(57)【要約】【課題】永久磁石の温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石の温度を精度良く推定する。【解決手段】電動機１００の制御装置及び制御方法は、電動機１００の基本波ｉｄ、ｉｑ及びｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎをそれぞれ検出し、電動機１００の基本波ｉｄ、ｉｑから永久磁石による磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを求め、電動機１００のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎから永久磁石による磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを求める。磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石の温度Ｔｍとの相関を示すデータを参照して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石の温度Ｔｍ或いは磁束密度Φａを推定する。【選択図】図１
2014007851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有するロータと、電機子コイルを有するステータとを備える電動機を、駆動周波数の基本波及びｎ（ｎは２以上の自然数である）次高調波を用いて制御する制御装置であって、
前記電動機の前記基本波を検出する基本波検出部と、
前記電動機の前記ｎ次高調波を検出するｎ次高調波検出部と、
前記電動機の前記基本波から前記永久磁石による磁束密度の基本波成分を求める基本波磁束演算部と、
前記電動機の前記ｎ次高調波から前記永久磁石による磁束密度のｎ次高調波成分を求めるｎ次高調波磁束演算部と、
前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分と前記永久磁石の温度との相関を示すデータを記憶する相関データ記憶部と、
前記相関データ記憶部に記憶されたデータを参照して、前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、前記永久磁石の温度或いは磁束密度を推定する磁石パラメータ推定部と、
を備える、電動機の制御装置。
【請求項２】
前記電動機は、前記電動機の運転条件に応じて、前記永久磁石による磁束密度、前記電機子コイルに生じる誘起電圧、及び前記電機子コイルのインダクタンスを含む電動機定数のうち少なくともいずれか１つを変更する電動機であり、
前記相関データ記憶部は、前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分と前記永久磁石の温度及び前記電動機定数との相関を示すデータを記憶し、
前記磁石パラメータ推定部は、前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、前記永久磁石の温度及び前記電動機定数を推定する、
請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分は、前記永久磁石の温度及び前記電動機定数に応じてそれぞれ独立して変化し、
前記永久磁石の温度の変化に対する前記磁束密度のｎ次高調波成分の変化率は、前記永久磁石の温度の変化に対する前記磁束密度の基本波成分の変化率よりも小さい、請求項２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記電動機の前記基本波は、前記電機子コイルに流れる電流、前記電機子コイルに対して印加される電圧、前記電機子コイルのインダクタンス、前記電動機に発生するトルク、及び前記ロータの位置のいずれか１以上の基本波であり、
前記電動機の前記ｎ次高調波は、前記電機子コイルに流れる電流、前記電機子コイルに対して印加される電圧、前記電機子コイルのインダクタンス、前記電動機に発生するトルク、及び前記ロータの位置のいずれか１以上の前記ｎ次高調波である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記電機子コイルに流れる電流、前記電機子コイルに対して印加される電圧、前記電機子コイルのインダクタンス、前記電動機に発生するトルク、及び前記ロータの位置の複数の周波数成分から、前記基本波及び前記ｎ次高調波を除く他の周波数成分を除去するノイズ除去部を更に備える、請求項４に記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記基本波検出部は、前記電機子コイルに対して重畳された、前記ロータの回転に寄与しない高周波の前記基本波を検出し、
前記ｎ次高調波検出部は、前記高周波のｎ次高調波を検出し、
前記基本波磁束演算部は、前記高周波の前記基本波から前記永久磁石による磁束密度の基本波成分を求め、
前記ｎ次高調波磁束演算部は、前記高周波の前記ｎ次高調波から前記永久磁石による磁束密度のｎ次高調波成分を求める、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
ロータの回転数が所定値よりも低いか否かを判断する回転数判断部と、
前記回転数判断部によりロータの回転数が所定値よりも低いと判断された場合に、前記電機子コイルに対して前記高周波を重畳する高周波重畳部と、
を更に備える、請求項６に記載の電動機の制御装置。
【請求項８】
永久磁石を有するロータと、電機子コイルを有するステータとを備える電動機を、駆動周波数の基本波及びｎ（ｎは２以上の自然数である）次高調波を用いて制御する制御方法であって、
前記電動機の前記基本波を検出し、
前記電動機の前記ｎ次高調波を検出し、
