(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機の異常時に永久磁石同期電動機を安全に停止させるために永久磁石同期電動機の動力線を短絡装置によって３相短絡させる短絡制御部と、
永久磁石同期電動機の永久磁石の永久磁石温度を取得する永久磁石温度取得部と、
３相短絡の際に発生する過渡的な電流により生じうる永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止するために設定される永久磁石同期電動機の電流の最大電流値を、前記永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び３相短絡の際に発生する過渡的な電流の組と、前記永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生磁界の強さ及び３相短絡の際に発生する永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁界の強さの組と、のうちのいずれか一方の組に基づいて、永久磁石同期電動機の回転数ごとに決定する最大電流値決定部と、
永久磁石同期電動機の電流値が前記最大電流値未満になるように永久磁石同期電動機の電流を制御する電流制御部と、
を備えることを特徴とする永久磁石同期電動機の制御装置。
【請求項２】
永久磁石同期電動機と、請求項１に記載の永久磁石同期電動機の制御装置と、を備えることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する永久磁石同期電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機を制御する場合、永久磁石同期電動機の永久磁石の永久磁石温度が上昇することによって不可逆減磁が生じ、永久磁石同期電動機がトルクを迅速かつ安定して生成することができなくなることがある。このために、永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する種々の電動機制御装置が、従来開示されている。
【０００３】
例えば、永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する従来の電動機制御装置として、永久磁石温度を推定し、推定した永久磁石温度の下で、電力変換器のスイッチング素子故障が発生した場合の短絡電流値を予測し、予測した短絡電流値が永久磁石に不可逆減磁が発生する電流値（不可逆減磁発生電流値）以下となるように、永久磁石同期電動機の最高速度を制限する電動機制御装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する従来の電動機制御装置として、永久磁石同期電動機の駆動中に不可逆減磁が発生しうる場合には、電力変換器のキャリア周波数を高くし又は電力変換器内部の変調方式を２相から３相に変更することによって永久磁石温度を低減して不可逆減磁の発生を防止する電動機制御装置も開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
さらに、永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する従来の電動機制御装置として、永久磁石同期電動機の永久磁石の永久磁石温度に応じて永久磁石同期電動機の出力を調整する永久磁石同期電動機の制御装置も提案されている（例えば、特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５５５３号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４５２１号公報
【特許文献３】特開平１１−１８４９６号公報
【特許文献４】特開２００３−２３５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
永久磁石同期電動機は、その性質上、永久磁石同期電動機の異常時（例えば、永久磁石同期電動機に電力を供給する電源の停電時）には発電機として作用する可能性がある。永久磁石同期電動機が発電機として作用するとき、永久磁石同期電動機自身及びそれを制御する電動機制御装置に生じる過大な電圧によって焼損等のトラブルが生じることがある。このようなトラブルの対策として、通常、永久磁石同期電動機の異常時に短絡装置によって永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡し、永久磁石同期電動機を安全に停止させている。
【０００８】
永久磁石同期電動機の異常時に短絡装置によって永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡する場合、過渡的な電流が発生する。このように発生した過渡的な電流は、永久磁石同期電動機の永久磁石を減磁させる方向に流れ、これによって、永久磁石同期電動機の永久磁石に不可逆減磁が生じることがある。
【０００９】
上述した従来の電動機制御装置では、永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡した場合に発生する過渡的な電流についての対策が講じられていないので、永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡した場合に発生する過渡的な電流による永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止することができない。
【００１０】
本発明の目的は、永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡した場合に発生する過渡的な電流による永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止する、永久磁石同期電動機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による永久磁石同期電動機の制御装置は、永久磁石同期電動機の異常時に永久磁石同期電動機を安全に停止させるために永久磁石同期電動機の動力線を短絡装置によって３相短絡させる短絡制御部と、永久磁石同期電動機の永久磁石の永久磁石温度を取得する永久磁石温度取得部と、３相短絡の際に発生する過渡的な電流により生じうる永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止するために設定される永久磁石同期電動機の電流の最大電流値を、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び３相短絡の際に発生する過渡的な電流の組と、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生磁界の強さ及び３相短絡の際に発生する永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁界の強さの組と、のうちのいずれか一方の組に基づいて決定する最大電流値決定部と、永久磁石同期電動機の電流値が最大電流値未満になるように永久磁石同期電動機の電流を制御する電流制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
