTに基づいて運転状態フラグ Runを生成出力する。

[0050] 基本的には、運転指令 Run *が入った場合 (Run * = 1)に、運転状態フラグ Run を運転状態 (Run= l)にし、運転指令が停止を指示した場合 (Run * =0)では、運転状態フラグ Runを停止状態 (Run = 0)にする。これは、保護判定部 17が保護でなく正常と判断した場合 (PROT=0)であって、保護判定部 17が保護検知した場合 (P ROT= l)には、運転指令 Run *力 S「1」であっても運転状態は運転停止（Run = 0) にする。

[0051] また、運転指令生成部 16は、トルクをかけることを許可するトルク許可フラグ TrqO Nを生成する（TrqON= lでトルクをかけ、 TrqON = 0はトルクをかけない）。運転指令 Run *が「0」から「1」になった場合には、まず磁化処理が行われる。この間、磁化処理を実施中では、磁化完了フラグ FCCmpが「1」になっている。トルク許可フラグ T rqONは、この磁化が完了してから、すなわち、磁化完了フラグ FCCmpが「1」から「 0」になって、初めて「1」になる。これにより、磁化が完了してからトルクを立ち上げるためである。

[0052] 逆に、運転指令 Run *が「1」から「0」、すなわち、運転停止を指示した場合、まず、トルク許可フラグ TrqON = 0にして、トルク指令 Tm *を零まで絞り、その後に、運転状態フラグ Runを停止状態 (Run = 0)にする。この関係については後述する。

[0053] トルク指令生成部 38は、トルク許可フラグ TrqON = 0の場合には、目標値を零にしたトルク指令 Tm *を、 TrqON= lの場合には所望なトルクになるようなトルク指令 T m *を生成する。その過渡状態については、トルク指令の変化率を制限してもよいし、 1次系で応答させてもよぐアプリケーションに依存するものである。場合によっては、ステップ状に変化させるようにしてもよい。

[0054] ゲート指令生成部 15では、運転状態フラグ Runを入力し、インバータ 1に内在するスイッチング素子へのゲート指令 Gstを生成出力する。ゲート指令生成部 15では、運転状態フラグ Runが停止（ = 0)から運転（ = 1)に変わる場合、即時に、ゲートスタート（Gst=l)とし、運転状態フラグ Runが運転（ = 1)から停止（ = 0)に変わる場合、所定時間が経過した後に、ゲートオフ（Gst = 0)にするように作用する。この所定時間経過した後にゲートオフするのは、後述のように、可変磁石 53を所定値に磁化してフリ一ランさせた!/、と!/、う意図による。

[0055] 磁束指令演算部 12では、運転状態フラグ Runとインバータ周波数 ω 1、すなわち、回転子回転周波数 ω を入力として、磁束指令 Φ *を例えば、次式のように生成出

R

力する。尚、本実施の形態では、回転角度センサ（レゾルバ） 18付きの制御としているため、回転角度センサ 18で検出した角度 Θを疑似微分器 8で微分して得られる回転子回転周波数をインバータ出力周波数 ω として利用している。

[数 2]

If {Run = 0) Φ* = Φ min

Else < ωΑ) Φ* = Φ max ■·· ( 2 )

Else Φ* = Φ min

[0056] ここで、 Φ min:可変磁束モータとして取り得る最小磁束量（〉0)、 Φ max:可変磁束モータとして取り得る最大磁束量、 ωΑ:所定の回転周波数。

[0057] すなわち、運転状態フラグ Runが停止の場合 (Run = 0)には、磁束指令 Φ *を最小 Φιηίηにして、運転状態（Run= 1)であって回転周波数 ω Rが所定値より低!/、場合には磁束指令 Φ *を最大 maxとし、また、速度が所定値より高い場合には磁束指令 Φ *を最小 Φ minとする。磁束量の Φ min, Φ maxの設定については後述する

〇

[0058] 電流基準演算部 11では、トルク指令 Tm*と磁束指令 Φ *とを入力として、 D軸電流基準 IdRと Q軸電流基準 IqRを次式のように演算する。

國

IdR = 0 ···( 3 )

/₉？ = * / Φ * ·■·( )

[0059] ここで、（3)式及び（4)式は、可変磁束モータ 4のリラクタンストルクを用いないことを想定した演算式 (モータ極対数 = 1)である。 D軸インダクタンス Ldと Q軸インダクタンス Lqとの差異 A Lがある突極形モータであっても、差異のない非突極形のモータであってもよい。

しかしながら、効率の最適化や所定電流での最大出力を考える場合、リラクタンストルクを考慮することが有効である。この場合、例えば、次式のように演算できる。

[数 4]

[0061] ここで、 Kは D軸電流と Q軸電流の比率であり、前述の効率最適化や最大出力など用途によって変わる値である。最適化を図るためには関数となり、その引数としてはトルクゃ速度など様々である。一般には、簡易的な近似やテーブル化して用いる。

[0062] 磁化要求生成部 29は、磁束指令 Φ *が変化した場合、あるいは運転状態フラグ R 皿が変化した場合に、磁化要求フラグ FCReqを「1」とし、それ以外では「0」とするものである。図 6は磁化要求生成部 29の構成を示しており、 31 , 33は前回値保持部、 30, 34は変化判定部、 32は論理和回路である。

[0063] 磁束指令 Φ *の前回値は前回値保持部 31で保持される。前回値保持部 31の出力は、前回に記憶した磁束指令 Φ *であり、今回の磁束指令値 Φ *と共に変化判定部 30に入力される。変化判定部 30では入力 2つを比較し磁束指令値 Φ *に変化があった場合に「1」を出力し、変化がない場合には「0」を出力する。すなわち、磁束指令 Φ *が変化した場合にのみ「1」とする。これと同様な回路を磁束指令 Φ *に代わり、運転状態フラグ Runについても有し、 2つの変化判定部 30、 34の出力が論理和回路 32に入力され、その論理和が磁化要求フラグ FCReqとして出力される。

[0064] 磁化要求生成部 29の出力である磁化要求フラグ FCReqは、磁束指令 Φ *が変化した場合、あるいは運転状態フラグ Runが変化した場合に「1」（磁化要求あり）となり、それ以外では「0」（磁化要求なし）となる。尚、運転状態フラグ Runが変化する状態とは、インバータが始動するとき、停止するとき、保護で停止するときなどが考えられる。また、ここでは磁束指令 Φ *を用いている力後述する可変磁束制御部 13の磁化電流指令 Im * (磁化電流テーブル 27の出力）の変化で磁化要求 FCReqを生成してもよい。 [0065] 次に、可変磁束制御部 13は、インバータ 1からの磁化電流によって磁束を可変させて可変磁石を磁化させるものである。図 7は、可変磁束制御部 13のブロック図である。可変磁束制御部 13では、磁束指令演算部 12の出力である磁束指令 Φ *を入力し、 D軸磁化電流指令 Idm *と Q軸磁化電流指令 Iqm *を演算し出力する。この生成処理については、以下に説明する。

[0066] 可変磁石を磁化するためには、図 4の可変磁石の BH特性に則り、所定の磁化電流指令 Im *を求める。特に、磁化電流指令 Im *の大きさは、図 4中の Hl sat以上、すなわち、可変磁石 53の磁化飽和領域 Yとなるように設定する。

[0067] よって、磁性体の飽和域まで磁化電流を流すため、磁束指令演算部 12で設定すべき磁束量 Φ ιηίηや (& maxは、可変磁石 53の磁束（磁束密度）がプラス、ないしはマイナスの最大 (飽和）値に、固定磁石分を加算した値として設定するものである。すなわち、可変磁束の磁束量の正の最大値を Φ VARmax (負の最大値の絶対値は正の最大値と等しいとする）、固定磁石の磁束量を Φ FIXとすれば、次式で表すことができる。

[数 5コ

Φ min = - Φ ΥΑΚ max · · · ( 7 )

Φ max = ΡΙΧ + Φ ΥΑ max · · · ( 8 )

[0068] 磁束指令 Φ *を入力とし、対応する磁化電流を記憶した磁化電流テーブル 27によつて、磁束指令 Φ *を得るための磁化電流指令 Im *を出力する。基本的に、磁石の磁化方向を D軸としているので、磁化電流指令 Im *は、 D軸への磁化電流指令 Id m水に^ "えるよつにする。

[0069] しかしながら、永久磁石同期モータは、少なからず、 D軸インダクタンス Ldと Q軸ィンダクタンス Lqに差異があり、リラクタンストルクが発生する。 D軸電流を流すことでトルクが発生する。特に、広い速度範囲を実現している永久磁石リラクタンスモータ（P RMモータ）の場合は顕著である。磁化のためには、定格電流と同等、ないしはそれ以上の電流値が必要であるため、磁化処理の際には大きなリラクタンストルクが瞬時的に発生することが想定される。理想的には、突極性のないモータであっても、前述の過大な磁化電流を流すことにより、部分的磁気飽和が生じることが当然に想定される。これにより、磁化するための磁化電流を流すことで、過渡的なトルクショックが生じ、機械振動を誘発したり、自動車や電車の場合には、乗り心地にも悪影響を与え、好ましくない。

[0070] これを回避するため、 D軸磁化電流のみならず、磁化には影響をしないがトルク低減に寄与する Q軸磁化電流を流すことで、瞬時的なリラクタンストルクの発生を抑制することが可能である。一般に、永久磁石同期モータトルクは次式で示される。

[数 6]

Tm = Φ X Iq + (Ld - Lq) x Id x Iq ■■·( 9 )

[0071] ここで、 D軸磁化電流 Idmを流すとしたとき、トルクが生じないような条件は、次式に求めること力 Sでさる。

[数 7]

Iq = Tm /(Φ + (Ld -Lq)xld) ■■■( 1 0 )

[0072] よって、磁化電流指令に置き代えれば、次式を得る。

[数 8コ

Iq* = Tm /(Φ * + (Ld - Lq)x Idm *) ..'( 1 1 )

[0073] ここで、磁束指令 Φ *を磁束変化前に設定すべきか、磁束変化後に設定すべきか、あるいは、その中間に設定すべきか、という問題がある。可変磁束の磁化は複雑であり、一概に限定することはできない。むしろ、実機にあわせて調整することが必要であり、（11)式の磁束指令を実機測定に基づくテーブル化、ないしは、 D軸磁化電流指令 Idm * , Q軸磁化電流指令 Iqm *をトルク不連続が低減されるような実機検証で求めた関数ないしはテーブルとして持たせる。

[0074] 図 7では、 Q軸磁化電流指令演算部 36にて、磁化電流指令 Im* (すなわち D軸磁化電流指令 Idm*)を入力として、 Q軸磁化電流指令を生成し出力する。切替器 26 にて、磁化完了フラグ FCCmp = lの間、すなわち磁化処理中のみ、 Q軸磁化電流指令 Iqm*として値を出力し、磁化完了フラグ FCCmp = 0の間、すなわち磁化処理完了後は零を与える。 Q軸磁化電流指令演算部 36では、上記（11)式や、あるいは、前述のとおり、実機に基づき過渡トルク低減のための実測した Q軸電流指令を与えるテーブルや関数を持ってもよい。尚、切替器 23も切替器 26と同様に動作し、磁化完了フラグ FCCmp = lの間は Q軸磁化電流指令 Iqm *として値を出力し、磁化完了フラグ FCCmp = 0の間は零を与える。

[0075] 図 7の中で、磁化要求フラグ FCReqは、磁束を切り替えたいという要求の際に、少なくとも一瞬、切替要求状態（ = 1)になる。磁束を確実に可変するために、磁化要求フラグ FCReqを最小オンパルス器 28へと入力する。この出力である磁化完了フラグ FCCmp ( = 1：磁化中、 = 0：磁化完了）は、一旦オン（ = 1 )が入力された場合、所定の時間の間はオフ（ = 0)にならない機能を有する。もし仮に、所定時間を越えて磁化要求フラグがオン（= 1)を維持した場合には、磁化要求フラグ FCReqがオフとなると同時に、磁化完了フラグ FCCmpも即時オフとなる。このように所定時間だけ磁化処理を継続することで、確実な磁化を行うことができる。

[0076] 図 1の切替器 37には、磁化完了フラグ FCCmpが入力され、磁化中（磁化完了フラグ FCCmp= l)の場合、可変磁束制御部 13の出力である DQ軸の磁化電流指令 Id m *， Iqm *を、磁化完了（磁化完了フラグ FCCmp = 0)の場合、電流基準演算部 1 1の出力である DQ軸電流基準 IdR, IqRを、 DQ軸電流指令 Id * , Iq *として出力す

[0077] 以上により生成された DQ軸電流指令 Id *、 Iq *に基づき、当該指令に一致するように電流が流れるように、電圧指令演算部 10は DQ軸電圧指令 Vd *、 Vq *を生成する。そして、座標変換部 5で 3相電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *に変換し、 PWM回路 6を介してゲート信号の生成などが行われる。

[0078] 図 8は、第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作のタイミングチヤートである。図 8では、保護信号 PROTは成立していない状況を示している。時点 1で運転指令 Run *が入力されると、運転状態フラグ Runが立ち上がり、磁束指令 Φ *も Φ 0から maxに変化する。この運転状態フラグ Runの変化及び磁束指令 Φ * の変化にて、磁化要求フラグ FCReqが立ち、それを所定時間（時点 tl〜時点 t2の間）だけオン状態を確保した磁化完了フラグ FCCmpが立つ。磁化完了フラグ FCC mpが磁化中を指す FCCmp = lの期間だけ、 D軸磁化電流指令 Idm *が値を持つている。

[0079] トルク許可フラグ TrqONは磁化完了フラグ FCCmpが「1」から「0」となった時点 t2 で「1」となり、時点 t2からトルク指令 Tm *が立ち上がる。つまり、トルク指令 Tm *は、起動直後に磁化が完了して磁化完了フラグ FCCmp = 0となるまで立ち上がらない。この場合、トルク指令 Tm *は、時点 t2から時点 t3の間で立ち上がる。

[0080] そして、時点 t4で磁束指令 Φ *が (&maxから Φπήηに変化すると、磁化要求フラグ FCReqが立ち、それを所定時間（時点 t4〜時点 t5の間）だけオン状態を確保した磁化完了フラグ FCCmpが立つ。磁化完了フラグ FCCmpが磁化中を指す FCCmp = 1の期間だけ、 D軸磁化電流指令 Idm *及び Q軸磁化電流指令 Ilqm *が値を持つている。

[0081] 次に、時点 t6で運転指令 Run *が入力されなくなると、トルク許可フラグ TrqONが「1」から「0」となり、トルク指令 Tm *は時点 t6から時点 t7の間で立ち下がる。トルク指令 Tm *が零となった時点 t7で運転状態フラグ Runが「 1」から「0」となり、磁束指令 Φ *は Φ 0から maxに変化する。また、磁化要求フラグ FCReqが立ち、それを所定時間（時点 7〜時点 t8の間）だけオン状態を確保した磁化完了フラグ FCCmpが立つ。磁化完了フラグ FCCmpが磁化中を指す FCCmp = lの期間だけ、 D軸磁化電流指令 Idm *がィ直を持って!/、る。

[0082] このため、（11)式から、磁化処理 A (時点 tl〜時点 t2)、磁化処理 C (時点 t7〜時点 t8)においては、 Q軸磁化電流指令 =0であり、磁化処理 B (時点 t4〜時点 t5)にお!/、てのみ Q軸磁化電流指令が値を有して!/、る。

[0083] ここで、可変磁束モータ 4では、磁化において過大な電流を流すことから、過渡トルクが少なからず発生する。このトルクショックにより機械振動を誘発する可能性があり、また、過大な電流を不用意に流すことは、損失や素子のストレスの面でも極力低減したいという要請がある。そこで、第 1の実施の形態は、特定の条件にて磁化処理を行うようにしているので、トルクショックや損失の発生やインバータ 1を構成するスィッチング素子のストレスを必要最小限に抑制することが可能となる。

[0084] また、インバータ 1を始動する直後に磁化処理を行っているので、可変磁石 53の磁化状態を、トルクをかけ始める前に確定することができる。例えば、電源投入直後には、可変磁束モータ 4の磁化状態は不明であり、フリーランさせた状態においては、なんらかの要因にて磁化状態が変化しているとも限らない。例えば、インバータ 1の直流電圧が低下して、総磁束により発生する誘起電圧がこれを超過した場合、インバータ 1を停止した状態においても、可変磁石モータ 4からインバータ 1へと電流が流れるカ S、これが要因で、磁化状態が変化することも想定される。また、フリーラン中に誘起電圧を最小限に抑えるベぐインバータ 1の停止前には、通常の運転時には用いない磁束量に設定されていることもある。この場合には、インバータ 1を始動する際には、運転上必要な磁束量に磁化することが必須である。

[0085] すなわち、インバータ 1の始動前における磁化状態（磁束量）が不明確であるので、第 1の実施の形態では、これを確定して運転を開始する。その結果、運転状態において、総磁石量が小さすぎてトルクが不足したり、制御器が想定した磁束と異なる値に実磁束が設定されているなどがなぐトルク精度を確実に確保できる。

[0086] また、第 1の実施の形態では、インバータ始動直後に磁化が完了した状態にて、トルク指令を立ち上げている。前述のように、 D軸磁化電流と共に Q軸磁化電流を流すことで、過渡トルクの低減を行う効果がある。ところ力厳密に過渡トルクの発生を抑えるのに、いくつの Q軸磁化電流を流せばよいか厳密に決めることはできない。一方、トルク指令 Tm *が零、すなわち、 Q軸磁化電流 lq = 0である場合に限り、トルクショックの要因たるリラクタンストルクは発生しないため、起動をスムーズに行うことが可能である。すなわち、インバータ 1の始動直後、磁化を完了した後に、トルク指令を立ち上げることで、トルクショックのな!/、スムーズな起動を行うことが可能となる。