前記電動機の前記基本波から前記永久磁石による磁束密度の基本波成分を求め、
前記電動機の前記ｎ次高調波から前記永久磁石による磁束密度のｎ次高調波成分を求め、
前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分と前記永久磁石の温度との相関を示すデータを参照して、前記磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、前記永久磁石の温度或いは磁束密度を推定する、
電動機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を備える電動機の制御装置及び電動機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、永久磁石は温度依存性を有し、永久磁石の温度が高温になるほど、永久磁石の磁束が減少する。また、永久磁石は熱に弱く、高温になるほど、減磁耐力が減少する。よって、永久磁石の温度が変化すると、永久磁石を埋め込んだ電動機が出力するトルクの精度、電動機の制御効率、及び電流応答性が悪化してしまう。また、温度上昇による永久磁石の減磁を抑制するために、耐熱マージンを十分大きく取り、耐熱性の高い磁石材料を用いて永久磁石を製造する必要があり、製造コストが高くなる。永久磁石の温度を知ることができれば、電動機のトルク精度、電動機の制御効率、電流応答性を向上させ、永久磁石の設計マージンを小さくすることができる。そこで、従来から、電動機のロータに埋め込まれた永久磁石の温度を推定する発明が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、定常状態における誘起電圧から永久磁石の温度を推定している。また、特許文献１に記載された電動機は、外ロータ及び内ロータからなる２重ロータ構造を有し、ロータ間の位相差に応じてロータ全体の磁束密度を変化させる可変機構を有する。よって、このような磁束密度の可変機構を有する電動機においては、ロータ間の位相差を測定しなければ、誘起電圧（磁束密度）の変化が、可変機構によるものなのか、それとも永久磁石の温度変化によるものなのかを判断することができない。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、永久磁石の温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石の温度を推定することができる電動機の制御装置及び電動機の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の実施形態に係わる電動機の制御装置及び制御方法は、電動機の基本波及びｎ次高調波をそれぞれ検出し、電動機の基本波から永久磁石による磁束密度の基本波成分を求め、電動機のｎ次高調波から永久磁石による磁束密度のｎ次高調波成分を求める。そして、磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分と永久磁石の温度との相関を示すデータを参照して、磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、永久磁石の温度或いは磁束密度を推定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電動機の制御装置及び電動機の制御方法によれば、永久磁石の温度と磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石の温度を正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は、図２の電動機を制御する制御装置の一部を示すブロック図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係わる電動機の制御装置の残りの一部を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における永久磁石型電動機の１極分の構造の第１例を示した部分断面図である。
【図３】図３は、図１の制御装置における、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍとの相関を示すデータの一例を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における電動機の構造の第２例を示した部分断面図である。
【図５】図５は、図４の電動機における、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍとの相関を示すデータの一例を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第１実施形態における電動機の構造の第３例を示した部分断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の電動機の回転軸９に沿った側面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６（ａ）及び図６（ｂ）の電動機における、位相の基本波成分及びｎ次高調波成分と位相差（スキュー）との相関を示すデータの一例を示すグラフである。図７（ｂ）は、図６（ａ）及び図６（ｂ）の電動機における、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍとの相関を示すデータの一例を示すグラフである。