好適には、最大電流値決定部は、最大電流値を、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び３相短絡の際に発生する過渡的な電流の極値の組と、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生磁界の強さ及び３相短絡の際に発生する永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁界の強さの極値の組と、のうちのいずれか一方の組に基づいて決定する。
【００１３】
好適には、最大電流値決定部は、最大電流値を永久磁石同期電動機の回転数ごとに決定する。
【００１４】
好適には、電流制御部は、永久磁石同期電動機の回転数が０を超える第１の回転数と第１の回転数より大きい第２の回転数との間にあるときには、無効電流成分を含む電流を永久磁石同期電動機に供給することによって永久磁石同期電動機の永久磁石による誘起電圧を抑制しながら永久磁石同期電動機を駆動するように制御する。
【００１５】
本発明による制御システムは、永久磁石同期電動機と、本発明による永久磁石同期電動機の制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
好適には、本発明による制御システムは、永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡する短絡装置を更に備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、永久磁石同期電動機の動力線を３相短絡した場合に発生する過渡的な電流による永久磁石同期電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の電動機制御装置を有する制御システムのブロック図である。
【図２】永久磁石同期電動機の動力線の３相短絡前後のｑ軸電流及びｄ軸電流の波形の一例を示す図である。
【図３】図３Ａは、永久磁石同期電動機の最大負荷時における駆動パターンの一例を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す各回転速度において、動力線を３相短絡した場合に生じるｄ軸電流の極値を示す図である。
【図４】図３に示す第１の回転数ωaにおける、永久磁石同期電動機が生成するトルク（負荷）の大きさと、各トルク発生時に動力線の３相短絡を生じた場合に流れうるｄ軸電流の極値との関係を示す図である。
【図５】図１の最大電流値決定部の一例を詳細に示すブロック図である。
【図６】最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。
【図７】最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。
【図８】最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明による電動機制御装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図面中、同一構成要素には同一符号を付す。
図１は、本発明の実施の形態の電動機制御装置を有する制御システムのブロック図である。図１に示す制御システムは、三相交流電源１と、コンバータ２と、平滑用コンデンサ３と、インバータ４と、短絡装置５と、永久磁石同期電動機６と、被駆動体７と、回転角度センサ８と、回転速度演算部９と、巻線温度センサ１０と、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１と、電動機制御装置１２と、上位制御装置１３と、を有する。
【００２０】
コンバータ２は、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオードによって構成され、３相交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する。平滑用コンデンサ３は、コンバータ２の整流ダイオードによって整流された電圧を平滑化するためにコンバータ２に並列に接続される。インバータ４は、平滑用コンデンサ３に並列に接続され、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオード及びこれらの整流ダイオードのそれぞれに逆並列に接続されたトランジスタによって構成され、後に説明するＰＷＭ信号ＶU*，ＶV*，ＶW*に基づいてトランジスタのオンオフ動作を行うことによって、コンバータ２によって変換された直流電力を交流電力に変換する。
【００２１】
短絡装置５は、例えば、スイッチ又はリレーによって構成され、後に説明する短絡指令Ｓに応答して永久磁石同期電動機６の動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを３相短絡する。永久磁石同期電動機６は、テーブル、アーム、それらに着脱されるワーク等の被駆動体７が接続され、例えば、工作機械においてワークを保持するテーブルの位置や姿勢を変えるためのもの、ロボットのアームを回転操作させるもの等であってもよい。本実施の形態では、永久磁石同期電動機６を、回転角度センサ８が取り付けられた回転軸６１を有する回転子６２と、回転子６２を取り囲むように配置された固定子６３とを有する回転型永久磁石同期電動機とする。
【００２２】
回転子６２は、永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄを有する。固定子６３は、１２０°間隔で配置され、第１の相の電流、第２の相の電流及び第３の相の電流としてのＵ相電流ｉU、Ｖ相電流ｉV及びＷ相電流ｉWがそれぞれ供給される巻線６５ｕ，６５ｖ，６５ｗを有する。したがって、永久磁石同期電動機６は、三相同期電動機として機能する。
【００２３】
回転角度センサ８は、回転子６２の回転角度θを回転子の位置として検出するロータリーエンコーダによって構成される。回転速度演算部９は、回転角度θが入力され、回転角度θを時間で微分することによってＵ相電流ｉU、Ｖ相電流ｉV及びＷ相電流ｉWの周波数に関連する回転子６２の回転速度ωを永久磁石同期電動機６の回転数として演算し、回転速度ωを電動機制御装置１２に出力する。温度センサ１０は、巻線６５ｕ，６５ｖ，６５ｗの巻線温度Ｔcoilを検出し、例えば、サーミスタによって構成される。
【００２４】
ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１は、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdを、永久磁石同期電動機６に流れるＵ相電流ｉU及びＶ相電流ｉV並びに回転角度θに基づいて検出する。このために、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１は、回転座標変換及び三相−二相変換を行う座標変換器によって構成される。したがって、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１は、静止座標系（ＵＶＷ座標系）のＵ相電流ｉU及びＶ相電流ｉVを、静止座標系（αβ座標系）に対して回転角度θだけ回転する回転座標系で表されるｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdに変換し、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdを電動機制御装置１２に出力する。
【００２５】
この場合、Ｕ相電流ｉU及びＶ相電流ｉVは、インバータ４の出力線に設けられた電流検出器４Ｕ，４Ｖによって検出され、電流検出器４Ｕ，４Ｖが出力する電流検出信号は、図示しないＡ／Ｄ変換器に入力されてデジタルデータに変換される。なお、電流検出器４Ｕ，４Ｖは、例えばホール素子によって構成される。
【００２６】
電動機制御装置１２は、後に詳細に説明するように、永久磁石同期電動機６の永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁を防止する。このために、電動機制御装置１２は、短絡制御部２１と、磁石温度取得部２２と、最大電流値決定部２３と、電流制御部２４と、を有する。
【００２７】
本実施の形態では、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１及び電動機制御装置１２は、永久磁石同期電動機６のトルクを迅速かつ安定して生成するために、永久磁石同期電動機６のｑ軸電流及びｄ軸電流を独立に制御するベクトル制御を行う。
【００２８】
また、本実施の形態では、回転速度演算部９、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１、短絡制御部２１、磁石温度取得部２２、最大電流値決定部２３並びに電流制御部２４は、入出力ポート、シリアル通信回路、Ａ／Ｄ変換器、タイマ等を備えたプロセッサによって実現され、図示しないメモリに格納された処理プログラムに従って各種処理を実行する。
【００２９】
短絡制御部２１は、永久磁石同期電動機６の異常時に永久磁石同期電動機６を安全に停止させるために動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを短絡装置５によって３相短絡させる。永久磁石同期電動機６に異常が生じているか否かを判定するために、短絡制御装置２１は、回転速度演算部９から回転速度ωが入力され、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１からｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdが入力され、上位制御装置１３から回転速度指令値ω*が入力され、かつ、電流制御部２４からｑ軸電流指令値ｉq*及びｄ軸電流指令値ｉd*が入力される。そして、短絡制御装置２１は、回転速度ωと回転速度指令値ω*との差、ｑ軸電流ｉqとｑ軸電流指令値ｉq*との差及びｄ軸電流ｉdとｄ軸電流指令値ｉd*との差のうちの少なくとも一つが所定の値を超えている場合には永久磁石同期電動機６に異常が生じていると判定し、短絡指令Ｓを短絡装置５に出力する。
【００３０】
永久磁石温度取得部２２は、永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの永久磁石温度Ｔmagnetを取得する。本実施の形態では、永久磁石温度取得部２２は、永久磁石温度Ｔmagnet、回転速度ω、巻線温度Ｔcoil、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdの関係を示すテーブルを格納し、回転速度ωが回転速度演算部９から入力され、巻線温度Ｔcoilが巻線温度センサ１０から入力され、かつ、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdがｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１から入力される。そして、永久磁石温度取得部２２は、入力された回転速度ω、巻線温度Ｔcoil、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉd並びにテーブルに基づいて永久磁石温度Ｔmagnetを取得する。
【００３１】
最大電流値決定部２３は、永久磁石温度Ｔmagnetが磁石温度取得部２２から入力され、３相短絡の際に発生する過渡的なｄ軸電流、すなわちｄ軸電流の極値Ｉdmaxにより生じうる永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁を防止するために設定される動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの電流の最大電流値IMAXを、永久磁石温度Ｔmagnetに対応する不可逆減磁発生電流値Ｉdemag及びｄ軸電流の極値Ｉdmaxの組に基づいて決定し、最大電流値ＩMAXを電流制御部２４に入力する。
【００３２】
電流制御部２４は、動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの電流値が最大電流値ＩMAX未満になるように動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの電流を制御する。図２は、永久磁石同期電動機の動力線の３相短絡前後のｑ軸電流及びｄ軸電流の波形の一例を示す図である。図２に示すように、時間ｔ１で動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを３相短絡した場合、過渡的なｄ軸電流が流れることにより所定の回転数ωに対応するｄ軸電流の極値Ｉdmax（ω）が、時間ｔ２において生じることがわかる。
【００３３】