[0087] また、第 1の実施の形態では、運転指令が停止した後、すなわち、トルクをかけることが不要となった後に磁化処理が行われ、磁化が完了したことをもって、インバータ 1 のゲートを停止している。

[0088] 電車など、高速走行中は損失低減からインバータ 1を停止したフリーラン状態、すなわち惰行状態が存在するが、このときに、可変磁束が大きいと誘起電圧も大きく発生する。この誘起電圧がインバータ直流電圧、すなわち架線電圧を上回った場合には、インバータを停止した状態でも、可変磁束モータ 4からインバータ 1へと電流が流れる。これは、可変磁束モータ 4からの運動エネルギーが吸収されることであり、車両にブレーキ力がかかるため好ましくない。また、さらに速度が高く磁束量も高い場合、誘起電圧がインバータ 1やそれより電源側の耐圧を超え機器の破壊に至る可能性もある。よって、安全上は、極力、総磁束を零にしてフリーランさせることが望ましい。

[0089] 以上のように、インバータ 1の停止直前に磁束を下げることで、フリーランにおいて誘起電圧が発生することを抑制でき、ブレーキ力力 Sかかる問題や機器の過電圧による故障の可能性を回避することが可能となる。

[0090] 特に、可変磁束と固定磁束とを使って表せる磁束のうち、その絶対値がより零に近いものを選択し磁化処理を行っている。第 1の実施の形態では、 3つの磁束レベルを制御するようにしており、このうち、もっとも絶対値の小さいほうを選択している。これにより、誘起電圧の発生抑制を顕著とすることが可能である。 1つの可変磁石 53と固定磁石 54とを用いた 2レベルの磁束レベルを持つ場合や、あるいは、複数の可変磁石 53を組み合わせた 4レベル以上の磁束レベルを有する場合でも、同様に考えることが可能である。

[0091] また、可変磁石 53を飽和域まで使わないようにすれば、すなわち、可変磁石 53の正の最大と負の最大との間の任意な中間的な値を利用できる。これによつて、極力、総磁束が零になるようにすることも可能である。

[0092] また、例えば、可変磁石 53の総磁束と固定磁石 54の総磁束とが等しくなるように、モータ構造設計することにより、可変磁石 53の飽和域 Yでの利用という点を変えずに総磁束を零にすることも可能である。

[0093] また、第 1の実施の形態では、インバータ始動時及びインバータ停止時に磁化を行つている。そしてこのとき、トルク指令を零に設定している。これは、前述のように、磁化処理にぉレ、ては過大な電流を流すことから、過渡トルクの発生が避けられな!/、ためである。突極性のあるリラクタンスモータでは、定常的に Q軸電流を流すため、過大な磁化電流により過渡トルクの発生が大きくなつて機械振動を誘発したり、電車や HEV 応用では、乗り心地を劣化する。そこで、リラクタンスモータであっても、零トルク状態においては、 Q軸電流が零であるため、磁化のために D軸方向に過大な電流を流したとしても、過渡トルクの発生を極力抑えることができる。

[0094] また、トルクが力、かった状態においても、磁化処理の際に流す電流によって、過渡トルクを低減できる。すなわち、元来、磁化処理には D軸方向の電流を流せばよい。し力、しながら、突極機では、 Q軸電流が流れている場合、 D軸電流によってトルクが変動する。通常、突極機ではない場合でも、磁化処理では定格以上の過大な電流を流すことがあるため、瞬時的に磁気飽和が生じて、突極機と同様な過渡トルクの発生の可能性がある。これを抑制するため、 D軸電流と共に、 Q軸電流も磁化電流として流すようにする。 Q軸電流によって、過渡トルクを抑制できるのは、（11)式からも明らかである。

[0095] このように、磁化処理に伴う過渡トルクを抑制するため、 D軸電流と共に Q軸電流を流すことで、極力、過渡トルクを低減し、機械振動の誘発や電車や HEV応用では、乗り心地の劣化を抑えることができる。

[0096] 尚、磁化処理により、磁束が急変することや過大な磁化電流で、モータの等価パラメータが大きく変動する可能性から、（11)式のように事前に算出することは困難であることが想定される。そこで、実機に基づき Q軸電流を決定するべきである。すなわち、磁化処理に必要な D軸電流を決定し、過渡トルクが抑制できるように、 Q軸電流を決定していけばよい。これをデータとして、テーブル等に格納して実施することが可能である。

[0097] 図 9は、第 1の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作の他の例のタイミングチャートである。図 9では、時点 taで保護信号 PROTが成立した場合を示している。すなわち、運転指令 Run *が停止を指示した場合ではなぐ保護信号 PROT によって、インバータ停止に至る場合のタイミングチャートである。

[0098] 保護信号 PROTが保護動作を検知した時点 taにて、保護信号 PROTが「0」から「1 」に変化する。この状態にて、運転指令 Run *、運転状態フラグ Run及びトルク許可フラグ TrqONが一斉にオフする。ゲート指令 Gstはオン状態を維持していて磁化処理を行っている。つまり、時点 ta〜時点 tbまでの間は磁化処理を行う。これにより、磁束の絶対値を極力零に近づけるような磁束指令 Φ *が与えられている。

[0099] 以上のように、保護信号 PROTが「0」から「1」に変化する保護検知と共に、即座にインバータ 1を停止するものではなぐ総磁束を低減してからゲートオフする。これにより、保護要因が何であるか不明な状態にて、ゲートオフ中の誘起電圧による 2次故障の可能性を低減できる。尚、すべての保護に対して、この磁化処理後にノッチオフする必要はない。

[0100] (第 2の実施の形態）

図 10は、本発明の第 2の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。この第 2の実施の形態は、図 1に示した第 1の実施の形態に対し、磁化要求生成部 29は可変磁束制御部 13に出力する磁化要求フラグ FCReqに代えてトノレク指令生成部 38に出力する前段磁化要求フラグ FCReqOを生成し、トルク指令生成部 38はトルク許可フラグ TrqONに加え、前段磁化要求フラグ FCReqO及び磁化完了フラグ FCCmpを入力し、トルク指令 Tm *に加え、磁化要求フラグ FCReqを生成するようにしたものである。つまり、トルク指令生成部 38は可変磁石を磁化させる際にトルクを低減するトルク指令 Tm *を作成すると共に、トルクを低減した後に磁化要求フラグ FCReqを可変磁束制御部 13に出力するようにしたものである。これにより、可変磁束制御部 13は、トルクを低減した後に可変磁石を磁化するように動作する。図 1 と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

[0101] 図 10において、図 1に示す第 1の実施の形態では、磁化要求生成部 29の出力信号は磁化要求フラグ FCReqであった力第 2の実施の形態では、前段磁化要求フラグ FCReqOを出力する。この前段磁化要求フラグ FCReqOは、トルク許可信号 TrqO Nと磁化完了フラグ FCCmpと共にトルク指令生成部 38に入力される。

[0102] 図 11は第 2の実施の形態におけるトルク指令生成部 38のブロック図である。前段磁化要求フラグ FCReqOが「1」の状態、すなわち磁束可変の要求があると RSフリツプフロップ 44力 Sセットされる。 RSフリップフロップ 44の出力は論理和回路 46を介して切替器 39に入力される。論理和回路 46には磁化完了フラグ FCCmpも入力されている。

[0103] 切替器 39は論理和回路 46の出力が「1」であるときに、トルク基準 TmRから所定の磁化用トルク基準 TmMagに出力を切り替えるものである。また、切替器 40はトルク許可フラグ TrqONにより切り替えを行うものであり、トルク許可フラグ TrqONが「1」のときは切替器 39の出力を選択し、「0」であるときは「0」を選択する。

[0104] したがって、論理和回路 46の出力が「1」であり、切替器 39により所定の磁化用トノレク基準 TmMagが選択されてレ、る間に、トルク許可フラグ TrqONがトルク許可状態（ = 1)であると、切替器 40より磁化用トルク基準 TmMagが選択され出力される。この磁化用トルク基準 TmMagは、変化率リミット 41によって、その出力変化の傾きが制限され、徐々にトルク指令 Tm *が変化する。比較器 42では、トルク指令 Tm *と磁化用トルク指令 TmMagとが等しいか否かを判断し、等しい場合に「1」を出力し、等しくない場合には「0」を出力する。比較器 42の出力と RSフリップフロップ 44の出力とが論理積回路 43に入力され、論理積をとつて磁化要求フラグ FCReqとして出力される

〇

[0105] すなわち、変化率リミッタ 41によって、徐々に変化するトルク指令 Tm *が磁化用トルク指令 TmMagに等しくなつた場合に、磁化要求フラグ FCReqが磁化要求（= 1) になる。一方、磁化要求フラグ FCReqは遅延回路 45に入力され、制御周期 1回分の遅延した出力がなされる。この遅延回路 45の出力が RSフリップフロップ 44のリセットに入力される。すなわち、磁化要求フラグ FCReqが、制御周期で一周期分立ち（= 1 )、その後にリセット（ = 0)される。

[0106] トルク指令生成部 38からの磁化要求フラグ FCReqは、可変磁束制御部 13に入力され、第 1の実施の形態と同様な磁化処理が行われる。可変磁束制御部 13からの磁化完了フラグ FCCmpは、図 11中のトルク指令生成部 38の論理和回路 46に入力され、可変磁束制御部 13が磁化中（磁化完了フラグ FCCmp = 1)の状態である限り、トルク指令 Tm *を磁化用トルク指令 TmMagに固定する。磁化が完了（FCCmp = 0 )と共に、トルク指令 Tm *はトルク基準 TmRに向力て、変化率リミッタ 41の作用により徐々に増加していく。

[0107] 図 12は、第 2の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの動作の一例を示すタイミングチャートである。図 12では、磁化用トルク指令 TmMag = 0とした場合を示している。

[0108] 例えば、磁化処理 B (t4〜t5)の動作について、前段磁化要求フラグ FCReqOによつて、時点 t4'から時点 t4の間でトルク指令 Tm *が零に向力、つて絞られる。零になつた時点 t4にて、磁化要求フラグ FCReqが立ち磁化処理が行われる。磁化完了まで (FCCmp = 1から 0になるまで）、トルク指令 Tm *は磁化用トルク指令 = 0に維持されている。

[0109] このように、磁化処理を行う際には、トルク指令 Tm *を磁化用トルク指令 TmMag まで絞って磁化するように動作するので、リラクタンスモータであっても、零トルク状態においては、 Q軸電流が零であるため、磁化のために D軸方向に過大な電流を流したとしても、過渡トルクの発生を極力抑えることができる。

[0110] (第 3の実施の形態）

図 13は、本発明の第 3の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。この第 3の実施の形態は、図 1に示した第 1の実施の形態に対し、変調率演算部 61及び弱め界磁制御部 62を追加して設け、弱め界磁制御部 62の出力信号を磁化要求生成部 29に出力するようにしたものである。これにより、磁化要求生成部 29は、インバータ 1の変調率に応じて磁化要求を発する。図 1と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

[0111] 図 13において、インバータ 1の直流側電圧 Vdcは直流電圧検出器 60によって検出され変調率演算部 61に入力される。変調率演算部 61には、直流電圧 Vdcと共に、電圧指令演算部 10の出力である DQ軸電圧指令 Vd *、 Vq *も入力される。変調率演算部 61では、 DQ軸電圧指令 Vd *、 Vq *に基づき、 DQ軸座標系上での電圧指令の大きさ VI *を次式のように演算する。

[数 9コ

Ki* = ^vd *^{2 +V(}i *² … ² )

[0112] また、変調率演算部 61では、直流電圧 Vdcに基づきインバータ 1が出力できる最大の DQ軸電圧 Vlmaxを次式により演算する。尚、この最大出力となるのは、 1パルスモードのときである。

[数 10]

Vlmax ^— -Vdc … （1 3 )

71

[0113] 変調率 ALは、次式で表される。変調率演算部 61からはこの変調率 ALが出力される。尚、変調率 ALは 0以上 1以下の値である。 [数 11]

AL - ^- … （1 4 )

Flmax

[0114] 弱め界磁制御部 62は、変調率演算部 61からの変調率 ALを入力し、変調率 ALが所定の最大変調率 ALmaxを超過した場合、 ALが ALmaxになるように DQ軸電流を補正制御する。これが弱め界磁制御である。所定の最大変調率とは、任意の値であるが、 1を超えることはない。弱め界磁制御の一例として、 DQ軸電流への補正量 If *を次式のように演算する。

[数 12] i_{r =} Kp - s ₊ Ki _[AL _ _{AL m&x )} … （₁ 5 )

[0115] ただし、 s :ラプラス演算子、 Kp :比例ゲイン、 Ki :積分ゲインであり、 If *は 0以上の範囲に限定される。上式では、変調率 ALと最大変調率 ALmaxがー致するように、弱め界磁用の補償電流指令 If *を制御するものである。

[0116] 弱め界磁用の補償電流指令 If *は、最終的には DQ軸の電流基準 IdR、 IqRを電流基準演算部 1 1に作用して補償する。すなわち、電流基準演算部 1 1の演算式 (5) 式及び ½)式の最終段に減算して補正すればよい。

[0117] 実際には、補償電流指令 If *を単純に D軸電流基準 IdRや Q軸電流基準 IqRに減算補正するのではなぐ運転状況に応じて DQ軸への比率を決めて補正することが必要である。

[0118] 以上により、弱め界磁制御が可能となる。弱め界磁制御により、弱め界磁用の補償電流指令 If *力 ¾以上の値を持ち（弱め界磁しないときは 0であり、弱め界磁中にはプラス値になる）、 DQ軸電流基準を補償するものである。

[0119] この弱め界磁用の補償電流指令 If *は、磁化要求生成部 29に入力される。磁化要求生成部 29は、インバータの変調率が最大となった領域にて磁化要求フラグ FC Req ( = l )を発生する。図 14は第 3の実施の形態における磁化要求生成部 29の一例を示すブロック図である。図 6に示した第 1の実施の形態における磁化要求生成部 29に対し、弱め界磁用の補償電流指令 If *を所定の設定値 IfMagと比較する比較器 63と、比較器 63の比較結果の変化を判定する変化判定部 64とを追加して設けたものである。図 6と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

[0120] 弱め界磁用の補償電流指令 If *は、比較器 63にて所定の設定値 IfMagと比較される。補償電流指令 If *は弱め界磁領域にてプラスに増加するため、設定値 IfMag はプラスにセットする。補償電流指令 If *が増加して設定値 IfMagより大きくなつた場合には「1」を出力し、小さい場合には「0」を出力する。変化判定部 64では、比較器 6 3の出力が変化した時点を検知して論理和回路 32へ出力する論理和回路 32の出力は、磁化要求フラグ FCReqであるため、磁化処理がなされる。すなわち、弱め界磁領域において、弱め界磁の深さが大きくなつた時点で磁化処理を実施することになる。

[0121] この磁化処理において、低速側では大きな磁束指令 Φ *を、高速側では小さい磁束指令 Φ *を与えるように、例えば、磁束指令演算部 12を前述の（2)式のように設定しておけばよい。すなわち、速度条件に応じて、磁束指令 Φ *を切り替えるようにしておけばよい。

[0122] 図 15は、第 3の実施の形態の可変磁束モータ 4の加速時の応答波形を示す特性図である。図 15では、最大変調率 ALmaxの上限を 1にセットしてあるものを示している。いま、時点 tOから可変磁束モータ 4の速度 FRが増加したとする。可変磁束モータ 4の速度 FRの増加と共に変調率 ALも増加する。そして、変調率 ALが「1」になった時点 tlで弱め界磁が始まる、すなわち、弱め界磁用の補償電流指令 If *が徐々に零から正の値に増加して!/、く。弱め界磁用の補償電流指令 If *が IfMaglになった時点 t2にて磁化処理 MG— Aを行い、磁石磁束が Φ 1から Φ 2へ低下する。このとき、磁石磁束は低下するものの依然として弱め界磁域 WK— Aであり、変調率は 1を維持している。

[0123] 再度、弱め界磁用の補償電流指令 If *が時点 t3で IfMag2に到達すると、再度、磁化処理 MG— Bが行われ、磁石磁束が Φ 2から Φ 3へと低下する。この場合、磁束の低下が大きぐ一旦、変調率 ALは「1」未満となり、弱め界磁域 WK— Bから外れている。

[0124] ここで、弱め界磁は広い速度制御を確保するために必須な機能である力 S、永久磁石同期モータの場合には、弱め界磁のために大きな電流を流す必要があり、力率や効率の低下が生じて好ましくない。そこで、弱め界磁の深さを表す弱め界磁用の補償電流指令 If *の大きさに応じて、磁束可変を行うことで、過大な弱め界磁のための電流が流れることを抑制し、モータの力率や効率の低下を抑制することができる。この結果、損失を低減して冷却器をコンパクト化できるなどの効果がある。また、力率の低下が軽減され電流容量の小さいスイッチング素子の利用が可能となる。

[0125] また、高速回転となり弱め界磁が進む場合に、磁石磁束を小さくするために、より高速まで回転させることが可能となり広い速度範囲での動作を可能にするものである。

[0126] さらに、第 3の実施の形態では、最大変調率 ALmaxの上限を「1」としている力これは 1パルスモードのことである。 1パルスモードは、インバータで出力可能な最大電圧を出力するものである。また、出力 1周期に正負ノルスを一つずつ含むもので、一周期あたりのスイッチング回数も最低となる。