【図８】図８は、電動機定数として、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を変化させる可変機構を有する電動機１００について、磁束密度及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を推定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分及びｎ次高調波成分から、電動機１００の周方向における磁束密度の分布を演算する方法を説明するためのグラフである。
【図１０】図１０は、電動機定数として、電機子コイル６に生じる誘起電圧を変化させる可変機構を有する電動機１００について、誘起電圧及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、電動機定数として、電機子コイル６のインダクタンスを変化させる可変機構を有する電動機１００について、インダクタンス及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑ及びｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎを検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に印加される電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ及びｎ次高調波ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６のインダクタンスの基本波及びｎ次高調波を検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電動機１００に発生するトルクの基本波及びｎ次高調波を検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、ロータ４の位置の基本波及びｎ次高調波を検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、電機子コイル６に流れる電流及び電機子コイル６に印加される電圧の基本波及びｎ次高調波を検出する場合の温度推定方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、ロータ４の位置推定誤差と、電機子コイル６に流れる電流及び電機子コイル６に対して印加される電圧の検出値とを組み合わせて電動機定数及び磁石温度を推定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、磁束密度の可変機構を備えていない電動機１００において、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、第１２実施形態に係わる温度推定方法の一例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、第１２実施形態に係わる温度推定方法の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。
【００１０】
（第１実施形態）
図２は、本発明の実施形態における永久磁石型電動機（以後、「電動機」という）の１極分の構造の第１例を示した部分断面図である。電動機は、外周ケースに固定されたステータ２と、ステータ２の内周側にエアギャップを介して配置され、ロータシャフト３に固定されたロータ４とを備える。ステータ２は、例えば電磁鋼板を積層して形成されたステータコアを有し、このステータコアの周方向に等間隔に設けられたスロット５に電機子コイル６が巻き込まれた構造を有する。
【００１１】
一方、ロータ４は、例えばロータシャフト３の軸周りに電磁鋼板を積層することで形成されたロータコア７を有し、ロータコア７の周方向に等間隔に磁極を形成する永久磁石１０ａ、１０ｂが配置された構造を有する。永久磁石１０ａ、１０ｂは、ステータ２に対してＮ極を向けた永久磁石１０ａと、Ｓ極を向けた永久磁石１０ｂが周方向に交互に配列された構成を有する。このように構成される電動機では、ステータ２の電機子コイル６に対してロータ４の極対数に対応した駆動周波数の交流を通電することで発生する回転磁界と、ロータ４の永久磁石１０ａ、１０ｂによって発生する磁石磁界との相互作用により、ロータ４及びロータシャフト３が回転する。
【００１２】
図２に示す電動機において、ロータ４の磁極を形成する永久磁石１０ａ、１０ｂの各々は、比較的保磁力が大きい磁石（以下、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂという。）と、比較的保磁力が小さい磁石（以下、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂという。）とを組み合わせた構成を有する。そして、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して後述する電動機の制御装置による制御のもとで、駆動周波数の基本波成分に対して駆動周波数の高調波成分を重畳した複合電流を電機子コイル６に通電し、永久磁石１０ａ、１０ｂの低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態を複合電流の高調波成分によって制御することで、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を制御する。このように、図２に示す電動機は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態を制御することによる磁束密度の可変機構を有する。なお、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂとしては、例えばＮｄＦｅＢ磁石などを用いることができる。また、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂとしては、起磁力が高く、保磁力の比較的小さい磁石、例えばアルニコ磁石や、保磁力を高めるためのＤｙなどの元素を添加しないネオジム磁石などを用いることができる。