図３Ａは、永久磁石同期電動機の最大負荷時における駆動パターンの一例を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す各回転速度において、動力線を３相短絡した場合に生じるｄ軸電流の極値を示す図である。本実施の形態では、永久磁石同期電動機の回転数ωが０を超える第１の回転数ωaと第１の回転数ωaより大きい第２の回転数ωbとの間にあるときには、無効電流成分としてのｄ軸電流を含む電流を永久磁石同期電動機６に供給することによって永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄによる誘起電圧を抑制しながら永久磁石同期電動機６を駆動するように制御するため、高速回転駆動が可能となる。また、図３Ｂに示すように、図３Ａのような駆動パターンの場合、第一の回転数ωa近傍においてｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxを生じ、その大きさは第二の回転数ωbにおけるｄ軸電流の極値の大きさに比べて大きくなる。
【００３４】
図４は、図３に示す第一の回転数ωaにおける、永久磁石同期電動機が生成するトルク（負荷）の大きさと、各トルク発生時に動力線の３相短絡を生じた場合に流れうるｄ軸電流の極値との関係を示す図である。図４に示すように、永久磁石同期電動機６のトルクが大きい状況下で、動力線の３相短絡を生じる程、ｄ軸電流の極値は、大きくなる。また、トルクの大きさは、電流の大きさに依存することから、図４は、永久磁石同期電動機６に流れる電流の最大電流値ＩMAXを制御することにより、動力線の３相短絡後に発生しうるｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxを間接的に調整できることを示している。すなわち、本実施の形態によれば、ｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxが不可逆減磁発生電流値Ｉdemagを超えないように、駆動中に永久磁石同期電動機６に流れる電流の最大電流値ＩMAXを制御することによって、３相短絡の際に発生するｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxにより生じうる永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁を防止する。
【００３５】
本実施の形態では、電流制御部２４は、トルク指令値生成部３１と、電流指令値生成部３２と、電圧指令値生成部３３と、ＰＷＭ信号生成部３４と、を有する。トルク指令値生成部３１は、回転速度演算部９から回転速度ωが入力され、上位制御装置１３から回転速度指令ω*が入力され、かつ、最大電流値決定部２３から最大電流値最大電流値ＩMAXが入力される。そして、トルク指令値生成部３１は、入力された回転速度ω、回転速度指令ω*及び最大電流値ＩMAXに基づいてトルク指令値τ*を生成し、トルク指令値τ*を電流指令値生成部３２に出力する。
【００３６】
電流指令値生成部３２は、回転速度演算部９から回転速度ωが入力され、かつ、トルク指令値生成部３１からトルク指令値τ*が入力される。そして、電流指令値生成部３２は、入力された回転速度ω及びトルク指令値τ*に基づいてｑ軸電流指令値ｉq*及びｄ軸電流指令値ｉd*を生成する。
【００３７】
電圧指令値生成部３３は、回転速度演算部９から回転速度ωが入力され、ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部１１からｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdが入力され、かつ、電流指令値生成部３２からｑ軸電流指令値ｉq*及びｄ軸電流指令値ｉd*が入力される。そして、電圧指令値生成部３３は、入力された回転速度ω、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉd並びにｑ軸電流指令値ｉq*及びｄ軸電流指令値ｉd*に基づいてｑ軸電圧指令値Ｖq*及びｄ軸電圧指令値Ｖd*を生成する。
【００３８】
ＰＷＭ信号生成部３４は、回転角度センサ８から回転角度θが入力され、かつ、電圧指令値生成部３３からｑ軸電圧指令値Ｖq*及びｄ軸電圧指令値Ｖd*が入力される。そして、ＰＷＭ信号生成部３４は、入力された回転角度θ並びにｑ軸電圧指令値Ｖq*及びｄ軸電圧指令値Ｖd*に基づいて、インバータ４のトランジスタのオンオフ動作を行うためのＰＷＭ信号ＶU*，ＶV*，ＶW*を生成する。
【００３９】
上位制御装置１３は、ＣＮＣ（数値制御装置）等によって構成され、回転速度指令値ω*を短絡制御部２１及びトルク指令値生成部３１に入力する。
【００４０】
図５は、図１の最大電流値決定部の一例を詳細に示すブロック図である。図５において、最大電流値決定部２３は、最大電流値ＩMAXを、永久磁石温度Ｔmagnetk1（ｋ１は、１以上ｎ１以下の整数）に対応する不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1及びｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2（ｋ２は、１以上ｎ２未満の整数）の組に基づいて決定し、最大電流値ＩMAXを電流制御部１２に入力する。このために、不可逆減磁発生電流値取得部４１と、極値取得部４２と、比較部４３と、を有する。
【００４１】
不可逆減磁発生電流値取得部４１は、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の関係を示すテーブルを格納する。不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1は、例えば、予め設定された永久磁石温度及び不可逆減磁発生磁界の特性から、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて求めることができる。この場合、永久磁石温度Ｔmagnetk1は、図１に示す永久磁石温度Ｔmagnetに対応する。したがって、不可逆減磁発生電流値取得部４１に格納されたテーブルは、ｎ１個の永久磁石温度にそれぞれ対応するｎ１個の不可逆減磁発生電流値を設定している。そして、不可逆減磁発生電流値取得部４１は、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されると、永久磁石温度Ｔmagnetk1に対応する不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1を上記テーブルから探索し、探索した不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1を比較部４３に出力する。
【００４２】