[0127] すなわち、 1パルスモードでは、スイッチング素子のスイッチング損失を低減できるため、出力電圧のアップと共に損失低減による装置の小型化にも寄与するものである。磁化処理 Bのように、磁束変化後に変調率が「1」未満となるものも、可変磁束モータドライブシステムとしては何ら問題ないが、一方、磁化処理 Aのように、磁化後の磁石磁束値においても、 1パルスモードを維持できる切り替え条件であれば、不要なスイッチング損失を増加させることなぐ冷却器への負担を軽減することが可能である

[0128] さらに、磁束可変となる弱め界磁用の補償電流指令 If *の設定について、磁石の磁化が勝手に行われるよりも前に磁化処理を施すように設定することが望ましレ、。弱め界磁用の補償電流指令 If *への切り替え設定値 IfMagを大きな値にセットした場合、弱め界磁制御によって増加する電流により勝手に磁化が行われ、磁石磁束が変化することが想定される。この状態でも、広い速度範囲を実現するなど可変磁石を導入した第 3の実施の形態により達成できる力 HEVや電車への搭載を考えた場合、切り替えに伴うトルクショックは低減することが望ましい。磁束可変の際は急激に磁束が変動するため、トルクショックが生じるものであり、故意に磁石を可変するようにした方が、磁化処理の期間のみ、完全追従型の電流制御に切り替えるなどトルクショックの抑制施策が容易に実現できる。

[0129] 尚、図 14においては、弱め界磁用の補償電流指令 If *に対し、 1つの切り替えポィントしか設定できないものを示している力 2つ以上の切り替えポイントを設けるようにしてもよい。図 15では 2つの切り替えポイント（IfMagl、 IfMag2)がある場合を示している。

[0130] 図 16は、第 3の実施の形態の可変磁束モータ 4の減速時の応答波形を示す特性図である。図 15の場合と同様に、例えば、磁化処理 MG— Aは弱め界磁用の補償電流指令 If *が所定値 IfMaglを下回った時点 tl3で磁化要求を発生させる。磁化処理 MG— Bについては、弱め界磁領域外にて磁化処理を要求しているため、弱め界磁用の補償電流 If *に基づく磁化要求では実現できない。 WK-A, WK— Bはそれぞれ弱め界磁域を示して!/、る。

[0131] そこで、磁化要求生成部 29を図 14の構成に代えて、図 17に示すように構成する。

図 17は第 3の実施の形態における磁化要求生成部 29の他の一例を示すブロック図である。すなわち、磁化要求生成部 29は、弱め界磁用補償電流指令値 If *に代えて変調率 ALを入力し、比較器 63で変調率 ALと所定の設定値 ALMagとを比較し、その比較結果の変化を変化判定部 64で判定して磁化要求を発する。これにより、磁化処理 Bを実現することができる。

[0132] また、図 18は、第 3の実施の形態における磁化要求生成部 29のさらに他の一例を示すブロック図である。この一例は図 17に示した一例に対し、図 17の変調率 ALに代えて、可変磁束モータ 4の回転子回転速度 co Rを入力するようにしたものである。回転子回転速度 co Rは回転角度センサ 18で検出された回転角度 Θを微分して得られる。

[0133] 磁化要求生成部 29は、可変磁束モータ 4の回転子回転速度 co Rを入力し、比較器 63で回転子回転速度 ω Rと所定の設定値 ω RMagとを比較し、その比較結果の変化を変化判定部 64で判定して磁化要求を発する。すなわち、図 18のように、回転子回転速度 co Rに基づき、低速では高い磁束とし高速では小さい磁束とするように、磁束を切り替えることでも広い速度範囲を達成することが可能である。

[0134] (第 4の実施の形態）図 19は、本発明の第 4の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。本実施の形態にあって、永久磁石同期モータとしての可変磁束モータは図 2〜図 5に示し説明した第 1の実施の形態と同じである。

[0135] 本実施の形態において、主回路は直流電源 3、直流電力を交流電力に変換するィンバータ 1、このインバータ 1の交流電力にて駆動される可変磁束モータ 4にて構成されている。そして、主回路には、モータ電力を検出するための交流電流検出器 2、モータ速度を検出するための回転角度センサ（レゾルバ） 18が設置されている。

[0136] 次に、上記システムの制御動作について説明する。ここでの入力は、運転指令 Run

*とトルク指令 Tm *である。運転指令生成部 16は、運転指令 Run *と保護判定部 17で判断された保護信号 PROTとを入力とし、運転状態フラグ Runを生成出力する。基本的には、運転指令が入った場合 (Run * = 1)に、運転状態フラグ Runを運転状態 (Run= l)にし、運転指令が停止を指示した場合 (Run * = 0)には、運転状態フラグ Runを停止状態 (Run = 0)にする。さらに、保護検知の場合 (PROT= 1)には、運転指令 Run * = 1であっても、運転状態は停止状態 Run = 0にする。

[0137] ゲート指令生成部 15は、運転状態フラグ Runを入力し、インバータ 1に内在するスイッチング素子へのゲート指令 Gstを生成出力する。このゲート指令生成部 15では、運転状態フラグ Runが停止（Run = 0)から運転 (Run= l)に変わる場合、即時にゲ一トスタート（Gst= 1)とし、運転状態フラグ Runが運転 (Run= 1)から停止（Run = 0)に変わる場合、所定時間が経過した後に、ゲートオフ（Gst = 0)にするように作用する。

[0138] 磁束指令演算部 12は、運転状態フラグ Runとインバータ周波数 ω 1、すなわち、回転子回転周波数 co Rを入力として、磁束指令 Φ *を、例えば次の（16)式のように生成して出力する。すなわち、運転停止（Run = 0)の場合には、磁束指令 Φ *を最小 Φ ιηίηにして、運転状態（Run= l)であって、かつ、回転周波数 co Rが所定値より低い場合には、磁束指令 Φ *を最大 Φ maxとし、また、速度が所定値より高い場合、磁束指令 Φ *を最小 Φ ιηίηとする。

[数 13] If (Run = 0) Φ* = Φ min

Else < ωΑ) Φ* = Φ max ··· ( 1 6 )

Else Φ* = Φ min

[0139] ここに、 Φπώι:可変磁束モータ 4として取り得る最小磁束量（〉0)、 max:可変磁束モータ 4として取り得る最大磁束量、 ωΑ:所定の回転周波数である。尚、磁束量の Φ miii， Φ maxの設定については、後で可変磁束制御部 13のところで説明する

[0140] 電流基準演算部 11では、トルク指令 Tm*と磁束指令 Φ *とを入力として、 D軸電流基準 IdRと Q軸電流基準 IqRを次式（17) , (18)のように演算する。

[数 14]

IdR = 0 1 7 )

IqR = Tm * Ι * 1 8 )

[0141] 同（17), (18)式は、モータのリラクタンストルクを用いないことを想定し、モータ極数も 0とした演算式である。 D軸インダクタンス Ldと Q軸インダクタンス Lqの差異 Δ L がある突極形モータであっても、差異のない非突極形のモータであってもよい。

[0142] しかしながら、効率の最適化や所定電流での最大出力を考える場合、リラクタンストルクを考慮することが有効である。この場合、例えば、次式のように演算する。

[数 15]

IIqqRR ((LLdd -- LLqq)) xx KK …… 丄丄 99 ))

IIddRR == ΚK x IIqqRR 22 00 ))

[0143] ここここにに、、 KKはは DD軸軸電電流流とと QQ軸軸電電流流ととのの比比率率でであありり、、前前述述のの効効率率最最適適化化やや最最大大出出力力等等、、用用途途にによよっってて変変わわるる値値ででああるる。。最最適適化化をを図図るるたためめににはは関関数数形形ををととりり、、そそのの引引数数ととししててトトノノレレクク、、速速度度等等をを用用いいるる。。ままたた、、簡簡易易なな近近似似ややテテーーブブルル化化ししてて用用いいるるここととももででききるる。。ままたた、、（（1199))式式のの磁磁束束指指令令 ΦΦ **はは、、後後述述すするる磁磁束束推推定定値値 ΦΦΐΐをを用用いいててもも、、動動作作はは可可能能ででああ

[0144] 磁磁化化要要求求生生成成部部 2299のの詳詳細細なな構構成成はは第第 11のの実実施施のの形形態態とと同同様様ににでであありり、、図図 66にに示示ししたたももののででああるる。。 [0145] 可変磁束制御部 13の詳細な構成を図 20に示す。可変磁束制御部 13は、磁束指令演算部 12の出力である磁束指令 Φ *を入力し、 D軸電流基準 IdRを補正する D 軸磁化電流差分量 Δ Idm *を出力する。この磁化電流差分量 Δ Idm *の生成は、以下の演算処理による。

[0146] 可変磁石 VMGを磁化するためには、第 1の実施の形態と同じく図 4の可変磁石の BH特性に則り、所定の磁化電流指令 Im *を求めればよい。特に、磁化電流指令 I m *の大きさは、図 4中の Hlsat以上、すなわち、可変磁石の磁化飽和領域 Yとなるように設定する。

[0147] 磁化飽和領域 Yまで磁化電流を流すため、磁束指令演算部 12で設定すべき磁束量 Φπήηや Φπι&χは、可変磁石の磁束（磁束密度）がプラス、ないしは、マイナスの最大 (飽和）値に固定磁石分を加算した値として設定する。可変磁石 VMGの磁束量の正の最大値を VARmax (負の最大値の絶対値は正の最大値と等しいとする）、固定磁石 FMGの磁束量を Φ FIXとすれば、次の（21)式、（22)式である。

[数 16]

φ m in = ΦΡΙΧ - Φ i? m ax ■· · ( 2 1 )

Φ max = ΦΡΙΧ + O R m ax ■· · ( 2 2 )

[0148] 磁束指令 Φ *を入力とし、対応する磁化電流を記憶した磁化電流テーブル 27によつて、磁束指令 Φ *を得るための磁化電流指令 Im *を出力する。

[0149] 基本的に、磁石の磁化方向を D軸としているので、磁化電流指令 Im *は、 D軸電流指令 Id *に与えるようにする。本実施の形態では、電流基準演算部 11からの出力である D軸電流基準 IdRを D軸磁化電流指令差分 Δ Idm *で補正し、 D軸電流指令 Id *とする構成にして!/、るので、減算器 26Aによって D軸磁化電流指令 Δ Idm *を次式によって求める。

[数 17]

Mdm * = Im * -IdR ■■■( 2 3 )

[0150] 尚、磁束切り替えの際には、 D軸電流指令 Id *に磁化電流 Im *を直接与えるような構成とすることも可能である。 [0151] 一方、磁化要求フラグ FCReqは、磁束を切り替えたい要求の際に、少なくとも一瞬切替要求（FCReq= l)が立つ。磁束を確実に可変とするために、磁化要求フラグ F CReqを最小オンノルス器 28へと入力する。この出力である磁化完了フラグ（= 1：磁化中、 =0 :磁化完了）は、一旦オン（ = 1)が入力された場合、所定の時間の間はォフ（ = 0)にならない機能を有する。所定時間を越えて入力がオン（ = 1)である場合には、それがオフとなると同時に出力もオフとなる。

[0152] 切替器 23には、磁化完了フラグが入力され、磁化中（磁化完了フラグ = 1)の場合、減算器 26Aの出力を、磁化完了（磁化完了フラグ =0)の場合、 0を出力する。

[0153] 図 19における電圧指令演算部 10は、以上により生成された DQ軸電流指令 Id * , Iq *に基づき、当該指令に一致する電流が流れるように電流制御器を含む DQ軸電圧指令 Vd * , Vq *を生成する。

[0154] そして電圧指令演算部 10の DQ軸電圧指令 Vd * , Vq *を、座標変換部 5にて 3 相電圧指令 Vu * , Vv * , Vw *に変換し、この 3相電圧指令によって PWM回路 6 力 SPWMにてゲート信号を生成し、インバータ 1を PWM制御する。尚、座標変換部 7 は電流検出器 2の交流検出電流 Iu, Iwを 2軸 DQ軸変換して DQ軸電流検出値 Id, I qに変換して電圧指令演算部 10に入力する。また、擬似微分器 8は回転角度センサ (レゾルバ） 18の角度信号 Θ力もインバータ周波数 ω 1を求める。尚、電圧指令演算部 10、座標変換部 5, 7、 PWM回路 6には、従来同様の公知技術が採用されている

〇

[0155] 図 21には、各信号の動作のタイミングチャートの一例が示してある。ここでは保護信号は立ってレ、な!/、状況 (PROT = 0)だ力 S、運転状態フラグ Runの変化及び磁束指令 Φ *の変化にて磁化要求フラグが立ち、それを所定時間幅確保する磁化完了フラグが立ち、この磁化完了フラグの期間だけ、磁化電流指令 Im *が値を持つ。

[0156] 以上の構成により、本実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。可変磁束モータ 4は、図 4の BH特性のように、インバータ電流による磁化に対し特性変化が急である。このため、実用上、同一の制御を施したとしても、位置センサレス制御で生じやすい D軸と磁束軸が厳密に一致しないという軸ずれや電流応答の差異、また、モータ個体差などにより、同一の磁束を繰り返し得ることは困難である。磁束の繰り返し精度が悪い場合、トルク精度が劣化して、好ましくない。

[0157] ところ力本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、可変磁石 V MGの磁化特性のなかで磁化飽和域以上の磁化電流を流すように設定したことにより、磁化後の可変磁束量を確定し、その繰り返し精度を向上でき、よって、トルク精度を確保し、ドライブの信頼性を向上できる。

[0158] また、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、磁化電流を流す時間の最小時間を設定しているため、中途半端な磁化状態で終了することがなぐこれにより、磁化処理後の可変磁束量のばらつきを抑制し、トルク精度を向上できる。

[0159] (第 5の実施の形態）

図 22〜図 25を用いて、本発明の第 5の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムについて説明する。図 22は、本発明の第 5の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムにおいて制御対象とする可変磁束モータ 4Aの構造を示している。本実施の形態の可変磁束モータ 4Aは、第 4の実施の形態の可変磁束モータ 4と比べ、可変磁石 VMGを異なる低保磁力永久磁石 2つ 1対で構成している。

[0160] つまり、回転子 51は、回転子鉄心 52中に、ネオジム磁石（NdFeB)などの高保磁力の永久磁石 54と 2つ 1対のアルニコ磁石（AlNiCo)などの低保磁力の永久磁石 A 53、低保磁力永久磁石 B57とを組み合わせて配置した構成である。固定磁石 FMG である高保磁力磁石 54は、回転子鉄心 52の磁極部 55において径に直交する方向に配置してある。可変磁石 VMGである一方の低保磁力永久磁石 A53は、回転子鉄心 52の磁極部 55の両側に、それぞれ隣接する磁極部 55との境界域に径方向に配置してある。そしてもう一方の低保磁力永久磁石 B57は、高保磁力永久磁石 54よりも回転子 51の中心側に、かつ平行に配置している。これら 2つの低保磁力永久磁石 A 53と低保磁力永久磁石 B57とは同一の磁性体であり、第 4の実施の形態と同様にァルニコ磁石（AlNiCo)を用いて!/、る。

[0161] このように、可変磁石 VMGを低保磁力永久磁石 A53と低保磁力永久磁石 B57とで構成することにより、同一の磁性体を用いているが、その配置位置を異ならせているため、 D軸磁化電流に対する磁化作用がこれら 2つの低保磁力永久磁石 A53と低保磁力永久磁石 B57との間で異なる。そのため、図 23に示したような 2つの BH特性を有した可変磁石構造となる。

[0162] 図 23には、 2つの BH特性の異なる可変磁石のカーブ C53, C57が存在する。この

2つの可変磁石のカーブ C53, C57は、同一の材質のアルニコ磁石であっても、空間的に異なる位置に配置したことによってもたらされるものである。尚、異なる材質の低保磁力永久磁石を 2つ 1対として用いても同様な 2つの BH特性が得られる。同一の材質の磁性体では BH特性は一致する力 S、それらをモータのどこに配置するかにより、電流による磁化 Hに対する磁束 Φに差異が生じる。図 23は、単に材質による特性を示したものではなぐインバータからの磁化電流と磁束の関係を示している。 LV —Aはインバータによる磁化電流の設定レベル Aであり、 LV—Bはインバータによる磁化電流の設定レベル Bである。

[0163] 本実施の形態の場合、上記のように可変磁束モータ 4Aの構造が第 4の実施の形態と異なり、またそれらに対して磁束を可変する際の磁化電流の大きさの設定についても第 1の実施の形態と異なる。尚、本実施の形態にあっても可変磁束モータドライブシステムの構成は、図 19に示した第 4の実施の形態と同様である。ただし、可変磁束制御部 13の機能構成は、図 24に示したものであり、第 4の実施の形態とは異なる。以下に、本実施の形態の可変磁束制御部 13の詳細について説明する。

[0164] 保磁力の小さい可変磁石を可変磁石 Aと呼び、保磁力が高い磁石を可変磁石 Bと呼ぶ。ここで、段階的に 2つの磁化電流指令 Im—A, Im— Bが与えられるように設定する。

[0165] Im—A:可変磁石 Aに対して磁化飽和領域、つまり HcAsat近傍以上であり、可変磁石 Bに対しては可逆領域である。

[0166] Im—B :可変磁石 Bにも可変磁石 Aに対しても磁化飽和領域、つまり HcBsat近傍以上である。

[0167] 可変磁束制御部 13は、この 2つの磁化電流指令（正負の組み合わせはある）を、要求される磁束指令 Φ *のレベルに応じて、選択して磁化電流指令 Im *として与える

[0168] 可変磁束制御部 13は磁束指令 Φ *に基づき、磁化電流指令 Im *を算出する。本実施の形態の可変磁束制御部 13は、図 20に示した第 4の実施の形態のものと比べ、前回値保持部 35及び磁化電流テーブル 27の引数が 2つになっている点が異なる。尚、ここでは、制御マイコンにより、所定の時間毎に制御処理が繰り返される。