【００１３】
先ず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態に係わる電動機の制御装置の構成を説明する。電動機１００はインバータ１０１を介して直流電源１０２に接続されている。制御装置は、永久磁石１０ａ、１０ｂを有するロータ４と、電機子コイル６を有するステータ２とを備える電動機１００を、駆動周波数の基本波及びｎ（ｎは２以上の自然数である）次高調波を用いて制御する。
【００１４】
制御装置は、インバータ１０１に対してＵ，Ｖ，Ｗ各相の電圧指令値を与えてインバータ１０１の各相アームのスイッチング動作を制御することで、電動機１００の各相の電機子コイル６に極対数に対応した駆動周波数の交流を通電し、電動機１００の動作を制御する。電流センサ１０３は、電機子コイル６へ通電する電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。ポジションセンサ１０４は、ロータ４の位置としての回転角θを検出する。ポジションセンサ１０４は、ロータ４の回転角θを微分してロータ４の電気角速度ωを算出する。電流センサ１０３による検出値は、後述する第１制御ブロック３０及び第２制御ブロック４０にフィードバックされる。また、ポジションセンサ１０４による演算値は、第１制御ブロック３０へフィードバックされる。
【００１５】
制御装置は、電動機１００の駆動周波数の基本波に対応した電流制御用の第１制御ブロック３０と、ロータ４が備える低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの着磁状態を制御するための高調波成分に対応した電流制御用の第２制御ブロック４０と、加算器５０とを備える。
【００１６】
第１制御ブロック３０では、電動機１００に対する要求トルクに応じた基本波制御用の電流指令ｉｄ＊及び電流指令ｉｑ＊とフィードバック信号との差分を電流制御器３１に入力する。電流制御器３１は、電機子コイル６へ印加する電圧指令を生成する。電流制御器３１により生成された電圧指令は、非干渉制御部３４により生成された電圧指令と合算されて、電圧指令ｖｄ、ｖｑとなる。そして、電流ベクトル制御部３２ａは、電圧指令ｖｄ、ｖｑを、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相分の電圧指令ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに座標変換し、基本波に対応した電圧指令として出力する。電流ベクトル制御部３２ｂは、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの基本波をｄｑ座標系に変換する。ローパスフィルタ３３は、ｄｑ座標系に変換された基本波の検出値ｉｄ、ｉｑから、高周波成分（ノイズ成分）を除去して、前述したフィードバック信号を生成する。
【００１７】
一方、第２制御ブロック４０では、電動機１００の運転状態（回転数）に応じたｎ次の高調波成分制御用の電流指令ｉｄ＿ｎ＊及び電流指令ｉｑ＿ｎ＊とフィードバック信号との差分を電流制御器４１に入力する。電流制御器４１は、電機子コイル６へ印加する電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを生成する。そして、電流ベクトル制御部４２ａは、電流制御器４１にて生成された電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相分の電圧指令ｖｕ＿ｎ、ｖｖ＿ｎ、ｖｗ＿ｎに座標変換し、ｎ次高調波成分に対応した電圧指令として出力する。電流ベクトル制御部４２ｂは、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのｎ次高調波をｄｑ座標系の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎに変換する。ローパスフィルタ４３は、ｄｑ座標系に変換されたｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎから基本波成分及びその他の次数の周波数成分（ノイズ成分）を除去して、前述したフィードバック信号を生成する。
【００１８】
ここで、「ｎ」は２以上の自然数であり、後述するように、電動機１００の特性に応じて変化させる。また、本実施形態では、駆動周波数のｎ次高周波成分の制御ブロックとして、１つの制御ブロック（第２制御ブロック４０）のみを示すが、制御装置は、次数（ｎ）が異なる２つ以上の高周波成分の制御ブロック（第３制御ブロック、第４制御ブロック、・・・）を備えていても構わない。
【００１９】
図１（ａ）において、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの基本波をｄｑ座標系に変換する電流ベクトル制御部３２ｂは、「電動機の基本波を検出する基本波検出部」の一例である。また、電流センサ１０３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのｎ次高調波をｄｑ座標系に変換する電流ベクトル制御部４２ｂは、「電動機のｎ次高調波を検出するｎ次高調波検出部」の一例である。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態に係わる制御装置は、電動機１００の基本波から永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを演算する基本波磁束演算部６１と、電動機１００のｎ次高調波から磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを演算するｎ次高調波磁束演算部６２と、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石の温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量との相関を示すデータを記憶する相関データ記憶部７１と、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ或いは磁束密度Φａを推定する磁石パラメータ推定部７０とを備える。