極値取得部４２は、永久磁石温度Ｔmagnetk1、ｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2及び最大電流値Ｉmaxk1k2の関係を示すテーブルを格納する。この場合、最大電流値Ｉmaxk1k2は、図１に示す最大電流値ＩMAXに対応する。したがって、極値取得部４２に格納されたテーブルは、ｎ１個の永久磁石温度と、ｎ２個の最大電流値の各組（ｎ１×ｎ２組）におけるｄ軸電流の極値の最大値を設定する。そして、極値取得部４２は、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されるとともに後に説明するように最大電流値Ｉmaxk1k2（図５では、最大電流値Ｉmaxk1k2-1が極値取得部４２にフィードバックされる例を示す。）が比較部４３からフィードバックされると、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び最大電流値Ｉmaxk1k2に対応するｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2を探索し、探索したｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2を比較部４３に出力する。
【００４３】
動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを３相短絡したときに所定の動作点において生じうるｄ軸電流の極値は、式
【数１】
0005616409.tif 000002
で表される永久磁石同期電動機６のｄｑ座標系における電圧方程式において、左辺をゼロとしたときの電流応答、すなわち、動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの３相短絡直前のｄ軸電流ＩD0、動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗの３相短絡直前のｑ軸電流ＩQ0及び回転速度（電気角周波数）ω0を計算し、計算したｄ軸電流ＩD0、ｑ軸電流ＩQ0及び回転速度ω0を式
【数２】
0005616409.tif 000003
ただし、
Ａ＝ｆ（ＩD0，ＩQ0，ω0）
Ｂ＝ｇ（ω0）
Ｃ＝ｈ（ＩD0，ＩQ0，ω0）
ａ，Ｋ：定数
に代入することによって求めることができる。ｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2は、最大電流値Ｉmaxk1k2における駆動パターンの各回転速度について求めたｄ軸電流の極値のうちの最大のもの（図３Ａに示す駆動パターンでは、ω0＝ωaであるときのｄ軸電流の極値Ｉdmax）に対応する。
【００４４】
比較部４３は、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1が不可逆減磁発生電流値取得部４１から入力され、かつ、極値の最大値Ｉdmax k1k2が極値取得部４２から入力される。そして、比較部４３は、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2の絶対値より大きいか否か判断する。
【００４５】
不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2の絶対値より大きい場合、比較部４３は、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じないと判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2を最大電流値ＩMAXとしてトルク指令生成部３１に出力する。すなわち、最大電流値決定部２３は、最大電流値ＩMAXを初期値から変更しない。
【００４６】
それに対し、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2の絶対値以下である場合、比較部４３は、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じうると判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2から正の所定量ΔＩを減算したものに対応する最大電流値Ｉmaxk1k2-1を極値取得部４２にフィードバックする。そして、極値取得部４２は、同様にしてｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2-1を取得し、取得したｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2-1を比較部４３に出力する（図５では、ｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2を比較部４３に出力する場合を示す。）。したがって、上述したような比較部４３から極値取得部４２への最大電流値のフィードバック及び比較部４３における不可逆減磁発生電流値の絶対値とｄ軸電流の極値の最大値の絶対値との比較は、不可逆減磁発生電流値の絶対値がｄ軸電流の極値の最大値の絶対値より大きくなるまで繰り返される。
【００４７】
上記実施の形態によれば、最大電流値ＩMAXが、動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを３相短絡した場合に発生する過渡的なｄ軸電流により生じうる永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁を防止可能な値に設定されるので、動力線５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを３相短絡した場合に発生する過渡的なｄ軸電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁を防止することができる。
【００４８】
図６は、最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。図６において、最大電流値決定部２３ａは、図１に示す電動機制御装置１２の最大電流値決定部２３の代わりに使用され、最大電流値ＩMAXを、永久磁石温度Ｔmagnetに対応する不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1及びｄ軸電流により発生する減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2の組に基づいて決定し、最大電流値ＩMAXを電流制御部１２に入力する。このために、最大電流値決定部２３ａは、不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａと、極値取得部４２ａと、比較部４３ａと、を有する。
【００４９】