[0169] 磁束指令 Φ *と磁化要求フラグ FCReqは、前回値保持部 35へ入力される。磁化要求フラグがアップエッジごとに、磁束指令 Φ *を記憶する。前回値保持部 35の出力は、前回の磁化要求フラグが FCReq= lとなったときの磁束指令 Φ *の値、すなわち、今回の磁化処理前の磁束指令値 Φ *である。ここでは、前回の磁束指令値は Φ * oldと呼ぶ。磁化電流テーブル 27には、今回の磁束指令値 Φ *と前回の磁束指令値 Φ * oldとが入力される。

[0170] 磁化電流テーブル 27は、図 25の表に示す設定である。可変磁石 A53の最大磁束を VARAmaxとし、可変磁石 B57の最大磁束を Φ VARBmaxとすると、磁束指令として取り得る値は、以下の 4値である。

[数 18]

(i、 Φ1 = ΦΠΧ - νΑΜ max- VARB max

(ii) Φ2 = FIX + ^VARA max- ^VARB max

(in) Φ3 = O /X - ΦνΑϋΑ max+ ΦΥΑΚΒ max " ( 2 4 )

( v) Φ4 = ΡΙΧ + ΦΥΑ Α max+ VARB max

[0171] 図 25の表から分かるように、磁化電流テーブル 27で特徴的なのは、同一の磁束を得る場合においても、前回の状態に応じて、磁化処理、つまり磁化電流が異なる点である。また、図 25の表において、例えば、前回の磁束指令値 Φ * ο1(1= Φ 2で今回の磁束指令値 Φ * = Φ 3である場合の記載" Im— B→ Im— Α"は、まず、 Im * =1 m— Bにて磁化処理し、続けて、 Im * =— Im— Aとして磁化処理することを表す。単純には、磁化電流指令 Φ *を時間に応じて、 Im— Bから Im— Aへと変化させればよいが、確実に磁化させるためには、まず Im— Bにて磁化して、第 4の実施の形態あるいは後述する第 6の実施の形態のように、確実に磁化が完了した段階にて磁束指令 Φ *を Im— Aに変えて、再度、磁化要求フラグを立てる。

[0172] 本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、 2つ以上の特性の異なる可変磁石 A53、可変磁石 B57を有することで、可変磁束 1つでは 2つの磁束量しか設定できなかったものが、 4つのレベルに磁束量を設定できるようになる。特に、磁化電流の設定が磁化可逆領域及び飽和領域になるように設定されているため、どの可変磁石も値が不定となることがない。よって、再現性のある繰り返し精度の高い磁束の設定が可能であり、トルク精度が向上できる。また、このように複数レベルの磁束値を取り得ることで、運転状況に応じたきめ細かな磁束量の設定が可能となり、可変磁束モータの特徴であるシステム効率の向上を促進できる。尚、本実施の形態は、 2 つの可変磁石 A, Bの,袓み合わせについて記載したが、 3つ以上の可変磁石の,袓み合わせも同様に可能である。

[0173] (第 6の実施の形態）

図 26には、本発明の第 6の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムを示している。尚、図 26において、図 19に示した第 4の実施の形態と共通の要素には同一の符号を付して示してある。

[0174] 本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムは、図 19に示した第 4の実施の形態に対して、電圧指令演算部 10の出力する電圧指令 Vd * , Vq *と座標変換部 7 の出力する DQ軸電流 Id, Iqと回転子回転角周波数 ω 1を用いて磁束 Φ ΐιを推定し、可変磁束制御部 13に出力する磁束推定部 9を追加的に備え、また可変磁束制御部 13が図 27の構成を備えたことを特徴とする。

[0175] 磁束推定部 9は、 DQ軸電圧指令 Vd * , Vq *と DQ軸電流 Id, Iq、回転子回転角周波数 ω 1 (インバータ周波数）に基づき、次式によって D軸磁束量を推定する。

[数 19]

ΦΗ = (Vq * -R\ la - οΛ χ Ld x Id - Lq x dlq I dt) I ωΐ …、 5 )

[0176] 磁束推定値 Φ ΐは、磁束指令演算部 12からの磁束指令 Φ *と共に可変磁束制御部 13に入力される。

[0177] 本実施の形態の可変磁束制御部 13の詳細な構成を、図 27に示す。減算器 19にて磁束指令 Φ *と磁束推定値 Φ ΐとの偏差が演算され、同偏差は ΡΙ制御器 20に入力される。また、磁束指令 Φ *は磁化電流基準演算部 21に入力される。磁化電流基準演算部 21は、磁束指令 Φ *に応じた磁束に磁化されるように、磁化電流指令 Im *をテーブルを利用して算定し、あるいは関数式に当てはめて算定する。この特性は、前述の BH特性に基づき算定する。加算器 22において、磁化電流基準演算部 2 1の出力と PI制御部 20の出力とを加算する。

[0178] この加算器 22が磁化電流指令 Im *になる。磁化するためには、この磁化電流指令 Im *を D軸電流指令 Id *として与える。よって、本実施の形態の構成上、 Id *力 SI m *と一致するように、減算器 26Aにて磁化電流指令 Im *から D軸電流基準 IdRを減算し、 D軸磁化電流指令差分値 A ldm *を算出する。これにより、図 26における加算器 14にて D軸電流基準 IdRと加算されるため、 D軸電流指令 Id *が磁化電流 I m *と一致する。

[0179] 可変磁束制御部 13における切替器 23では、後述の磁化完了フラグに基づき、 2つの入力を選択して、磁化電流指令 Idm *として選択して出力する。磁化完了フラグ =0 (磁化完了）の場合、 D軸磁化電流指令差分 A ldm * =0とする。また、磁化完了フラグ = 1 (磁化中）である場合、加算器 22の出力を Δ Idm *として出力する。

[0180] 減算器 19の出力である磁束指令 Φ *と磁束推定値 Φΐとの偏差は、磁化完了判定部 24へと入力される。この磁化完了判定部 24では、例えば磁束偏差の絶対値が所定値 αより小さい場合には 1を出力し、 αより大きい場合には 0を出力する。フリツプフロップ（RS— FF) 25は、セット Sへの入力に磁化要求フラグ FCReqを、リセット R 側に磁化完了判定部 24の出力を入力する。この RS— FF25の出力が磁化完了フラグであり、 PI制御部 20と切替器 23とに入力される。この磁化完了フラグが 0であれば磁化完了、 1であれば磁化中であることを示す。

[0181] また、磁束推定部 9の出力である磁束推定値 Φΐは電流基準演算部 11にも入力される。電流基準演算部 11では、第 1の実施の形態での演算式での磁束指令 Φ *に代え、磁束推定値 Φΐによって DQ軸電流基準 IdR, IqRを次式にて求める。 ((LLdd -- LLqq)) xx KK ■■■■■■(( 22 66 ))

IIddRR == KK xx IIqqRR -- ··■■(( 22 77 ))

[[00118822]] 以以上上のの構構成成にによよりり、、本本実実施施のの形形態態はは次次ののよよううなな作作用用効効果果をを奏奏すするる。。磁磁化化要要求求ががああつつたた場場合合、、磁磁化化要要求求フフララググ == 11がが少少ななくくとともも一一瞬瞬立立つつ。。 RRSS—— FFFF2255力力 SSセセッットトさされれるるここととでで、、磁磁化化完完了了フフララググ == 11、、すすななわわちち磁磁化化中中ににななるる。。切切替替器器 2233がが PPII制制御御器器 2200及及びび磁磁化化電流基準演算部 21からの出力を磁化電流指令 Im *として出力するようになる。この磁化電流基準演算部 21は、磁束指令 Φ *に磁化されるように、事前に把握している BH特性に基づく磁化電流をフィードフォワード的に与えることになる。これにより、指令値の近傍まで瞬時に磁化することができ、磁化に要する時間が低減されるため、不要なトルクの発生や損失の発生を抑えることができる。尚、 BH特性は、予め実験的に求めたものを用いることもできる。

[0183] しかしながら、前述のように厳密に磁束を所定値に一致させることは困難である。そこで、本実施の形態では、図 28に示すように、可変磁束制御部 13における PI制御器 20の作用により磁束の偏差 I Φ *— Φ1 I力 SOに近づくように磁化電流 Im *を補正していく。これにより、最終的には磁束指令 Φ *と磁束推定値 Φΐ (すなわち、推定誤差がなければ実磁束）とが一致することになる。このため、磁化処理における磁束量の繰り返しの精度が向上し、トルク精度が向上できる。

[0184] また、本実施の形態では、図 28に示すように、可変磁束制御部 13における磁化完了判定部 24で、磁束偏差の絶対値が所定値 α以内となったことで事実上磁束は一致し磁化が完了したとして出力を 1にし、 RS— FF25はこのリセット要求を受けて、出力である磁化完了フラグ FCCmpを 0にする。よって、確実に磁束推定値がその指令である磁束指令 Φ *に一致したことをもって磁化処理を完了することができる。これにより、本実施の形態によれば、磁化処理における磁束量の繰り返し精度が向上し、トルク精度の向上が期待できる。

[0185] また、本実施の形態によれば、 DQ軸電流基準 IdR, IqRの生成に電圧電流より推定された磁束推定値 Φΐを用いるため、仮に磁化処理によって磁束量にばらつきが生じても実態に応じて DQ軸電流指令が補正される。そしてこの指令に応じて DQ軸電流が流れるため、可変磁束量のばらつきがトルクに与える影響を低減することが可能であり、トルク精度が向上する。

[0186] 尚、本実施の形態では、磁束推定値に基づき構成している力磁束推定器には、 L dや Lqなどのモータインダクタンスが含まれる。これらの値は磁気飽和によって変動する力特に可変磁束モータでは磁気飽和が可変磁束量によって大きく変動する。よって、可変磁束の推定値を入力として、モータインダクタンスを出力する関数あるいはテーブルを備えることは、磁束推定精度、ひいてはトルク精度の向上に有益である

〇

[0187] また、上述のようにテーブル化しても、インダクタンスの特性を精度良く把握することが困難な場合もある。その場合、磁束を推定する代わり、ホール素子などによって構成される磁束検出器を備え、検出された実磁束 Φ Γを上記の磁束推定値 Φ ΐの代わりに用いることで、より一層の磁束推定精度の向上、ひいてはトルク精度の向上が図れる。

[0188] (第 7の実施の形態）

図 29は、本発明の第 7の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムのブロック図である。まず、ドライブシステムの可変磁束モータ 4を含む主回路について説明する。インバータ 1は直流電源 3からの直流電力を交流電力に変換し可変磁束モータ 4 に供給する。可変磁束モータ 4に供給される電流 Iu、 Iwは電流検出器 2で検出され、主制御部 122の座標変換部 7に入力され、この座標変換部 7で D軸電流 Id、 Q軸電流 ¾に変換され、電圧指令演算部 10に入力される。

[0189] 電圧指令演算部 10からの D軸電圧指令 Vd *、 Q軸電圧指令 Vq *は座標変換部

5に入力され、 3相の電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *に変換されて PWM回路 6に入力される。 PWM回路 6はゲート指令生成部 15からのゲート指令 Gstによりインバータ 1 のスイッチング素子をオンオフ制御する。一方、可変磁束モータ 4の回転角度は回転角度センサ 18で検出され、疑似微分器 8で微分してインバータ周波数 ω 1が求められ、電圧指令演算部 10や磁束指令演算部 12に入力される。

[0190] 磁束指令演算部 12では、運転指令 Runとインバータ周波数 ω 1、すなわち、回転子回転周波数 ω R (回転角度センサ 18で検出した角度を疑似微分器 8で微分した回転子回転周波数をインバータ出力周波数として利用している）を入力として、磁束指令 Φ *を演算する。また、電流基準演算部 11では、トルク指令 Tm *と磁束指令 Φ *とを入力として、 D軸電流基準 IdRと Q軸電流基準 IqRを演算する。可変磁束制御部 13は、インバータ 1からの磁化電流によって磁束を可変させて可変磁石を磁化させるものであり、磁束指令 Φ *に基づいて磁化補正量 A ldm *を加算器 14で D軸電流基準 IdRに加算し、 D軸電流指令 Id *として電圧指令演算部 10に出力する。また、電圧指令演算部 10には Q軸電流 Iqが Q軸電流指令 Iq *として出力される。

[0191] 一方、可変磁束モータ 4には後述の磁化巻線が設けられており、磁化回路 128から磁化電流が供給される。磁化回路 128は、磁化用変換器 120、直流電源 127、磁化電流制御部 123から構成され、磁化電流制御部 123は電流制御部 119を有している。すなわち、磁化巻線はスリップリング 121を介して磁化回路 128の磁化用変換器 1 20に接続されている。磁化回路 128の磁化用変換器 120には直流電源 127が接続され、磁化巻線に磁化電流が供給される。この磁化巻線に流れる電流は電流検出器 124で検出され、電流制御部 119により、検出された磁化電流が磁化電流指令値 Im agRefに一致するように、磁化用変換器 120のゲート信号を生成する。

[0192] ここで、本実施の形態における可変磁束モータ 4については、第 1の実施の形態と同様であり、図 2に示した簡易モデルの構成である。ただし、回転子 51の構造は図 3 に示した第 1の実施の形態のものとは異なり、図 30に示すものである。

[0193] 図 30に示した本実施の形態における回転子 51は、ネオジム NdFeBなどの高保磁力な固定磁石 54とアルニコ AlNiCoなどの低保磁力の可変磁石 53とを組み合わせて回転子鉄心 52に配置している。可変磁石 53は、 Q軸方向とその磁化方向が直交するため Q軸電流の影響を受けず、 D軸電流によって磁化することができる。また、回転子 51には磁化巻線 56が設けられ、この磁化巻線 56に磁化回路 9から電流を流すことでその磁界が直接に可変磁石 53に作用する。

[0194] 固定磁石 54と可変磁石 53の BH特性 (磁束密度磁化特性）は、第 1の実施の形態と同様であり、図 4、図 5に示すものである。

[0195] 次に、図 29を参照しながら本実施の形態の可変磁束モータ 4の可変磁束モータドライブシステムの特徴部分につ!/、て説明する。可変磁束モータドライブシステムの特有なブロックとして、磁束指令演算部 12と磁化要求生成部 17と可変磁束制御部 13 と力 ^sある。

[0196] 磁束指令演算部 12は、その時点での状況に合わせ、磁束（固定磁石磁束 +可変磁石磁束）がいくつであるべきかを演算している。磁化要求生成部 17では、磁束指令演算部 12からの出力である磁束指令 Φ *が変化したときや、インバータが運転状態になった (Run *が 0から 1に変化）状態にて、可変磁石を磁化（減磁な!/、し増磁）するための磁化処理を要求するための磁化要求フラグ FCReqを立てる。

[0197] 可変磁束制御部 13では、磁化要求フラグ FCReqが立っている場合、磁化後の磁束量が磁束指令 Φ *になるように磁化処理を行う。これは、 D軸電流基準 IdRに磁化のための磁化補正量 Δ Idm *を加えて D軸電流指令 Id *を演算することで実現される。電圧指令演算部 10は D軸電流指令 Id *に対して D軸電流が追従するように D軸電圧指令 Vd *を演算する。いわゆる電流 PI制御などがこの電圧指令演算部 10に含まれている。

[0198] 本実施の形態で特徴的な部分として、可変速モータ 4に図 30に示すように回転子

51に磁化巻線 56が設けられ、スリップリング 121 (図 29参照）を介して磁化回路 128 力、ら磁化巻線 56に磁化電流が供給されることである。

[0199] まず、可変磁束モータ 4に備わる磁化巻線 56について説明する。図 30に示すように、その回転子 51の可変磁石 53の近傍に磁化巻線 56が設けられており、この単相の磁化巻線 56は、図 29に示したスリップリング 121を介して磁化回路 128の磁化用変換器 120に接続されている。磁化用変換器 120には直流電源 127が接続され磁化巻線 56に磁化電流 Imagが供給される。この磁化巻線 56に流れる電流は電流検出器 124で検出され、電流制御部 119に入力される。電流制御部 119では、検出された磁化電流がその磁化電流指令値 ImagRefに一致するように、磁化用変換器 12 0のゲート信号を生成する。

[0200] 磁化巻線 56に流れる電流は回生が不要であり、かつ、正負双方向の磁化電流 Im agを (増磁、減磁のため）流すことが必要であるので、磁化用変換器 120は、周知の単相フルブリッジ変換器の構成によって実現できる。電流制御部 119は、磁化電流指令値 ImagRefに磁化電流 Imagがー致するように、 PI制御により電流制御する。磁化電流 Imagを流すためには、高速かつ精度よく流すことが必要であるため、 PI制御に代わりヒステリシスコンパレータなどで実現してもよい。尚、磁化電流指令 ImagRef は、従来と同様に可変磁束制御部 13によって、生成される。

[0201] このような構成とするので、回転子 51に埋め込まれた磁化巻線 56に所定の磁化電流 Imagを流すことが可能となり、磁化電流 Imagによる磁界によって、可変磁石 53を直接的に磁化制御できる。このため、従来のように主巻線の D軸電流を過大に流すことにより磁化することに対し、磁化巻線 56の磁化電流 Imagによって、可変磁石 53 の磁束を可変に制御することができる。

[0202] この結果、インバータ 1の電流容量を低減することができ、インバータ 1の小型.軽量 •コストダウンが期待できる。回転子鉄心 52の内部に埋め込んだ磁化巻線 56による磁束は磁石磁束と同期しているため、磁化巻線 56と鎖交し時間変化する磁束がない。そのため、磁化巻線 56には逆起電圧が発生しないので、磁化用変換器 120の直流電圧はインバータ 1に比べ格段に低くてよい。したがって、小容量 '大電流の素子が利用できるため、この磁化用変換器 120の容量は小さくてよい。