【００２１】
「電動機１００の基本波」には、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の基本波が含まれる。「電機子コイル６に流れる電流の基本波」には、電流ベクトル制御部３２ｂによりｄｑ座標系に変換された基本波の検出値ｉｄ、ｉｑが含まれる。「電機子コイル６に対して印加される電圧の基本波」には、電流制御器３１にて生成された電圧指令ｖｄ、ｖｑが含まれる。電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の基本波は、電機子コイル６に流れる電流の基本波及び電機子コイル６に対して印加される電圧の基本波から、既知の演算手法により算出することができる。或いは、ロータ４の位置の基本波は、ポジションセンサ１０４により検出されたロータ４の回転角θから求めることも可能である。
【００２２】
基本波磁束演算部６１は、これらの電動機１００の基本波から、既知の演算手法により永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを演算することができる。例えば（１）式に検出電流ｉｄ、ｉｑ、電圧指令ｖｄ、ｖｑを代入することにより、磁束密度Φａ＿１ｓｔを算出することができる。（１）式において、ｖｑはｑ軸の電圧を示し、Ｒ（ｔ）は電機子コイル６の抵抗、ｔは電機子コイル６の温度を示し、ｉｑはｑ軸の電流を示し、ωはロータ４の角速度を示し、Φａは磁束密度を示し、Ｌｄは電機子コイル６のインダクタンスを示し、ｉｄはｄ軸の電流を示す。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
「電動機１００のｎ次高調波」には、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のｎ次高調波が含まれる。「電機子コイル６に流れる電流のｎ次高調波」には、電流ベクトル制御部４２ｂによりｄｑ座標系に変換されたｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎが含まれる。「電機子コイル６に対して印加される電圧のｎ次高調波」には、電流制御器４１にて生成された電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎが含まれる。電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のｎ次高調波は、電機子コイル６に流れる電流のｎ次高調波及び電機子コイル６に対して印加される電圧のｎ次高調波から、既知の演算手法により算出することができる。或いは、ロータ４の位置のｎ次高調波は、ポジションセンサ１０４により検出されたロータ４の回転角θから求めることも可能である。
【００２５】
ｎ次高調波磁束演算部６２は、これらの電動機１００のｎ次高調波から、既知の演算手法により永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを演算することができる。例えば（１）式に電流検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎ、電圧指令ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを代入することにより、磁束密度Φａ＿ｎｓｔを算出することができる。
【００２６】
相関データ記憶部７１及び磁石パラメータ推定部７０については、図３を参照して後述する。
【００２７】
図３を参照して、相関データ記憶部７１に記憶されている、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量との相関を示すデータの一例を説明する。図３に示すグラフは、図２に示した低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを５０％まで減磁した状態（Ｌ）、及び低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していない状態（Ｈ）の各々について、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂの温度を、６０℃、１００℃及び１４０℃にそれぞれ変化させた時の永久磁石１０ａ、１０ｂの磁束密度を、フーリエ級数展開して次数毎に表記したものである。横軸が次数を示し、縦軸が磁束密度を示す。なお、横軸は、磁束密度分布（矩形波）を形成する１次（基本波）、３次、５次、・・・の奇数次成分のみを示す。図３において、「Ｌ」は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを５０％まで減磁した状態を示し、「Ｈ」は、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを減磁していない状態を示す。
【００２８】