不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａは、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の関係を示すテーブルを格納する。この場合も、永久磁石温度Ｔmagnetk1は、図１に示す永久磁石温度Ｔmagnetに対応する。したがって、不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａに格納されたテーブルは、ｎ１個の永久磁石温度にそれぞれ対応するｎ１個の不可逆減磁発生磁界の強さを設定している。そして、不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａは、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されると、永久磁石温度Ｔmagnetk1に対応する不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1を上記テーブルから探索し、探索した不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1を比較部４３ａに出力する。
【００５０】
極値取得部４２ａは、永久磁石温度Ｔmagnetk1、減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2及び最大電流値Ｉmaxk1k2の関係を示すテーブルを格納する。この場合も、最大電流値Ｉmaxk1k2は、図１に示す最大電流値ＩMAXに対応する。したがって、極値取得部４２ａに格納されたテーブルは、ｎ１個の永久磁石温度と、ｎ２個の最大電流値の各組（ｎ１×ｎ２組）における減磁界の極値の最大値を設定する。そして、極値取得部４２ａは、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されるとともに後に説明するように最大電流値Ｉmaxk1k2（図６では、最大電流値Ｉmaxk1k2-1が極値取得部４２ａにフィードバックされる例を示す。）が比較部４３ａからフィードバックされると、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び最大電流値Ｉmaxk1k2に対応する減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2を探索し、探索した減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2を比較部４３ａに出力する。
【００５１】
比較部４３ａは、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1が不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａから入力され、かつ、減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2が極値取得部４２ａから入力される。そして、比較部４３ａは、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2の絶対値より大きいか否か判断する。
【００５２】
不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2の絶対値より大きい場合、比較部４３ａは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じないと判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2を最大電流値ＩMAXとしてトルク指令生成部３１に出力する。すなわち、最大電流値決定部２３ａは、最大電流値ＩMAXを初期値から変更しない。
【００５３】
それに対し、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2の絶対値以下である場合、比較部４３ａは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じうると判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2から正の所定量ΔＩを減算したものに対応する最大電流値Ｉmaxk1k2-1を極値取得部４２ａにフィードバックする。そして、極値取得部４２ａは、同様にして減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2-1を取得し、取得した減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2-1を比較部４３ａに出力する（図６では、減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2を比較部４３ａに出力する場合を示す）。したがって、上述したような比較部４３ａから極値取得部４２ａへの最大電流値のフィードバック及び比較部４３ａにおける不可逆減磁発生磁界の強さの絶対値と減磁界の極値の最大値の絶対値との比較は、不可逆減磁発生磁界の強さの絶対値が減磁界の極値の最大値の絶対値より大きくなるまで繰り返される。
【００５４】
上記実施の形態によれば、最大電流値ＩMAXを決定するためにｄ軸電流の極値の最大値の代わりに減磁界の極値の最大値を用いているので、最大電流値ＩMAXを決定する際に磁気飽和等の理由による悪影響がなくなる。
【００５５】
図７は、最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。図７において、最大電流値決定部２３ｂは、図１に示す電動機制御装置１２の最大電流値決定部２３の代わりに使用され、最大電流値ＩMAXを、永久磁石温度Ｔmagnetに対応する回転速度ωごとに設定されるｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）及び回転速度ωごとに設定される最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）の組に基づいて決定し、最大電流値ＩMAXを電流制御部１２に入力する。このために、最大電流値決定部２３ｂは、不可逆減磁発生電流値取得部４１と、極値取得部４２ｂと、比較部４３ｂと、を有する。
【００５６】
極値取得部４２ｂは、永久磁石温度Ｔmagnetk1、ｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）及び最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）の関係を示すテーブルを格納する。この場合も、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）は、図１に示す最大電流値ＩMAXに対応する。したがって、極値取得部４２ｂに格納されたテーブルは、回転速度ωごとに、ｎ１個の永久磁石温度と、ｎ２個の最大電流値の各組（ｎ１×ｎ２組）におけるｄ軸電流の極値を設定する。そして、極値取得部４２ｂは、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されるとともに後に説明するように最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）（図７では、最大電流値Ｉmaxk1k2-1（ω）が極値取得部４２ｂにフィードバックされる例を示す。）が比較部４３ｂからフィードバックされると、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）に対応するｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）を探索し、探索した回転速度ωごとに設定されるｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）を比較部４３ｂに出力する。