[0203] さらに、インバータ 1によって磁化する場合、可変磁石 53の磁束を増磁するとき、つまり、可変磁石 53と固定磁石 54とが強め合う動作のときは、固定子側で磁束が飽和し固定子に磁化電流を流し込んでも、その磁界が可変磁石に作用しにくくなる。このように、可変磁石 53を減磁するときに比べ、可変磁石 53を増磁するときには、より過大な磁化電流を固定子巻線へ流すことが必要であった。この結果、インバータ 1の素子定格がさらに増大し、コストアップや装置が大型化する可能性がある。

[0204] これに対し、本実施の形態では、回転子 51に磁化巻線 56を設けているので、前述のように磁気飽和の影響を受けることなぐ磁化用変換器 120からの最小限の電流にて、容易に可変磁石 53を磁化させることができる。

[0205] また、過大な磁化電流を固定子の D軸電流として流す場合、その過渡的な電流応答によって過渡トルクが発生する場合がある。特に可変磁束モータに突極性がある場合、 D軸電流を流すことでリラクタンストルクが変動し、可変磁束モータ 4のトルクが変動する。よって、磁化のために過大な磁化電流を D軸電流として流すことで、より一層の過大なトルク変動が生じることになる。これらトルク変動によって、車両の機械系の振動を誘発するなど、システム上、悪影響を及ぼすリスクがある。車両などでは、乗客などへの乗り心地の劣化もあり得る。

[0206] これに対し、本実施の形態では、必要最低限の磁化電流を流すだけでよ!/、ため、過渡トルクの発生も最小限にとどめることができる。特に、突極性を有した場合、磁化巻線 56に流す電流は直接リラクタンストルクになるものではないので、従来のインバータ 1によって、固定子側から磁化する方式に比べ、格段に磁化にともなうトルク変動を抑制することが可能となる。

[0207] また、インバータ 1から磁化電流を流す場合、電圧余裕が必要である。一般に速度に応じて出力電圧は変化するが、高速回転中は出力電圧を高くとり、また、損失を低減するような 1パルスモードが採用されている。このようにインバータ 1の出力電圧の最大を維持した運転中に、可変磁石 53の磁束を増加させるために、正の磁化電流、すなわち、正の D軸電流を流しこむ余裕がない。電圧に余裕がないと、磁化電流の立ち上がりが遅れるため、電流を流しこむ時間が増大する。この間、インバータ 1の温度上昇が起こり、装置破壊が生じる可能性があるため、逆に、これを回避するために、冷却器を増強することが必要となる。

[0208] これに対し、本実施の形態では、磁化巻線 56には逆起電圧が発生しないため、また、インバータ 1のように、他の要因で磁化するための電圧余裕がないような状態が存在せず、常時任意に電圧を印加することで磁化電流を流すことができる。さらに、インバータ 1で磁化する場合、インダクタンスの自由度がない。モータインダクタンスは、モータの出力や効率などを考慮して設計されるため、磁化における最適性が必ずしも優先されない。これに対し、専用の磁化巻線 56を備えると、そのインダクタンスの設計自由度が増加し、磁化に適正なインダクタンスをとることができる。

[0209] 以上の説明では、磁化巻線 56が作る磁束によって可変磁石 53の磁束を磁化させるように、図 30に示すように、磁化巻線 56を可変磁石 53の近傍に設けた力図 31に示すように、磁化巻線 56が作る磁束によって固定磁石 54の磁束を打ち消すように、固定磁石 54の近傍に磁化巻線 56を設けるようにしてもよい。

[0210] 図 31に示す回転子 51では、磁化巻線 56が高保磁力磁石である固定磁石 54の近傍に配置されている。これにより、磁化巻線 56に磁化電流を流すことで、固定磁石 5 4の磁束を弱めることができる。

[0211] 前述のとおり、インバータ 1によって、磁化電流を流すことの問題は、可変磁石 53を増磁させる場合に、固定子側が磁気飽和することで、完全に増磁するためには、過大な固定子電流を流す必要がある。この過大な電流を流すことで、磁化に伴うトルク変動が発生したり、インバータ 1の電流容量増加によるコストダウンや装置体格増といつた問題を引き起こすことがある。 [0212] そこで、図 31のように固定磁石 54の磁束を弱めるように磁化巻線 56を配置すると、磁化巻線 56が固定磁石 54に作用し、その磁束を相殺して打ち消すように作用することで、固定子側の磁気飽和を軽減し、インバータ 1から、より小さい磁化電流にて、可変磁石 53を増磁させることが可能となる。

[0213] この場合、磁化用変換器 120は、マイナスの磁化電流を流すだけの 1象限動作が可能なシンプルな構成で実現すればよい。例えば、図 32に示すように、磁化用変換器 120は 1個のスイッチング素子 Trと 1個のダイオード Dとで構成できる。一方、双方向の磁化電流を流す必要がある場合には、 2象限動作が可能なフルブリッジ変換器が必要であるので、例えば、図 33に示すように、 4個のスイッチング素子 Trを用いてフルブリッジ回路を構成し、磁化巻線 56に正負の電流を流すことができるように磁化用変換器 120を構成する。このように、磁化用変換器 120を簡易な回路で実現できることから、小型化'コストダウンが図れる。

[0214] 次に、図 34は磁化巻線 56を用いて磁化を行う場合の波形の一例を示す波形図である。図 34では、磁化巻線 56による磁化のみならず、インバータ 1による磁化をも合わせて行っている一例を示している。磁束指令演算部 12で演算された磁束指令 Φ *が変化するとき、磁化要求生成部 17にて、磁化要求フラグ FCReqを一瞬「1」にする。この磁化要求フラグ FCReqを受け、可変磁束制御部 13では、所定時間 Taの間において磁化処理を行う。磁化処理では、磁化巻線 56の磁化電流指令値 ImagRef とインバータ 1の主制御部 122による磁化のための電流指令である D軸電流指令 Id 水とを与える。

磁化電流 Imagやインバータ 1の D軸電流 Idによる電流制御によって、この電流を流すように動作する。磁化電流 Imag及び D軸電流 Idの作り出す磁界によって、可変磁石が変化する。図 34では、時点 tl〜t2の磁化にて可変磁石 53を増磁し、時点 t3〜 t4の磁化にて可変磁石 53を減磁している。

[0215] 増磁側は減磁側に比べ、磁気飽和のために磁化しにくいため、磁化巻線 56と共に、インバータ 1からも同時に磁化させる。一方、減磁側は増磁側に比べ、容易に磁化できるため、磁化巻線 56のみで作用させる。

[0216] インバータ 1による磁化を行うと、少なからず、トルク変動が生じて好ましくないが、磁化巻線 56のみでは磁化作用が不足する場合、協調をとつて磁化させることで磁化を容易に行うことができる。

[0217] 図 35は、磁化処理の他の一例の波形図である。磁化巻線 56は増磁側のみで作用する。前述のように、増磁側に比べ減磁側の磁化は容易であることから、インバータ 1 力 Sこれを担い、磁化回路 128を動作させず磁化巻線 56に磁化電流を流さない。この場合には、磁化用変換器 120を図 32に示した 1象限動作のみ可能な簡単な回路構成で実現できる。よって、装置の小型 ·軽量化に寄与できる。尚、磁化用変換器 120 のゲートは、磁化処理の間（時点 tl〜t2、 t3〜t4の間）だけオンさせればよい。

[0218] 磁化回路 128から回転子 51の磁化巻線 56への電力供給を非接触で行うようにすることも可能である。図 36はその場合の構成図である。図 29では、磁化用変換器 12 0からスリップリング 121によって磁化巻線 56に電力供給していたのに対し、図 36では、回転トランス 132によって非接触で磁化巻線に電力供給する。回転トランス 132 は、固定子に備えられた給電側コイル 130と、回転子 51に備えられた受電側コイル 1 29と力、ら成る。

[0219] 磁化用変換器 120は、磁化巻線 56に磁化電流指令に一致した高周波電圧を印加する。回転トランス 132である受電側コイル 129には同電圧が誘起される。受電コィノレ 129には中性点があり、整流回路 133によって全波整流される。整流回路 133の出力に磁化巻線 56が接続されており、全波整流によって変換された直流が磁化巻線 56にかかり、磁化電流が流れることで可変磁石 53の磁束を変化させる。

[0220] よって、スリップリング 121を用いた場合に比較し非接触にて励磁が可能であり、保守性 ·信頼性が向上できる。受電側の回路はダイオードのみであり、回転子 51に設置され、温度上昇もあるが SiCなどの半導体技術の向上により、温度の点でも問題はない。したがって、前述のように、磁化巻線 56に要する電圧は小さいくてよぐ回転トランス 132も大きなスペースを必要としない。

[0221] この場合には、磁化巻線 56の電流は一方向であるため、図 34の波形図のように、例えば、インバータ 1で磁化する際に、固定子が磁気飽和して過大な固定子電流を必要とすることを回避できる。また、図 35の波形図のように、磁化電流を双方向に流す場合には、図 37のように、整流器 133の直流出力側に、第 2の磁化用変換器 134 を備えればよい。このように実現することで磁化巻線 56に双方向の磁化電流を流すことが可能である。また、磁化回路 128を可変磁束モータ 4の回転子 51に設けるようにしてもよい。この場合には、スリップリング 121や回転トランス 132が必要なくなる。

[0222] (第 8の実施の形態）

本発明の第 8の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムについて、図 38を用いて説明する。図 29に示した第 7の実施の形態では、 1台のインバータ 1が 1台の可変磁束モータ 4を駆動する構成であつたのに対して、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムは、 1台のインバータ 1が 4台の可変磁束モータ 4を駆動することを特徴とする。尚、図 38において、第 7の実施の形態や他の実施の形態と共通する構成要素については共通する符号を付して示してある。

[0223] インバータ 1の主制御部 122は、図 29に示したものと同一構成であり、各々の可変磁束モータ 4には各々の磁化回路 128の磁化電流制御部 123及び磁化用変換器 1 20が設けられている。また、直流電源 127は共通で設けられている。磁化電流制御部 123には、安定化制御器 126が追加して設けられ、磁化電流指令 ImagRefに安定化制御部 126の出力が加算されている。安定化制御部 126は、駆動する可変磁束モータ 4 (_x)の回転数 WR (x)を入力し、例えば、それを微分した上でゲインを乗じて出力することで磁化電流指令 ImagRefを補正するものである。

[0224] 一般に、 1台のインバータ 1で複数台の同期モータを駆動する場合には、可変磁束モータ 4の負荷がアンバランスになると、同期モータの回転数が振動し不安定化する現象が発生する。インバータ 1には、個々の同期モータを安定化する手段がないため、負荷のアンバランスの条件により脱調し、運転不能となることがある。このため、同期モータを並列に駆動するという事例は少ない。したがって、 1台の同期モータである可変磁束モータ 4に 1台のインバータが必要となることから、誘導モータなど並列駆動できるドライブシステムに比べコストが増加する。

[0225] これに対し、図 38に示す本実施の形態の構成によれば、負荷のアンバランスによつて各々の可変磁束モータ 4の回転数が振動的になった場合でも、安定化制御器 1 26でそれを抑制するような磁化電流を流すことで、各々の可変磁束モータ 4の回転数を安定化することができる。 [0226] 可変磁束モータ 4のトルクは、磁石磁束と固定子電流とによって決まる。固定子電流は、共通であるため制御不能である力可変磁石 53を磁化巻線 56の電流によつて増減することで、総磁束を制御することが可能である。回転数を安定化するためには、回転数の変動をフィードバックして、（粘性摩擦と等価になるため）トルクの次元に与えればよいが、それは回転数の微分をフィードバックすることで実現される。よって、各々の可変磁束モータ 4に磁化巻線 56を備えることで、従来は不可能であった同期モータである可変磁束モータ 4を並列駆動することが可能となる。これにより、集中的なインバータ 1を実現すればよぐ装置の小型化やコストダウンが図れる。

[0227] 前述のように、回転子 51に備わる磁化巻線 56では、逆起電圧が生じないことから必要な電圧は小さぐ基本的には、巻線抵抗に相応する電圧を印加すればよい。ィンバータ 1などで磁化するのに比べ、可変磁石 53の磁化が非常に容易であり、磁化巻線 56によってトルクを、常時、個別に容易に制御できる。

[0228] (第 9の実施の形態）

図 39は、本発明の第 9の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。尚、図 39及び後述の各実施の形態を示す図において、前述した他の実施の形態における構成要素と同一ないし均等のものは、同一の符号をもつて示し、重複した説明を省略する。永久磁石同期モータとしての可変磁束モータ 4 は、第 1の実施の形態と同様に図 2〜図 5に示すものである。

[0229] 本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムは、可変磁束モータ 4、電流検出器 2、直流電源 3、直流電力を交流電力に変換するインバータ 1、切替器 205a、 PW M回路 6、停止減磁判断部 208a、電圧指令演算部 210、電流指令演算部 211、及び回転角度センサ 18で構成されている。ここで、この可変磁束モータドライブシステムは、主回路と制御回路とに分けることができる。直流電源 3、インバータ 1、可変磁束モータ 4、モータ電流を検出するための電流検出器 2及び可変磁束モータ 4の回転角度を検出するための回転角度センサ 18は主回路を構成する。また、切替器 20 5a、 PWM回路 6、停止減磁判断部 208a、電圧指令演算部 210及び電流指令演算部 211は制御回路を構成する。可変磁束モータ 4は低保持力の永久磁石である可変磁石（例えばアルニコ磁石）を有する。 [0230] インバータ 1は、可変磁束モータ 4を駆動する。また、インバータ 1は本発明の磁化部にも対応し、可変磁束モータ 4の有する可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する。さらに、インバータ 1は、本発明の減磁部にも対応し、停止減磁判断部 208aにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して減磁を行う。また、ィンバータ 1は、可変磁束モータ 4に直結されており、従来のように負荷接触器を必要としない。本実施の形態において、減磁部は、 1つであるが、複数であってもよい。減磁部が複数ある場合の実施の形態については、後述する。

[0231] 停止減磁判断部 208aは、本発明の減磁判断部に対応し、可変磁束モータ 4の有する可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する。本実施の形態においては、停止減磁判断部 208aは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムの内外にて故障が生じ、当該ドライブを保護停止する場合に、可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。

[0232] 電圧指令演算部 210、電流指令演算部 211及び回転角度センサ 18は、図 57に示した従来技術と同様であり、重複した説明を省略する。

[0233] 切替器 205aは、停止減磁判断部 208aにより生成された減磁信号に応じて出力を切り替える。減磁信号が停止減磁判断部 208aから出力されて!/、な!/、場合 (減磁フラグ FLG— DEMAG = 0)には、切替器 205aは、電圧指令演算部 210により生成された 3相の電圧指令 Vu *、 Vv *、 Vw *を PWM回路 6に出力する。

[0234] 一方、減磁信号が停止減磁判断部 208aから出力されている場合 (減磁フラグ FLG — DEMAG= 1)には、切替器 205aは 0を出力する。この場合には、 PWM回路 6は、 U, V, W相のそれぞれが同時にオンオフを繰り返すような制御信号をインバータ 1 に出力する。したがって、インバータ 1は、可変磁束モータ 4の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する。

[0235] 尚、図 40はインバータ 1の詳細な構成を示す図である。上述したように、停止減磁判断部 208aにより減磁信号が出力された場合には、 3相の全てのスイッチング素子が同時に全オン又は全オフするため、結果として、インバータ 1は可変磁束モータ 4 の各線間を短絡して可変磁石 53を減磁する。また、可変磁束モータ 4の有する可変磁石 53を減磁する方法として、インバータ 1の 6つのスイッチング素子のうちいずれか 1つをオンにする方法も挙げられる。 1つのスイッチング素子をオンすることで、回転子 51の回転位相角が所定の位相角になった場合に、誘起電圧を減磁させる減磁電流を流すことが可能になる。可変磁束モータ 4の誘起電圧が問題になるのは可変磁束モータ 4が回転しているときであり、回転と共に回転子 51の回転位相角は必ず所定の回転位相角を通過するため、可変磁石 53を減磁させることができる。

[0236] また別の方法として、インバータ 1の出力電圧を低下させて減磁を行うこともできる。

可変磁束モータ 4の線間短絡を行うことは、インバータ 1の出力電圧を 0とすることと同義であるが、出力電圧を低下させるだけでも十分に減磁の効果は得られる。例えば、通常の磁化動作と同様に、減磁目標となる磁束を得るために流すべき磁化電流指令を D軸電流指令に与え、これを流すように減磁させることもできる。磁化電流を流しきる時間にもよる力 S、出力電圧は、磁石磁束の低下すなわち減磁と共に、低下する。

[0237] 尚、本発明における減磁部力可変磁束モータ 4の線間の少なくとも 1つを短絡して減磁を行う場合には、減磁電流の大きさが所定値に達するならば、その短絡する時間はごく短時間でよぐ一瞬短絡するだけでも減磁の効果は得られる。

[0238] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図 41は停止減磁判断部 208aの詳細な構成を示すブロック図である。ここでの入力は、保護信号 PRO Tと運転指令 RUN— CMDである。これらの信号は、システム内の適切な手段により生成されたものである。停止減磁判断部 208aは、これらの信号に基づき、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合のタイミングを知ることができる。

[0239] 基本的には、運転指令が入った場合に、運転指令を運転状態 (RUN— CMD = 1 )にし、運転指令が停止を指示した場合には、運転指令を停止状態 (RUN— CMD =0)にする。