図３に示すように、磁束密度の５次高調波成分は、基本波及び他の次数の高調波成分に比べて、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂの温度に対する依存性が低く、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態、つまり磁束密度の可変量に対する依存性が高い。一方、磁束密度の基本波成分は、高調波成分に比べて、高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂの温度に対する依存性が高い。よって、例えば、ｎ次高調波磁束演算部６２が、磁束密度の５次高調波成分Φａ＿５ｓｔを演算すれば、磁石パラメータ推定部７０は、図３に示すデータを参照して、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態（磁束密度の可変量）を精度良く推定することができる。そして、磁石パラメータ推定部７０は、図３に示すデータを参照すれば、基本波磁束演算部６１により演算された永久磁石による磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。このように、低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂの減磁状態（磁束密度）を変化させる可変機構を備える電動機において、誘起電圧（磁束密度）の変化が、減磁状態の変化によるものなのか、それとも永久磁石１０ａ、１０ｂの温度変化によるものなのかを精度良く判断することができる。よって、磁束密度の可変機構により、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍと磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。つまり、磁束密度の可変機構による可変量を測定すること無く、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変機構による可変量を推定することができる。
【００２９】
通常、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔは、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量Ｖによって、（２）式及び（３）式により表すことができる。（２）式及び（３）式において、Ａ〜Ｄは、それぞれ電動機１００に固有な定数である。
【００３０】
Φａ＿１ｓｔ＝Ａ・Ｔｍ＋Ｂ・Ｖ          ・・・（２）
Φａ＿ｎｓｔ＝Ｃ・Ｔｍ＋Ｄ・Ｖ          ・・・（３）
【００３１】
（２）式及び（３）式に、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを代入して、（２）式及び（３）式の連立方程式を解くことにより、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び磁束密度の可変量Ｖをそれぞれ求めることができる。
【００３２】
図４は、本発明の第１実施形態における電動機の構造の第２例を示した部分断面図である。本実施形態における磁束密度の可変機構は、図２に示すものに限定されない。その他の磁束密度の可変機構を有する電動機を図４を参照して説明する。
【００３３】
図４に示す電動機は、図２と比べて、隣接する永久磁石１０ａ、１０ｂの隙間に、磁路を短絡させるためのコア８を抜き差し自在である点、及び永久磁石１０ａ、１０ｂが高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂのみで構成され、図２の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを備えていない点が相違する。その他の構成は、図２と同じであり、図示及び説明を省略する。
【００３４】
コア８が無い場合、隣接する永久磁石１０ａ、１０ｂの隙間は空気により満たされる。空気はコア８に比べて磁束が通りにくいため、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束はロータ４内で短絡しにくくなり、ロータ４からステータ２へ通じる磁束密度が増加する。一方、コア８が有る場合、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束はロータ４内で短絡し易くなり、ロータ４からステータ２へ通じる磁束密度が減少する。このように、図４に示す電動機は、コア８の抜き差しによる磁束密度の可変機構を有する。
【００３５】
図５を参照して、図４の電動機における、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍとの相関を示すデータの一例を説明する。図５のグラフは、図３と同様に、相関データ記憶部７１に記憶されている。図５に示すグラフは、図４の電動機においてコア８が有る状態（Ｓ）、及びコア８が無い状態（Ａ）の各々について、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を、６０℃、１００℃及び１４０℃にそれぞれ変化させた時の永久磁石１０ａ、１０ｂの磁束密度を、フーリエ級数展開して次数毎に表記したものである。横軸が次数を示し、縦軸が磁束密度を示す。なお、横軸は、矩形波を構成する１（基本波）、３、５、・・・の奇数次成分のみを示す。図５において、「Ｓ」は、コア８が有る状態を示し、「Ａ」は、コア８が無い状態を示す。
【００３６】