【００５７】
比較部４３ｂは、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1が不可逆減磁発生電流値取得部４１から入力され、かつ、ｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）が極値取得部４２ｂから入力される。そして、比較部４３ｂは、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）（現在の回転速度ωに対応するｄ軸電流の極値）の絶対値より大きいか否か判断する。
【００５８】
不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）の絶対値より大きい場合、比較部４３ｂは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じないと判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）を最大電流値ＩMAXとしてトルク指令生成部３１に出力する。すなわち、最大電流値決定部２３は、最大電流値ＩMAXを初期値から変更しない。
【００５９】
それに対し、不可逆減磁発生電流値Ｉdemagk1の絶対値がｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）の絶対値以下である場合、比較部４３ｂは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じうると判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）から正の所定量ΔＩを減算したものに対応する最大電流値Ｉmaxk1k2-1（ω）を極値取得部４２にフィードバックする。そして、極値取得部４２は、同様にしてｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）を取得し、取得したｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）を比較部４３ｂに出力する（図７では、ｄ軸電流の極値Ｉdmaxk1k2（ω）を比較部４３ｂに出力する場合を示す。）。したがって、上述したような比較部４３ｂから極値取得部４２ｂへの最大電流値のフィードバック及び比較部４３ｂにおける不可逆減磁発生電流値の絶対値とｄ軸電流の極値の絶対値との比較は、不可逆減磁発生電流値の絶対値がｄ軸電流の極値の絶対値より大きくなるまで繰り返される。
【００６０】
上記実施の形態によれば、最大電流値ＩMAXを回転速度ωごとに設定することができるので、最大電流値ＩMAXをｄ軸電流の極値の最大値Ｉdmaxk1k2に基づいて設定する場合に比べて電流制御部２４による電流の制限を小さくすることができる。
【００６１】
図８は、最大電流値決定部の他の例を詳細に示すブロック図である。図８において、最大電流値決定部２３ｃは、図１に示す電動機制御装置１２の最大電流値決定部２３の代わりに使用され、最大電流値ＩMAXを、永久磁石温度Ｔmagnetに対応する回転速度ωごとに設定される減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）及び回転速度ωごとに設定される最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）の組に基づいて決定し、最大電流値ＩMAXを電流制御部１２に入力する。このために、このために、最大電流値決定部２３ｃは、不可逆減磁発生電流値取得部４１ａと、極値取得部４２ｃと、比較部４３ｃと、を有する。
【００６２】
極値取得部４２ｃは、永久磁石温度Ｔmagnetk1、減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）及び最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）の関係を示すテーブルを格納する。この場合も、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）は、図１に示す最大電流値ＩMAXに対応する。したがって、極値取得部４２ｃに格納されたテーブルは、回転速度ωごとに、ｎ１個の永久磁石温度と、ｎ２個の最大電流値の各組（ｎ１×ｎ２組）における減磁界の極値を設定する。そして、極値取得部４２ｃは、永久磁石温度Ｔmagnetk1が永久磁石温度取得部２２から入力されるとともに後に説明するように最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）（図８では、最大電流値Ｉmaxk1k2-1（ω）が極値取得部４２ｃにフィードバックされる例を示す。）が比較部４３ｃからフィードバックされると、永久磁石温度Ｔmagnetk1及び最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）に対応する減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）を探索し、探索した減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）を比較部４３ａに出力する。
【００６３】
比較部４３ｃは、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1が不可逆減磁発生磁界の強さ取得部４１ａから入力され、かつ、減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）が極値取得部４２ｃから入力される。そして、比較部４３ｃは、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）の絶対値より大きいか否か判断する。
【００６４】
不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）の絶対値より大きい場合、比較部４３ｃは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じないと判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）を最大電流値ＩMAXとしてトルク指令生成部３１に出力する。すなわち、最大電流値決定部２３ｃは、最大電流値ＩMAXを初期値から変更しない。