[0240] まず通常の運転停止について説明する。図 42 (a)は、通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令 RUN— CMD = 1であり、保護信号 PROT = 0である。したがって、 NOT回路 220の出力は 1であり、 AND回路 221の出力も 1となる。ここで、 AND回路 221の出力は、保護を含めた運転指令であると言える。

[0241] これまで通常の運転が継続しているとすると、前回値保持回路 223の出力は 1となる。また、 NOT回路 222の出力は 0であるため、 AND回路 224の出力は 0となる。 O FF時間遅延（OFFTD)回路 225は、入力された値が 1である場合に、所定時間経過後に 0を出力する回路である。ここでは、 0が継続して OFFTD回路 225に入力されているため、 OFFTD回路 225は、 0を出力し続ける。以上により、減磁フラグ FLG — DEMAG = 0となる。また、 OR回路 226の出力は 1となる。

[0242] 一方、重故障判断回路 227は、適切な手段により当該可変磁束モータドライブシステムの状態を取得することができる。この可変磁束モータドライブシステムが健全である力、、若しくは軽故障、他装置異常といった状態である場合には、重故障判断回路 2 27は 0を出力する。また、可変磁束モータドライブシステムが重故障である場合には、重故障判断回路 227は 1を出力する。ここでは、健全であるため、重故障判断回路 227は 0を出力する。したがって、 NOT回路 228の出力は 1となり、 AND回路 229は 1を出力する。

[0243] 以上より、停止減磁判断部 208aから出力されるゲート指令 Gstの値は、 1となる。 P WM回路 6は、停止減磁判断部 208aにより生成されたゲート指令 Gstに基づき、インバータ 1に内在するスイッチング素子を制御（ゲートオン)する。

[0244] 図 42 (a)の時刻 tに示すように、運転指令が停止を指示した場合 (RUN CMD

0 ―

=0)には、 OFFTD回路 225に 1が入力され、減磁フラグはオン（FLG— DEMAG = 1)となる。また、時刻において、ゲート指令 Gstは、 1のままである。減磁フラグが

0

オンであるため、上述したように、切替器 5aは 0を出力する。この場合には、 PWM回路 6は U, V, W相のそれぞれが同時にオンオフを繰り返すような制御信号をインバータ 1に出力する。したがって、インバータ 1は可変磁束モータ 4の各線間を短絡し、可変磁石を減磁する。

[0245] 時刻力も所定時間が経過した後、時刻において OFFTD回路 225は 0を出力

0 1

する。したがって、減磁フラグはオフ（FLG_DEMAG = 0)となる。この減磁フラグがオンであった期間（時亥 ijt力も時亥 ijtまで）にのみ、切替器 205aは 0を出力し、インバ

0 1

ータ 1は減磁を行う。 [0246] 時刻 tにおいてゲート指令 Gstは 0となる。したがって、インバータ 1のスイッチング素子は、ゲートオフされ、インバータ 1は運転を停止する。

[0247] 次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図 42 (b)は軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻において

0

、保護信号 PROTは 0から 1となる。したがって、 AND回路 221の出力である保護を含めた運転指令は 0となる。したがって、 OFFTD回路 225の出力は 1となり、減磁フラグがオン（FLG— DEMAG= 1)となるため、インバータ 1による減磁が行われる。また、所定時間経過後の時刻 tにおいて、ゲート指令 Gstは 0となる。したがって、インバータ 1のスイッチング素子はゲートオフされ、インバータ 1は運転を停止する。通常の運転停止と異なる点は、運転指令が運転状態 (RUN— CMD= 1)のままであっても、保護信号 PROTが 1となった場合には減磁を行った上でインバータ 1を停止する点である。

[0248] 最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図 42 (c)は、重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。尚、軽故障と重故障の判定基準は設計者や使用者等が自由に設計することができるが、通常は自システムの故障によりゲート指令でゲートをオンすることが危険であり、一刻も早くシステムを停止する必要があるような故障は重故障とする。時刻において、保護信

0

号 PROTは 0から 1となる。それと同時に、重故障判断回路 227は重故障であるとの判断に基づき 1を出力する。したがって、ゲート指令 Gstは、 0となり、インバータ 1は、直ちに運転を停止する。

[0249] 時刻 tにおいて、 OFFTD回路 25の出力は 1となり、減磁フラグがオン（FLG DE

0

MAG= 1)となるが、インバータ 1は停止しているため、減磁は行われない。

[0250] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、可変磁束モータドライブシステムの保護が必要とされる場合やインバータ 1の停止時に減磁を行うので、逆起電圧が抑えられ、ブレーキ力がかかるのを防ぐと共に、システムを安全に保護することカでさる。

[0251] また、停止減磁判断部 208aから減磁信号が出力された場合に、インバータ 1を制御して簡易に減磁を行うので、既存の装置を有効活用して本システムを実現すること力できる。さらに、減磁を行うことにより、逆起電圧が抑えられるため、図 57に示すような負荷接触器 209が不要となり、コストの削減につながる。

[0252] 尚、本実施の形態において、インバータ 1と可変磁束モータ 4とは直結されているが、従来のようにインバータ 1と可変磁束モータ 4との間に両者の電気的な接続を制御する接触器を備えてもよい。この場合、減磁判断部 208aは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、制御信号を出力して接触器を開放させる。このような構成にすることにより、当該可変磁束モータドライブシステムは、信頼性を高めることができる。この可変磁束モータドライブシステムは、インバータ 1を減磁部として備えているため、接触器を各相に 1個（二重化して入れなレ、)のみ設置する構成としてもょレ、。

[0253] 図 43は、現行ドライブと本実施の形態の可変磁束モータドライブとの間で磁束の制卸を匕較した図である。図 43におレヽて、 251a, 251biまインノータ而ォ圧、 252a, 25 2biまモータ端子電圧、 253a, 253biま回転速度、 254a, 254biま磁石磁束、 255a, 255bは逆起電圧を示している。また、 Testは惰行タイミングを示している。

[0254] 図 43 (a)は、現行ドライブである固定磁束の永久磁石同期モータ（PRM)の磁束の制御を示す。 PRMの磁石磁束 254aは回転速度によらず一定であるため、発生する逆起電圧 255aは回転速度 253aの上昇と共に高くなる。ここで、電車や EV、 HEV、そして船舶等、複数のドライブシステムで一つの対象を駆動するものがある。この場合、自身のドライブのみで対象の速度（モータ回転数）が決定できない場合があり、また、対象に作用する外力（風、勾配）によって対象がさらに加速する場合もある。そのような場合、インバータ 1を停止してモータが惰行している際においても回転速度が上昇することが考えられ、逆起電圧 255aは回転速度と共に上昇する。したがって、上述したように、この逆起電圧 255aはインバータ 1の耐圧 251aを超え、装置の破壊やモータに対するブレーキ力の発生、短絡による事故の誘因となり得る。

[0255] これに対して、図 43 (b)に示す本実施の形態の可変磁束モータドライブは、インバータ 1を停止する際に減磁が行われ磁石磁束 254bを最小値にするため、可変磁束モータ 4が惰行している際に回転速度 253bが上昇したとしても、逆起電圧 255bが発生しておらず、システムを安全に保護することができる。また、低速域において、磁石磁束 254bを大きくすることで可変磁束モータ 4に流す電流を低減できるため、インバータ 1の小型化 ·コストダウンが実現できる。

[0256] (第 10の実施の形態）

図 44は、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。第 9の実施の形態の構成と異なる点は、切替器 205aが無い点、可変磁束モータ 4の線間に接触器 207a及び接触器 207bが設けられている点、及び停止減磁判断部 208bが減磁信号により接触器 207a, 207bを制御する点であ

[0257] 接触器 207a, 207bは本発明の減磁部に対応し、停止減磁判断部 208bにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。したがって、本実施の形態において、減磁部は 2つ存在する。停止減磁判断部 20 8bは、第 1の実施の形態と同様、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して減磁信号を生成し、接触器 207a, 207bに出力する。その他の構成は、第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0258] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。図 45は、停止減磁判断部 208bの詳細な構成を示すブロック図である。ここでの入力は、保護信号 P ROTと運転指令 RUN— CMDである。これらの信号はシステム内の適切な手段により生成されたものである。

[0259] 基本的には、運転指令が入った場合に、運転指令を運転状態 (RUN— CMD = 1 )にし、運転指令が停止を指示した場合には、運転指令を停止状態 (RUN— CMD =0)にする。

[0260] まず通常の運転停止について説明する。図 46 (a)は通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令 RUN— CMD = 1であり、保護信号 PROT = 0である。したがって、減磁フラグ FLG— DEMAG = 0となる。また、停止減磁判断部 208bから出力されるゲート指令 Gstの値は 1となる。 PWM回路 6は、停止減磁判断部 208aにより生成されたゲート指令 Gstに基づき、インバータ 1に内在するスイッチング素子を制御する。 [0261] 図 46 (a)の時刻 tに示すように、運転指令が停止を指示した場合（RUN— CMD

0

=0)には、 OFFTD回路 225に 1が入力され、減磁フラグはオン（FLG— DEMAG = 1)となる。この際、停止減磁判断部 208bは、減磁信号を接触器 207a, 207bに出力する。接触器 207a, 207bは、減磁信号に基づき可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。

[0262] また、第 9の実施の形態と異なる点として、時刻において、ゲート指令 Gstは 0とな

0

る。したがって、インバータ 1のスイッチング素子はゲートオフされ、インバータ 1は運転を停止する。第 9の実施の形態の場合はインバータ 1が減磁部であったためインバータ 1を停止してしまうと減磁を行うことができな力、つた力 S、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムは減磁部として接触器 7a, 7bを備えているので、インバータ 1 が運転を停止しているときにも減磁を行うことができる。

[0263] 時刻力も所定時間が経過した後、時刻において OFFTD回路 225は 0を出力

0 1

する。したがって、減磁フラグはオフ（FLG— DEMAG = 0)となり、接触器 7a, 7bは線間短絡による減磁を停止する。

[0264] 次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図 46 (b)は軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。時刻において

0

、保護信号 PROTは 0から 1となる。したがって、 OFFTD回路 225の出力は 1となり、減磁フラグがオン（FLG— DEMAG= 1)となるため、接触器 207a, 207bによる減磁が行われる。それと同時に、ゲート指令 Gstは 0となる。したがって、インバータ 1のスイッチング素子はゲートオフされ、インバータ 1は運転を停止する。通常の運転停止と異なる点は、運転指令が運転状態 (RUN— CMD = 1)のままであっても、保護信号 PROTが 1となった場合にはインバータ 1を停止すると共に減磁を行う点である。

[0265] 最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図 46 (c)は重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。 muにおい

0 て、保護信号 PROTは 0から 1となる。それと同時に、重故障判断回路 227は重故障であるとの判断に基づき 1を出力する。したがって、ゲート指令 Gstは 0となり、インバータ 1は直ちに運転を停止する。したがって、本実施の形態において、停止減磁判断部 208bを用いる場合は、当該可変磁束モータドライブシステムは軽故障の場合も重故障の場合も同様の動作を示す。

[0266] 図 47は停止減磁判断部 208bの別の構成例を示すブロック図である。まず通常の運転停止について説明する。図 48 (a)は通常の運転停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。通常の運転状態にあるときには、運転指令 RUN — CMD = 1であり、保護信号 PROT = 0である。したがって、減磁フラグ FLG— DE MAG = 0となる。また、停止減磁判断部 208bから出力されるゲート指令 Gstの値は、 1となる。 PWM回路 6は、停止減磁判断部 208aにより生成されたゲート指令 Gstに基づきインバータ 1に内在するスイッチング素子を制御する。

[0267] 図 48 (a)の時刻 tに示すように、運転指令が停止を指示した場合（RUN CMD

0

=0)には、減磁フラグはオン（FLG— DEMAG= 1)となる。この際、停止減磁判断部 208bは減磁信号を接触器 207a, 207bに出力する。接触器 207a, 207bは減磁信号に基づき、可変磁石 53に対して線間を短絡することにより減磁を行う。また、時亥 ijtにおいて、ゲート指令 Gstは 0となる。したがって、インバータ 1のスイッチング素

0

子はゲートオフされ、インバータ 1は運転を停止する。この後は、減磁フラグはオン (F LG— DEMAG= 1)のままであり、減磁が継続して行われる。また、ゲート指令 Gst は 0のままである。

[0268] 次に、軽故障における保護停止の場合について説明する。図 48 (b)は、軽故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。 muにおい

0 て、保護信号 PROTは 0から 1となる。したがって、減磁フラグがオン（FLG— DEMA G= l)となるため、接触器 207a, 207bによる減磁が行われる。それと同時に、ゲート指令 Gstは 0となる。したがって、インバータ 1のスイッチング素子はゲートオフされ、ィンバータ 1は運転を停止する。

[0269] 最後に、重故障における保護停止の場合について説明する。図 48 (c)は重故障の保護停止における各信号の状態を時間軸に沿って示したものである。 muにおい

0 て、保護信号 PROTは 0から 1となる。それと同時に、重故障判断回路 227は重故障であるとの判断に基づき 1を出力する。したがって、ゲート指令 Gstは 0となり、インバータ 1は直ちに運転を停止する。

[0270] 上述のとおり、本発明の第 10の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 9の実施の形態の効果に加え、減磁部として接触器 207a, 207bを備えているので、インバータ 1が動作を停止した後においても減磁を行うことができる。また図 57に示したように、従来は各相に直列に負荷接触器を接続する必要があつたため最低でも 3個（二重化して入れる場合には 6個）の負荷接触器 209a〜209fが必要であつたが、本実施の形態においては 2個で足りる。また、負荷接触器を各相に直列に接続する場合には、インバータ運転中は常に大きな電流が負荷接触器を流れるため大きな容量を必要としたが、本実施の形態においては、接触器 207a, 207bは減磁を行う短い時間にのみ電流を流すため、電流容量を低減して小型化を図ると共に接触器の故障率も低くすることができる。

[0271] 図 47に示したような停止減磁判断部 208bを用いた場合は、内部を構成する回路を減らすことができ、小型化、コストダウンが期待できる力インバータ 1のゲートがォフしている間は、接触器 207a, 207bは常に短絡して減磁を行う。そのため、安全ではあるが、定常的に電流が流れて可変磁束モータ 4に対してブレーキ力が発生する可能性がある。

[0272] また、減磁部を 2つ、つまり接触器 207aと接触器 207bを備えているので、いずれか片方が故障した場合においても減磁を行うことができ、当該可変磁束モータドライブシステムの信頼性が向上する。

[0273] (第 11の実施の形態）

図 49は、本発明の第 11の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。第 10の実施の形態の構成と異なる点は、可変磁束モータ 4の線間に接触器 207cが設けられている点である。

[0274] 接触器 207cは、本発明の減磁部に対応し、停止減磁判断部 208cにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う。第 10 の実施の形態と異なり、本実施の形態における減磁部は、 1線間のみを短絡する。この場合においても、可変磁束モータ 4が回転することにより、可変磁石は、接触器 20 7cが短絡した線間にお!/、て減磁される。

[0275] 図 50は、可変磁束モータ 4の線間を短絡して減磁を行うことができる減磁部の例を示す図である。本実施の形態において、可変磁束モータ 4の線間の少なくとも 1つを短絡して減磁を行う減磁部は、図 50 (c)に示すような接触器 207cである力 S、半導体スィッチでもよい。例えば、この接触器 207cの代わりに、本実施の形態における減磁部は、図 50 (a)に示すサイリスタと逆阻止ダイオードを組み合わせたものでもよいし、図 50 (b)に示す自己消弧素子（GTO、 IGBT、 MOSFET)と逆阻止ダイオードを組み合わせたものでもよい。尚、第 10の実施の形態における接触器 207a, 207bも、上述したような半導体スィッチを用いた減磁部に代えることができる。その他の構成は、第 10の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0276] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。停止減磁判断部

208cは、第 10の実施の形態における停止減磁判断部 208bの動作と同じである。したがって、停止減磁判断部 208cは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に可変磁石 53に対して減磁を行うベきであると判断して、減磁信号を生成して接触器 207cに出力する。

[0277] 接触器 207cは、入力された減磁信号に基づき可変磁束モータ 4の線間を短絡し、可変磁石 53に対して減磁を行う。

[0278] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 9の実施の形態及び第 10の実施の形態の効果に加え、減磁部として接触器 207cを備えているので、インバータ 1が動作を停止した後においても減磁を行うことができると共に、負荷接触器の数が接触器 207cの 1個で足り、コストダウンが可能である。

[0279] (第 12の実施の形態）

図 51は、本発明の第 12の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。図 39に示した第 9の実施の形態の構成と異なる点は、可変磁束モータ 4の線間に接触器 297a, 207bが設けられている点である。したがって、本実施の形態において、インバータ 1、及び接触器 207a, 207bはいずれも本発明の減磁部に対応する。停止減磁判断部 208dは、減磁信号に対応する減磁フラグ FLG — DEMAG1 , ?し0—0£^[八02を接触器207&, 207b及び切替器 205bに出力する。

[0280] 停止減磁判断部 208dは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して減磁信号を生成する。その際、停止減磁判断部 208dは、減磁部に対応するインバータ 1、接触器 207a, 207bのいずれかが故障状態である場合には、故障状態でな!/、減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成する。接触器 207a, 207bは、第 10の実施の形態と同様に、停止減磁判断部 208dにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石 53に対して線間を短絡することにより減磁を行う。その他の構成は、図 39に示した第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0281] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態において、保護信号 PROTは、減磁部であるインバータ 1及び接触器 207a, 207bのそれぞれが故障等のために保護が必要とされる状態（故障状態）であるか否かに関する情報を含むものとする。停止減磁判断部 208dは、保護信号 PROTに基づき、ィンバータ 1及び接触器 207a, 207bのそれぞれ力故障状態であるか否かを判断すること力 Sでさる。