図５に示すように、磁束密度の７次高調波成分Φａ＿７ｓｔは、基本波及び他の次数の高調波成分に比べて、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度に対する依存性が低く、コア８の有無に対する依存性が高い。一方で、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔは、高調波成分Φａ＿ｎｓｔに比べて、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度に対する依存性が高い。よって、例えば、ｎ次高調波磁束演算部６２が、磁束密度の７次高調波成分Φａ＿７ｓｔを演算すれば、図５に示すデータを参照して、コア８の有無を精度良く推定することができる。そして、図５に示すデータを参照すれば、基本波磁束演算部６１により演算された永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。このように、コア８の有無を制御可能な電動機において、誘起電圧（磁束密度）の変化が、コア８の有無によるものなのか、それとも永久磁石１０ａ、１０ｂの温度変化によるものなのかを精度良く判断することができる。
【００３７】
図６（ａ）は、本発明の第１実施形態における電動機の構造の第３例を示した部分断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の電動機の回転軸９に沿った側面図である。図６（ａ）は、図６（ｂ）のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。本実施形態における磁束密度の可変機構は、図２及び図４に示すものに限定されない。その他の磁束密度の可変機構を有する電動機の例を図６を参照して説明する。
【００３８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す電動機は、回転軸９方向に配列された第１ロータ４ａ及び第２ロータ４ｂからなる２重ロータ構造を有し、第１ロータ４ａと第２ロータ４ｂ間の位相差（スキュー）ＳＫに応じてロータ全体の磁束密度（誘起電圧）を変化させる可変機構を有する。位相差（スキュー）ＳＫは、第１ロータ４ａのｄ軸ｄＡＸ１と第２ロータ４ｂのｄ軸ｄＡＸ２との成す角度である。また、永久磁石１０ａ、１０ｂが高保磁力磁石部１１ａ、１１ｂのみで構成され、図２の低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを備えていない。その他の構成は、図２と同じであり、図示及び説明を省略する。
【００３９】
図７（ａ）を参照して、図６（ａ）及び図６（ｂ）の電動機における、位相の基本波成分及びｎ次高調波成分と位相差（スキュー）ＳＫとの相関を示すデータの一例を説明する。
【００４０】
図７（ａ）に示すグラフは、図３及び図５と同様に、相関データ記憶部７１に記憶されている。図７（ａ）に示すグラフは、図６（ａ）及び図６（ｂ）の電動機において位相差（スキュー）ＳＫが有る場合（Ｓ）、及び位相差（スキュー）ＳＫが無い場合（Ｎ）の各々について、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を、６０℃、１００℃及び１４０℃にそれぞれ変化させた時の位相を、フーリエ級数展開する際の次数毎に表記したものである。横軸が次数を示し、縦軸が位相を示す。なお、横軸は、矩形波を構成する１（基本波）、３、５、・・・の奇数次成分のみを示す。図７（ａ）において、「Ｓ」は、位相差（スキュー）ＳＫが有る状態を示し、「Ｎ」は、位相差（スキュー）ＳＫが無い状態を示す。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、位相の基本波及びｎ次高調波は、共に永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍに対する依存性はない。位相の基本波は、位相差（スキュー）ＳＫの有無に対する依存性は無いが、位相の３次高調波成分及び５次高調波成分は、位相差（スキュー）ＳＫの有無に対する依存性が有る。よって、例えば、ｎ次高調波磁束演算部６２が、位相の３次高調波成分或いは５次高調波成分を演算すれば、図７（ａ）に示すデータを参照して、位相差（スキュー）ＳＫの有無を精度良く推定することができる。そして、図７（ｂ）に示すような磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔの温度依存性を表すデータを参照すれば、基本波磁束演算部６１により演算された磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを精度良く推定することができる。このように、位相差（スキュー）ＳＫの有無を制御可能な電動機において、誘起電圧（磁束密度）の変化が、位相差（スキュー）ＳＫの有無によるものなのか、それとも永久磁石１０ａ、１０ｂの温度変化によるものなのかを精度良く判断することができる。
【００４２】
図２、図４、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したように、様々な形式の磁束密度の可変機構を備える電動機であっても、磁束密度（振幅）或いは位相の基本波成分及びｎ次高調波成分は、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び可変機構による磁束密度変化に応じてそれぞれ独立して変化する。そして、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍの変化に対する磁束密度のｎ次高調波成分の変化率は、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍの変化に対する磁束密度の基本波成分の変化率よりも小さい。よって、磁束密度（振幅）或いは位相の基本波成分と高調波成分とを用いることにより、可変機構による磁束密度の変化と、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度変化による磁束密度の変化とを分離することができる。
【００４３】