【００６５】
それに対し、不可逆減磁発生磁界の強さＨdemagk1の絶対値が減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）の絶対値以下である場合、比較部４３ｃは、３相短絡の際に発生する過渡的な電流による永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの不可逆減磁が生じうると判断し、最大電流値Ｉmaxk1k2（ω）から正の所定量ΔＩを減算したものに対応する最大電流値Ｉmaxk1k2-1（ω）を極値取得部４２ｃにフィードバックする。そして、極値取得部４２ｃは、減磁界の極値Ｈdmaxk1k2-1（ω）を上述した動作と同様の動作によって取得し、取得した減磁界の極値Ｈdmaxk1k2-1（ω）を比較部４３ｃに出力する（図８では、減磁界の極値Ｈdmaxk1k2（ω）を比較部４３ｃに出力する場合を示す）。したがって、上述したような比較部４３ｃから極値取得部４２ｃへの最大電流値のフィードバック及び比較部４３ｃにおける不可逆減磁発生磁界の強さの絶対値と減磁界の極値の絶対値との比較は、不可逆減磁発生磁界の強さの絶対値が減磁界の極値の絶対値より大きくなるまで繰り返される。
【００６６】
上記実施の形態によれば、最大電流値ＩMAXを決定するためにｄ軸電流の極値の最大値の代わりに減磁界の極値を用いているので、最大電流値ＩMAXを決定する際に磁気飽和等の理由による悪影響がなくなり、最大電流値ＩMAXを減磁界の極値の最大値Ｈdmaxk1k2に基づいて設定する場合に比べて電流制御部２４による電流の制限を小さくすることができる。
【００６７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、永久磁石同期電動機６として、回転子６２に永久磁石６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄが設けられた回転型永久磁石同期電動機を用いた場合について説明したが、固定子に永久磁石が設けられた回転型永久磁石同期電動機、固定子と可動子のうちのいずれか一方に永久磁石が設けられた直動型永久磁石同期電動機等を、永久磁石同期電動機６として用いることができる。
【００６８】
また、回転角度センサ８を、ロータリーエンコーダ以外の部品（例えば、ホール素子又はレゾルバ）によって構成することができる。また、回転角度センサ８を省略し、永久磁石同期電動機６に供給される交流電流及び交流電圧に基づいて回転角度θ及び回転速度ωを演算することもできる。
【００６９】
また、上記実施の形態において、ｑ軸電流Ｉq及びｄ軸電流Ｉdを検出するために三相のＵ相電流ＩU、Ｖ相電流ＩV及びＷ相電流ＩWのうちのいずれか二相（上記実施の形態では、Ｕ相電流ＩU及びＶ相電流ＩV）を用いる場合について説明したが、三相のＵ相電流ＩU、Ｖ相電流ＩV及びＷ相電流ＩWの全てを用いてｑ軸電流Ｉq及びｄ軸電流Ｉdを検出することもできる。
【００７０】
また、上記実施の形態において、永久磁石温度Ｔmagnet、回転速度ω、巻線温度Ｔcoil、ｑ軸電流ｉq及びｄ軸電流ｉdの関係を示すテーブルを用いて永久磁石温度Ｔmagnetを取得する場合について説明したが、永久磁石温度Ｔmagnetを、永久磁石同期電動機６の電圧方程式を用いて取得又は永久磁石６４ａ，６４ｎ，６４ｃ，６４ｄの温度を直接測定することによって取得することもできる。
【００７１】
また、上記実施の形態において、永久磁石同期電動機６のｑ軸電流及びｄ軸電流を独立に制御するベクトル制御を行う場合について説明したが、本発明を、ベクトル制御を行わない場合にも適用することができる。
【００７２】
また、上記実施の形態において、極値取得部４２，４２ｂがテーブルを用いた場合について説明したが、極致取得部４２，４２ｂは、上記式に基づいてリアルタイム演算を行うこともできる。
【００７３】
さらに、上記実施の形態において、回転速度指令値ω*を出力するために上位制御装置１３を用いる場合について説明したが、回転速度指令値ω*を出力するために上位制御装置１３以外の制御装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１    ３相交流電源
２    コンバータ
３    平滑用コンデンサ
４    インバータ
４Ｕ，４Ｖ    電流検出器
５    短絡装置
５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ    動力線
６    永久磁石同期電動機
７    被駆動体
８    回転角度センサ
９    回転速度演算部
１０    巻線温度センサ
１１    ｑ軸電流及びｄ軸電流検出部
１２    電動機制御装置
１３    上位制御装置
２１    短絡制御部
２２    永久磁石温度取得部
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ    最大電流値決定部
２４    電流制御部
３１    トルク指令生成部
３２    電流指令値生成部
３３    電圧指令値生成部
３４    ＰＷＭ信号生成部
４１    不可逆減磁発生電流値取得部
４１ａ    不可逆減磁発生磁界の強さ取得部
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ    極値取得部
４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ    比較部
６１    回転軸
６２    回転子
６３    固定子
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ    永久磁石
６５ｕ，６５ｖ，６５ｗ    巻線
ｉd    ｄ軸電流
ｉd*    ｄ軸電流指令値
ＩMAX    最大電流値
ｉq    ｑ軸電流
ｉq*    ｑ軸電流指令値
ｉU    Ｕ相電流
ｉV    Ｖ相電流
Ｓ    短絡指令
Ｔcoil    コイル温度
Ｔmagnet    永久磁石温度
Ｖd    ｄ軸電圧
Ｖd*    ｄ軸電圧指令値
Ｖq    ｑ軸電圧
Ｖq*    ｑ軸電圧指令値
ＶU*，ＶV*，ＶW*    ＰＷＭ信号
τ*    トルク指令値
ω    回転速度
ω*    回転速度指令値
【図１】
0005616409.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005616409.tif 000008
【図６】
0005616409.tif 000009
【図７】
0005616409.tif 000010
【図８】
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