[0282] 図 52は、本実施の形態における停止減磁判断部 208dの動作を示すフローチヤ一トである。まず、停止減磁判断部 208dは、当該可変磁束モータドライブシステムを保護するか否かを判断する（ステップ S101)。システムの保護が要求されていない場合、停止減磁判断部 208dは前回の運転指令が運転状態（RUN— CMD= 1)であり、かつ今回の運転指令が停止を指示した場合 (RUN— CMD = 0)であるか否かを判断する（ステップ S103)。この条件にあてはまらない場合には、これで動作は終了す

[0283] ステップ S103において、停止減磁判断部 208dが前回の運転指令が運転状態であり、かつ今回の運転指令が停止を指示した場合であると判断した場合、通常の減磁が行われる（ステップ S 107)。ここで、通常の減磁の動作はどのような方法でもよい。例えば、停止減磁判断部 208dは、減磁信号を切替器 205bと接触器 207a, 207b の両方に出力し、つまり、 FLG— DEMAG1 = 1、 FLG— DEMAG2 = 1を出力し、インバータ 1による減磁と接触器 207a, 207bによる減磁を同時に行うことができる。また、停止減磁判断部 208dは、通常は減磁信号を切替器 205bにのみ出力し、つまり、 FLG— DEMAG1 = 1、 FLG— DEMAG2 = 0を出力し、インバータ 1による減磁のみを行うこともできる。これにより、接触器 207a, 207bの開閉回数を減らすと共に、故障率を下げて寿命を延ばすことができる。

[0284] ステップ S101において、システム保護が要求される場合、停止減磁判断部 208d は、主インバータであるインバータ 1と補助装置である接触器 207a, 207bの両方が故障状態であるか機能健全であるかを判断する（ステップ S109)。主インバータ 1と補助装置のいずれもが健全である（故障状態でない)場合、停止減磁判断部 208d は減磁信号を生成して、通常の減磁を行う（ステップ S107)。

[0285] 主インバータ 1と補助装置とのいずれかが健全でない（故障状態である）場合、停止減磁判断部 208dは、インバータ 1が健全である（故障状態でない）か否かを判断する（ステップ S111)。ここで、インバータ 1が健全である場合には、停止減磁判断部 20 8dは、故障状態でない減磁部であるインバータ 1に減磁を行わせるために減磁信号 (FLG— DEMAG1 = 1)を生成して切替器 205bに出力する。したがって、第 9の実施の形態で説明したように、切替器 205bは 0を出力する。そのため、インバータ 1は可変磁束モータ 4の各線間を短絡し、可変磁石 53を減磁する（ステップ S 113)。したがって、接触器 207a, 207bは減磁を行わない。

[0286] ステップ S111において、インバータ 1が健全でなぐ故障状態である場合には、停止減磁判断部 208dは、故障状態でない減磁部である接触器 7a, 7bに減磁を行わせるために、減磁信号を生成して接触器 7a, 7bに出力する（FLG— DEMAG2 = 1 )。接触器 7a, 7bは、第 2の実施の形態と同様に、停止減磁判断部 208dにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石に対して線間を短絡することにより減磁を行う（ステツプ S 115)。したがって、インバータ 1は減磁を行わない。

[0287] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 9の実施の形態乃至第 11の実施の形態の効果に加え、停止減磁判断部 208dは 1以上の減磁部の!/、ずれかが故障状態である場合には、故障状態でな!/、減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成するので、故障状態である減磁部を用いることなく健全な減磁部のみを用いて減磁を行うことができ、システムを安全に保護することができる。

[0288] (第 13の実施の形態）

図 53は、本発明の第 13の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。第 10の実施の形態の構成と異なる点は、磁化用変換器 231 、電流検出器 232、磁化電流指令演算部 212、電圧指令演算部 210a、及び PWM 回路 6aを新たに備えた点である。

[0289] 磁化用変換器 231は、本発明の磁化部に対応し、直流電源 3に接続され、可変磁束モータ 4の有する可変磁石 53の磁束を制御するための磁化電流を可変磁束モータ 4に設けられた磁化巻線に供給する。また、磁化用変換器 231は、本発明の減磁部にも対応し、停止減磁判断部 208eにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石 53に対して減磁を行う。磁化巻線に流れる電流は回生が不要であり、かつ、増磁' 磁のため正負双方向の磁化電流を流すことが必要であるので、磁化用変換器 231 は周知の単相フルブリッジ変換器の構成によって実現して!/、る。電流検出器 232は、磁化巻線に流れる磁化電流を検出し電圧指令演算部 210aに出力する。

[0290] 磁化電流指令演算部 212は必要な磁化電流を計算し、磁化電流指令を生成して電圧指令演算部 210aに出力する。一般に、磁化電流は可変磁石 53のそれに至るまでの過去の磁化の履歴に依存するものである。そこで、磁化電流指令演算部 212 は、例えば過去の磁化の履歴と要求する磁束とに対する磁化電流をテーブル情報として有することにより、必要な磁化電流を算出することができる。磁化電流を流すためには、高速かつ精度よく流すことが必要であるため、 PI制御に代わりヒステリシスコンパレータなどで実現してもよレ、。

[0291] 電圧指令演算部 210aは、入力された磁化電流指令に基づき、当該指令に磁化用変換器 231の出力する磁化電流が一致するように電圧指令を演算して生成し、 PW M回路 6aに出力する。 PWM回路 6aは入力された電圧指令に基づき、磁化用変換器 231のスイッチング素子をオンオフ制御する。

[0292] したがって、本実施の形態において、インバータ 1、磁化用変換器 231及び接触器

207cは、いずれも本発明の減磁部に対応する。

[0293] このような構成とするので、磁化電流による磁界によって、可変磁石 53である低保磁力永久磁石を直接的に磁化制御できる。このため、従来のように主巻線の D軸電流を過大に流すことにより磁化することに対し、磁化巻線の磁化電流によって可変磁石 53の磁束を可変に制御することができる。 [0294] この結果、インバータ 1の電流容量を低減することができ、インバータ 1の小型.軽量 •コストダウンが期待できる。磁化巻線を例えば、図 30若しくは図 31に示したように回転子鉄心 52の内部に埋め込めば、回転子 51内の磁化巻線に鎖交する磁束の時間変化がないため同巻線に逆起電圧が発生しないことから、この磁化用変換器 231の容量は小さくてよい。

[0295] さらに、インバータ 1で磁化する場合、インダクタンスの設計自由度が小さい。モータインダクタンスは、モータの出力や効率などを考慮して設計されるため、磁化における最適性が必ずしも優先されない。これに対し、専用の磁化巻線を備えると、そのインダクタンスの設計自由度が増加し、磁化に適正なインダクタンスをとることができ

[0296] 停止減磁判断部 208eは減磁信号に対応する減磁フラグ FLG— DEMAG1 , FL G— DEMAG2, FLG— DEMAG3を磁化電流指令演算部 212、電流指令演算部 211、及び接触器 207cにそれぞれ出力する。

[0297] 停止減磁判断部 208eは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して減磁信号を生成する。その際、停止減磁判断部 208eは、減磁部であるインバータ 1、磁化用変換器 231、接触器 207cのいずれかが故障状態である場合には、故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成する。接触器 2 07cは、第 11の実施の形態と同様に、停止減磁判断部 208eにより生成された減磁信号に基づき、可変磁石 53に対して線間を短絡することにより減磁を行う。その他の構成は、第 10の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0298] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態において、保護信号 PROTは、減磁部であるインバータ 1、磁化用変換器 231及び接触器 207cのそれぞれが故障等のために保護が必要とされる状態（故障状態）であるか否かに関する情報を含むものとする。停止減磁判断部 208eは、保護信号 PROT に基づきインバータ 1、磁化用変換器 231及び接触器 207cのそれぞれが故障状態であるか否かを判断することができる。

[0299] 図 54は、本実施の形態における停止減磁判断部 208eの動作を示すフローチヤ一トである。まず、停止減磁判断部 208eは、当該可変磁束モータドライブシステムを保護するか否かを判断する（ステップ S201)。システムの保護が要求されて!/、な!/、場合、停止減磁判断部 208eは前回の運転指令が運転状態（RUN— CMD = 1)であり、かつ今回の運転指令が停止を指示した場合 (RUN— CMD = 0)であるか否かを判断する（ステップ S202)。この条件にあてはまらない場合には、これで動作は終了す

[0300] ステップ S202において、停止減磁判断部 208eが前回の運転指令が運転状態であり、力、つ今回の運転指令が停止を指示した場合であると判断した場合、磁化回路である磁化用変換器 231は減磁を行う（ステップ S205)。ここで、磁化用変換器 231 に減磁を行わせるために、停止減磁判断部 8eは減磁信号を磁化電流指令演算部 2 12に FLG— DEMAG1 = 1を出力する。磁化電流指令演算部 212は、磁化用変換器 231が減磁を行うのに必要な磁化電流を算出し、磁化電流指令を電圧指令演算部 210aに出力する。電圧指令演算部 210a及び PWM回路 6aの動作は、前述したとおりである。磁化用変換器 231は磁化電流を流すことにより、可変磁石に対して減磁を行う。

[0301] ステップ S201において、システム保護が要求される場合、停止減磁判断部 208e は、磁化回路である磁化用変換器 231が故障状態である力、機能健全であるかを判断する (ステップ S203)。磁化用変換器 231が健全である（故障状態でない)場合、停止減磁判断部 208eは、減磁信号を磁化電流指令演算部 212に FLG— DEMA Gl = lを出力する。この減磁信号に基づき、磁化用変換器 231は可変磁石に対して減磁を行う（ステップ S 205)。

[0302] 磁化回路が健全でな!/、（故障状態である）場合、停止減磁判断部 208eはインバータ 1が健全である（故障状態でない）か否かを判断する（ステップ S207)。ここで、インバータ 1が健全である場合には、停止減磁判断部 208eは故障状態でない減磁部であるインバータ 1に減磁を行わせるために、減磁信号を生成して電流指令演算部 21 1に FLG— DEMAG2 = 1を出力する。電流指令演算部 211はインバータ 1が減磁を行うのに必要な電流を算出し、電流指令を電圧指令演算部 210に出力する。また、電流指令演算部 211は、電圧指令演算部 210が 0を出力するように電流指令を生成すること力 Sできる。この場合には、第 9の実施の形態と同様に、インバータ 1は可変磁束モータ 4の各線間を短絡し可変磁石 53を減磁する（ステップ S209)。

[0303] ステップ S207において、インバータ 1が健全でなぐ故障状態である場合には、停止減磁判断部 208eは、故障状態でな!/、減磁部である接触器 207cに減磁を行わせるために減磁信号 (FLG— DEMAG3 = 1)を生成して接触器 207cに出力する。接触器 207cは、第 11の実施の形態と同様に、停止減磁判断部 208eにより生成された減磁信号に基づき可変磁石 53に対して線間を短絡することにより減磁を行う（ステツプ S211)。

[0304] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 12の実施の形態と同様に、停止減磁判断部 208eは、 1以上の減磁部のいずれかが故障状態である場合には故障状態でない減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成するので、故障状態である減磁部を用いることなく健全な減磁部のみを用いて減磁を行うことができ、システムを安全に保護することができる。

[0305] また、磁化用変換回路 231を備えることにより、インバータ 1の電流容量を低減することができ、インバータ 1の小型 ·軽量'コストダウンが期待できる。

[0306] (第 14の実施の形態）

図 55は、本発明の第 14の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。図 39に示した第 9の実施の形態の構成と異なる点は、直流電圧検出器 217及び逆起電圧推定部 219を備えている点である。

[0307] 直流電圧検出器 217は、本発明の第 1電圧検出部に対応し、直流電源 3からインバータ 1に入力される直流電圧を検出する。逆起電圧推定部 219は、インバータ 1により出力される電圧と電流に基づき、可変磁束モータ 4の有する可変磁石 53の逆起電圧を推定する。停止減磁判断部 208fは、逆起電圧推定部 219により推定された逆起電圧が直流電圧検出器 217により検出された直流電圧以上である場合にのみ、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。

[0308] ここで、逆起電圧の推定について説明する。インバータ 1が停止中（ゲートオフ）である場合、逆起電圧は可変磁束モータ 4の線間電圧を測定して知ることができる。し力、しながら、インバータ 1が動作中である場合には、直接逆起電圧を測定することはできない。本実施の形態において、停止減磁判断部 208fは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護停止させる場合に、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して減磁信号を生成する。したがつて、逆起電圧推定部 219は、インバータ 1が動作中に逆起電圧を推定する必要があ

[0309] ここでは、公知の DQ軸回転座標系上で説明する。 D軸を磁石磁束ベクトルと同一方向となるように定義すると、定常状態における特性方程式は、以下の（28)式、（29 )式のように表される。

[数 21]

Vd = Rxld - xLqxIq ···( 2 8 )

Vq = Rx Iq - xLd xld + E ···( 2 9 )

[0310] ここで、 Rは巻線抵抗である。また、 Ld, Lqはそれぞれ D軸インダクタンスと Q軸インダクタンスである。さらに、 Vd, Vqはそれぞれ D軸電圧と Q軸電圧である。また、 Id, I qはそれぞれ D軸電流と Q軸電流である。 ωは回転子の回転角周波数 (電気角）である。そして、 Εは逆起電圧である。

[0311] 推定された逆起電圧を Ehとすると、（29)式より、

[数 22] &Eh = Vq - R Iq - ω Ld Id ...( 3 0 )

[0312] となり、逆起電圧を算出することができる。

[0313] 電流検出器 2は可変磁束モータ 4に供給される電流を検出し、電圧指令演算部 21 0及び逆起電圧推定部 219に出力する。逆起電圧推定部 219は、入力された U相電流及び W相電流を座標変換により DQ軸電流に変換して D軸電流 Id及び Q軸電流 I qを得ること力 Sできる。また、逆起電圧推定部 219は、切替器 205cが出力した 3相電圧指令に基づき座標変換によって D軸電圧 Vd及び Q軸電圧 Vqを得ることができる。尚、逆起電圧推定部 219は、直接実電圧を測定して DQ軸電圧を得ることもできる。その他の構成は、第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0314] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。インバータ 1が動作している間に、逆起電圧推定部 219は、インバータ 1により出力される電圧と電流とに基づき可変磁石 53の逆起電圧を推定する。（30)式に基づき算出された推定 Eh が DQ軸座標上の逆起電圧であり、 DQ軸電圧 =線間電圧 [RMS]であるため、線間電圧に換算した逆起電圧の振幅 Eh 'は、次のように表される。

[数 23]

Eh ' = Eh ^Jl · · · ( 3 1 )

[0315] 逆起電圧推定部 219は、算出した Eh 'を停止減磁判断部 208fに出力する。また、直流電圧検出器 21 7は、直流電源 3からインバータ 1に入力される直流電圧 Vdcを検出し、停止減磁判断部 208fに出力する。

[0316] 停止減磁判断部 208fは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、逆起電圧 Eh'と直流電圧 Vdcとの比較を行い、可変磁石 53に対して減磁を行うべきか否かを判断する。逆起電圧 Eh 'は、逆起電圧のピーク電圧を示す。したがって、停止減磁判断部 208fは、逆起電圧 Eh 'が直流電圧 Vdc以上である場合に、逆起電圧のピーク電圧が直流電圧 Vdcを超える可能性があるため、可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して減磁信号（ FLG— DEMAG = 1 )を生成し、切替器 205cに出力する。また、停止減磁判断部 2 08fは、逆起電圧 Eh 'が直流電圧 Vdc未満である場合には減磁信号を生成しない。その他の動作は、第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0317] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 9の実施の形態の効果に加え、逆起電圧推定部 219により推定された逆起電圧と直流電圧検出器 21 7により検出された直流電圧とを比較して減磁するか否かを判断するので、逆起電圧が直流電源 3の直流電圧より低い場合には減磁を行わず、不要な減磁の回数を減らして各素子の寿命を延ばすことができる。

[0318] 逆起電圧が直流電源 3の直流電圧以上である場合は、インバータ 1に大電流が流れ込み、素子破壊や過熱といった問題を起こす可能性や、可変磁束モータ 4にブレーキ力が生じるため、停止減磁判断部 208fは、減磁信号を生成して出力し、インバータ 1に過電圧力 Sかかるのを防ぐと共に、インバータ 1に大電流が流れるのを防ぎ、ブレーキ力力 Sかかることを回避できる。

[0319] 本実施の形態では、直流電圧と逆起電圧との比較のみで停止減磁判断を行っているが、電車や EV/HEV、そして船舶等、複数のドライブシステムで一つの対象を駆動するものがある。この場合、自身のドライブのみで対象の速度（モータ回転数）が決定できない場合があり、また、対象に作用する外力（風、勾配）によって対象がさらに加速する場合もある。このように、対象システムの運転計画における最高回転数や外乱による速度（回転数)アップの余裕を考慮して、減磁の判断を行うことも有効であ

[0320] (第 15の実施の形態）

図 56は、本発明の第 15の実施の形態の可変磁束モータドライブシステムの構成を示すブロック図である。図 39に示した第 9の実施の形態の構成と異なる点は、電圧検出器 213、過電圧判定部 214、タイマー 215及び OR回路 16を備えている点である。

[0321] 電圧検出器 213は、本発明の第 2電圧検出部に対応し、可変磁束モータ 4の線間電圧を検出する。

[0322] 過電圧判定部 214は、インバータ 1が停止し、かつ電圧検出器 213により検出された線間電圧が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成し、 OR回路 216に出力する。

[0323] タイマー 215は、本発明の計時部に対応し、時間を計時すると共に、インバータ 1が停止して!/、る場合に所定の時間が経過する毎に減磁要求信号を生成し、 OR回路 2 16に出力する。

[0324] 尚、停止減磁判断部 208gはゲート指令 Gstを PWM回路 6、過電圧判定部 214及びタイマー 215に出力する。したがって、過電圧判定部 214とタイマー 215とは、ゲート指令 Gstに基づきインバータ 1が停止しているか否かを知ることができる。

[0325] OR回路 216は、過電圧判定部 214又はタイマー 215のいずれかにより減磁要求信号を入力された場合に停止減磁判断部 208gに減磁要求信号を出力する。

[0326] 停止減磁判断部 208gは、過電圧判定部 214により生成された減磁要求信号又はタイマー 215により生成された減磁要求信号に基づき、可変磁石 53に対して減磁を行うべきか否力、を判断して減磁信号を生成し、切替器 205dに出力する。 [0327] 尚、停止減磁判断部 208gは、インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合には、第 9の実施の形態と同様に可変磁石 53に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成する。過電圧判定部 214やタイマー 215が動作するのは、インバータ 1が停止した後である。

[0328] また、図 56には示されていないが、例えば、可変磁石 53の磁束を推定又は検出すると共に、インバータ 1が停止しかつ可変磁石の磁束が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成する磁束検出部を備えてもよい。この場合も、停止減磁判断部 208gは、磁束検出部により生成された減磁要求信号に基づき可変磁石 53に対して減磁を行うべきか否力、を判断し、減磁信号を生成して切替器 205dに出力する。その他の構成は、第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0329] 次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。インバータ 1が動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、可変磁石 53に対して減磁を行う動作は、第 9の実施の形態と同様である。

[0330] 停止減磁判断部 208gが出力するゲート指令 Gst = 0で、インバータ 1が動作を停止している間に、過電圧判定部 214は電圧検出器 213により検出された線間電圧が所定の値以上であるか否かを判定する。ここで、電圧検出器 213により検出される線間電圧は、インバータ 1が停止しているため逆起電圧となる。すなわち、過電圧判定部 214は逆起電圧が所定の値以上であるか否かを判断する。所定の値については、設計者や操作者が自由に設定できるものとしてもよいし、過電圧判定部 214に予め設定されているものとしてもよい。過電圧判定部 214は、電圧検出器 213により検出された線間電圧（逆起電圧）が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成し、 OR回路 216に出力する。

[0331] また、停止減磁判断部 208gが出力するゲート指令 Gst = 0で、インバータ 1が動作を停止している間に、タイマー 215は時間を計時すると共に、インバータ 1が停止している場合に所定の時間が経過する毎に減磁要求信号を生成して OR回路 216に出力する。ここで、所定の時間についても、設計者や操作者が自由に設定できるものとしてもよ!/、し、タイマー 215に予め設定されて!/、るものとしてもよ!/、。

[0332] OR回路 216は、過電圧判定部 214又はタイマー 215のいずれかにより減磁要求信号を入力された場合に、停止減磁判断部 208gに減磁要求信号を出力する。停止減磁判断部 208gは、過電圧判定部 214により生成された減磁要求信号又はタイマ一 215により生成された減磁要求信号に基づき、可変磁石 53に対して減磁を行うベきか否かを判断し、減磁信号を生成して切替器 205dに出力する。その他の動作は、第 9の実施の形態と同様であり、重複した説明を省略する。

[0333] 上述のとおり、本実施の形態の可変磁束モータドライブシステムによれば、第 9の実施の形態の効果に加え、過電圧判定部 214を備えているので、インバータ 1が停止した後であっても逆起電圧が所定の値以上である場合に減磁を行い、逆起電圧の上昇を抑えること力できる。さらに、タイマー 215を備えているので、インバータ 1が停止した後であっても所定時間毎に減磁を行!/、、逆起電圧の上昇を抑えることができる。また、上述した磁束検出部を備えている場合には、インバータ 1が停止した後であつても、可変磁石 53の磁束が所定の値以上である場合に減磁を行い、逆起電圧の上昇を抑えることができる。その結果、ブレーキ力がかかるのを防ぐと共に、システムを安全に保護することができる。

産業上の利用可能性

[0334] 本発明に係る可変磁束モータドライブシステムは、電気車や電気自動車、ハイプリッド車等の駆動モータに対して利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 固定磁石と可変磁石とを有した可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束ドライブシステムにおレ、て、

前記可変磁束モータのトルク指令を生成するトルク指令生成部と、

前記インバータからの磁化電流によって磁束を可変させて前記可変磁石を磁化させる可変磁束制御部と、

前記トルク指令生成部からのトルク指令に基づく DQ軸電流基準と前記可変磁束制御部からの DQ軸磁化電流指令とを切り替える切替器と、

前記可変磁束制御部に対し所定の条件が成立したときに前記可変磁石を磁化させる要求を発生する磁化要求生成部と、

前記切替器からのトルク指令に基づく DQ軸電流基準または DQ軸磁化電流指令に基づいて前記インバータを制御するためのゲート指令を生成するゲート指令生成部とを備えたことを特徴とする可変磁束ドライブシステム。

[2] 前記磁化要求生成部は、前記インバータを始動した直後に磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[3] 前記切替器は、前記可変磁束制御部により前記可変磁石の磁化が完了した後に、前記トルク指令生成部からのトルク指令に基づく DQ軸電流基準に切り替え、トルクを立ち上げることを特徴とする請求項 2記載の可変磁束ドライブシステム。

[4] 前記磁化要求生成部は、前記インバータを停止する直前に磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[5] 前記磁化要求生成部は、前記インバータの保護動作の際に磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[6] 前記ゲート指令生成部は、前記可変磁束制御部により前記可変磁石の磁化が完了した後に、ゲート指令の出力を停止することを特徴とする請求項 4または請求項 5 記載の可変磁束ドライブシステム。

[7] 前記可変磁束制御部は、可変磁束モータの回転数に応じて前記可変磁石を磁化することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[8] 前記可変磁束制御部は、可変磁束モータの回転数が低速回転であるときは、可変磁石と固定磁石との磁束の合計が最大となるように可変磁石を磁化することを特徴とする請求項 7記載の可変磁束ドライブシステム。

[9] 前記可変磁束制御部は、可変磁束モータの回転数が高速回転であるときは、可変磁石と固定磁石との磁束の合計が最大より小さぐかつ、零より大きい値になるように可変磁石を磁化することを特徴とする請求項 7記載の可変磁束ドライブシステム。

[10] 前記磁化要求生成部は、前記インバータの変調率に応じて磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[11] 前記磁化要求生成部は、前記インバータの変調率が最大となった領域にて磁化要求を発生することを特徴とする請求項 10記載の可変磁束ドライブシステム。

[12] 前記磁化要求生成部は、前記インバータの変調率が最大となった領域にて磁束を可変した後も、同様に変調率が最大の領域となるような条件にて、磁化要求を発生することを特徴とする請求項 11記載の可変磁束ドライブシステム。

[13] 前記変調率が最大の条件は、弱め界磁制御を実施していることであることを特徴とする請求項 11または請求項 12記載の可変磁束ドライブシステム。

[14] 前記磁化要求生成部は、前記弱め界磁制御による電流増加により、前記可変磁石の磁束が変化する以前に磁化要求を発することを特徴とする請求項 13記載の可変磁束ドライブシステム。

[15] 前記変調率が最大の条件は、 1パルスモードであることを特徴とする請求項 11または請求項 12記載の可変磁束ドライブシステム。

[16] 前記磁化要求生成部は、弱め界磁制御の操作量に相応した状態量に応じて磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[17] 前記磁化要求生成部は、前記トルクが小さい場合に磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[18] 前記トルク指令生成部は前記可変磁石を磁化させる際にトルクを低減し、前記可変磁束制御部は、前記トルクを低減した後に前記可変磁石を磁化することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[19] 前記磁化要求生成部は、前記トルクがほぼ零であるときに磁化要求を発することを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[20] 前記可変磁束制御部は、可変磁石と固定磁石との磁束の合計の絶対値が最も零に近づくように、可変磁石を磁化させることを特徴とする請求項 4または請求項 5記載の可変磁束ドライブシステム。

[21] 前記可変磁石と固定磁石との磁束の合計がほぼ零であるように、可変磁石と固定磁石とを予め選定したことを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[22] 前記可変磁石と固定磁石との最大の磁束量がほぼ等しくなるように、可変磁石と固定磁石とを予め選定したことを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[23] 前記可変磁束制御部は、トルクを発生させないように磁化電流を流すことを特徴とする請求項 1記載の可変磁束ドライブシステム。

[24] 前記可変磁束制御部は、磁化方向を D軸とした場合に D軸電流とともにトルクを発生させないように Q軸電流も流すことを特徴とする請求項 23記載の可変磁束ドライブシステム。

[25] 永久磁石を用いた永久磁石電動機と、

前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、

前記永久磁石の磁束を制御するための磁化電流を流す磁化手段とを備え、前記永久磁石は、当該永久磁石の磁束密度が前記インバータからの磁化電流によって可変できる可変磁石を少なくとも一部に備え、

前記磁化手段は、前記可変磁石の磁性体の磁化飽和領域以上の磁化電流を流す能力を備えたものであることを特徴とする可変磁束ドライブシステム。

[26] 前記可変磁石は、前記インバータの磁化電流からみて飽和領域が段階的なものとなるように 2つ以上の可変磁石にて構成したことを特徴とする請求項 26に記載の可変磁束ドライブシステム。

[27] 前記 2つ以上の可変磁石は、保磁力の異なる 2つ以上の可変磁石から構成したことを特徴とする請求項 26に記載の可変磁束ドライブシステム。

[28] 前記 2つ以上の可変磁石は、回転子の連続しない複数の領域それぞれに配置した、保磁力が等しい 2つの可変磁石で構成したことを特徴とする請求項 26に記載の可変磁束ドライブシステム。

[29] 前記磁化手段は、前記磁化電流の大きさを磁束変化前の磁束量と磁束変化後の磁束量とに基づき決定することを特徴とする請求項 25〜28のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[30] 前記磁化手段は、異なる磁化電流によって 2回以上磁化させることを特徴とする請求項 25〜28のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[31] 永久磁石を用いた永久磁石電動機と、

前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、

前記永久磁石の磁束を制御するために磁化電流を流す可変磁束制御手段と、前記永久磁石電動機の電流を検出する手段と、

前記永久磁石電動機へ印加した電圧、電流及びモータパラメータである巻線インダクタンスに基づき、磁束量を推定する磁束推定手段とを備え、

前記永久磁石は、当該永久磁石の磁束密度が前記インバータからの磁化電流によって可変できる可変磁石を少なくとも一部に有することを特徴とする可変磁束ドライブシステム。

[32] 前記磁束推定手段が推定した推定磁束量に基づき、前記永久磁石電動機の出力トルクがトルク指令に近づくように、 D軸電流と Q軸電流を補正する DQ軸電流補正手段を備えたことを特徴とする請求項 31に記載の可変磁束ドライブシステム。

[33] 前記 DQ軸電流補正手段は、前記磁束推定手段が推定した推定磁束量に基づき、 DQ軸電流指令を補正するものであることを特徴とする請求項 32に記載の可変磁束ドライブシステム。

[34] 前記可変磁束制御手段は、前記磁束推定手段が推定した推定磁束量が磁束指令値に一致するように磁化電流を調整する磁化電流補正手段を有して!/、ることを特徴とする請求項 31に記載の可変磁束ドライブシステム。

[35] 前記磁化電流補正手段は、前記磁束指令値に基づき当該磁束を得るに必要な磁化電流基準を算定する磁化電流基準演算手段を有し、当該磁化電流基準を前記磁化電流へのフィードフォワードターゲット電流とすることを特徴とする請求項 34に記載の可変磁束ドライブシステム。

[36] 前記可変磁束制御手段は、磁化電流を流す時間の最小時間を設定し、最小時間以内の短い磁化電流が流れないように制御することを特徴とする請求項 3；!〜 34の V、ずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[37] 前記可変磁束制御手段は、前記磁束推定手段が推定した推定磁束量と前記磁束指令値との差異が所定範囲内になったことにより、前記永久磁石の磁化を完了とすることを特徴とする請求項 3；!〜 34のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[38] 前記磁束推定手段は、前記可変磁石量を前記巻線インダクタンスの関数若しくはテーブルを用いて前記磁束量を推定することを特徴とする請求項 31〜34、 37のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[39] 前記磁束を推定する磁束推定手段に代えて、磁束を検出する磁束検出手段を備え、

前記可変磁束制御手段は、前記磁束推定手段が推定した推定磁束量の代わりに、前記磁束検出手段が検出した磁束検出値を用レ、て前記磁化電流を制御することを特徴とする請求項 3；!〜 34、 37のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[40] 前記可変磁石の磁束密度を正の最大から負の最大まで利用することを特徴とする請求項 3；!〜 39のいずれかに記載の可変磁束ドライブシステム。

[41] 固定磁石と可変磁石とを有した可変磁束モータを駆動するインバータを備えた可変磁束ドライブシステムにおレ、て、

前記可変磁束モータのトルクがトルク指令となるように前記インバータを制御する主制御部と、

前記可変磁束モータの可変磁石を磁化する磁化巻線と、

前記磁化巻線に磁化電流を供給する磁化回路とを備えたことを特徴とする可変磁束モータドライブシステム。

[42] 前記磁化巻線は、前記可変磁束モータの回転子に設けられたことを特徴とする請求項 41記載の可変磁束モータドライブシステム。

[43] 前記磁化巻線は、前記磁化巻線が作る磁束によって前記可変磁石の磁束を磁化させるように、前記可変磁石の近傍に設けられたことを特徴とする請求項 42に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[44] 前記磁化巻線は、前記磁化巻線が作る磁束によって前記固定磁石の磁束を打ち消すように、前記固定磁石の近傍に設けられたことを特徴とする請求項 42に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[45] 前記可変磁石を変化する際には、前記磁化回路による磁化と、前記主回路による磁化とを併用して行うことを特徴とする請求項 4；!〜 44のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム

[46] 前記磁化回路は、前記可変磁束モータの回転子に設けられたことを特徴とする請求項 41に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[47] 前記磁化回路から前記回転子の磁化巻線への電力供給は、非接触で行われることを特徴とする請求項 41に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[48] 1台のインバータにより複数の可変磁束モータを一括して駆動するように構成し、各々の可変磁束モータ毎に前記磁化巻線を励磁する前記磁化回路を設けたことを特徴とする請求項 4；!〜 47のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[49] 低保持力の永久磁石である可変磁石を有する永久磁石電動機と、

前記永久磁石電動機を駆動するインバータと、

前記可変磁石の磁束を制御するための磁化電流を供給する磁化部と、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断し、判断結果に基づき減磁信号を生成する減磁判断部と、

前記減磁判断部により生成された減磁信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行う 1以上の減磁部とを備えたことを特徴とする可変磁束モータドライブシステム。

[50] 前記減磁判断部は、前記インバータが動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムに故障が生じた場合に、前記可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[51] 前記 1以上の減磁部の少なくとも 1つは、前記インバータの出力電圧を低下させて減磁を行うことを特徴とする請求項 49又は 50に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[52] 前記 1以上の減磁部の少なくとも 1つは、前記永久磁石電動機の線間の少なくとも 1つを短絡して減磁を行うことを特徴とする請求項 49〜51のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[53] 前記 1以上の減磁部の少なくとも 1つは、接触器であることを特徴とする請求項 52 に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[54] 前記 1以上の減磁部の少なくとも 1つは、半導体スィッチであることを特徴とする請求項 53に記載の可変磁束モータドライブシステム。

[55] 前記 1以上の減磁部の少なくとも 1つは、前記磁化部であることを特徴とする請求項

49〜55のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[56] 前記インバータにより出力される電圧と電流とに基づき、前記可変磁石の逆起電圧を推定する逆起電圧推定部と、

前記インバータに入力される直流電圧を検出する第 1電圧検出部とを備え、前記減磁判断部は、前記逆起電圧推定部により推定された逆起電圧が前記第 1電圧検出部により検出された直流電圧以上である場合にのみ、前記可変磁石に対して減磁を行うべきであると判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49〜

55のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[57] 前記減磁判断部は、前記 1以上の減磁部のいずれかが故障状態である場合には、故障状態でなレ、減磁部に減磁を行わせるために減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49〜56のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[58] 時間を計時するとともに、前記インバータが停止している場合に所定の時間が経過する毎に減磁要求信号を生成する計時部を備え、

前記減磁判断部は、前記計時部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49〜57のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[59] 前記可変磁石の磁束を推定又は検出するとともに、前記インバータが停止し且つ前記可変磁石の磁束が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成する磁束検出部を備え、

前記減磁判断部は、前記磁束検出部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49〜58のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[60] 前記永久磁石電動機の線間電圧を検出する第 2電圧検出部と、前記インバータが停止し且つ前記第 2電圧検出部により検出された線間電圧が所定の値以上である場合に減磁要求信号を生成する過電圧判定部とを備え、前記減磁判断部は、前記過電圧判定部により生成された減磁要求信号に基づき、前記可変磁石に対して減磁を行うべきか否かを判断して、減磁信号を生成することを特徴とする請求項 49〜59のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[61] 前記インバータと前記永久磁石電動機とが接触器を介さずに直結されたことを特徴とする請求項 49〜60のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。

[62] 前記インバータと前記永久磁石電動機との間の電気的な接続を制御する接触器を備え、

前記減磁判断部は、前記インバータが動作を停止する場合又は当該可変磁束モータドライブシステムを保護する場合に、前記接触器を開放させることを特徴とする請求項 49〜61のいずれかに記載の可変磁束モータドライブシステム。