ここで、電動機１００が備える可変機構は、電動機１００の運転条件に応じて、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度、電機子コイル６に生じる誘起電圧、及び電機子コイル６のインダクタンスを含む「電動機定数」のうち少なくともいずれか１つを変更するものであればよい。図１（ｂ）の相関データ記憶部７１は、図３、図５、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す磁束密度（振幅）或いは位相の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び上記した電動機定数との相関を示すデータを記憶する。図１（ｂ）の磁石パラメータ推定部７０は、磁束密度（振幅）或いは位相の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び上記した電動機定数を推定する。
【００４４】
また、図１（ｂ）の基本波磁束演算部６１に、電流ベクトル制御部３２ｂによりｄｑ座標系に変換された基本波の検出値ｉｄ、ｉｑを入力する替わりに、ローパスフィルタ３３により高周波成分が除去されたフィードバック信号を入力してもよい。これにより、基本波の検出値ｉｄ、ｉｑからノイズが除去された信号を基本波磁束演算部６１に入力することができる。
【００４５】
同様に、図１（ｂ）のｎ次高調波磁束演算部６２に、電流ベクトル制御部４２ｂによりｄｑ座標系に変換されたｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎを入力する替わりに、ローパスフィルタ４３により基本波成分及びその他の高周波成分が除去されたフィードバック信号を入力してもよい。これにより、ｎ次高調波の検出値ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎからノイズが除去された信号をｎ次高調波磁束演算部６２に入力することができる。ローパスフィルタ３３及びローパスフィルタ４３は、本発明の「ノイズ除去部」の一例である。
【００４６】
また、電機子コイル６に流れる電流ｉｄ、ｉｑ、ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎの替わりに、電機子コイル６に対して印加される電圧ｖｄ、ｖｑ、ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎ、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の基本波及びｎ次高調波に対して、ノイズ除去を行ってもよい。この場合、ノイズ除去された、電機子コイル６に対して印加される電圧ｖｄ、ｖｑ、ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎ、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、或いはロータ４の位置の基本波及びｎ次高調波から、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを演算することができる。
【００４７】
次に、図８を参照して、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を変化させる可変機構を有する電動機１００について、磁束密度及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を説明する。先ず、ステップＳ１０１において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波を検出する。ｎ次高調波としては３以上の奇数次の高調波を検出するが、電動機１００の特性に応じて「ｎ」の値が設定される。ステップＳ１０２に進み、基本波磁束演算部６１は、（１）式に従い、電動機１００の基本波から永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分を演算する。そして、ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式に従い、電動機１００のｎ次高調波から永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相のｎ次高調波成分を演算する。
【００４８】
ステップＳ１０３に進み、磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分及びｎ次高調波成分から、電動機１００の周方向における磁束密度の分布を演算する。
【００４９】
図９を参照して、磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分及びｎ次高調波成分から、電動機１００の周方向における磁束密度の分布を演算する方法を説明する。図９に示すように、周方向における永久磁石１０ａ、１０ｂの磁束密度の分布が均一である場合、磁束密度の分布は矩形波ＧＡとなる。矩形波ＧＡは、磁束密度の基本波成分ＷＢと、奇数次の高調波成分（３次高調波成分Ｗ３、５次高調波成分Ｗ５、・・・）とを合成することにより表される。ここで、図２（ａ）に示したように、永久磁石１０ａ、１０ｂの中央部に位置する低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを５０％まで減磁した場合、磁束密度の分布は、矩形波ＧＡからその中央部が凹んだ凹形状へ変形する。この変形により、３次高調波成分Ｗ３の振幅は、基本波成分やその他の高調波成分の振幅に比べて大きくなる。これとは逆に、例えば、永久磁石１０ａ、１０ｂの周辺部に５０％まで減磁した低保磁力磁石部１２ａ、１２ｂを配置した場合や、永久磁石１０ａ、１０ｂの周辺部ＨＴの温度が局部的に上昇したことにより永久磁石１０ａ、１０ｂの周辺部ＨＴの磁束が減少した場合、図９に示すように、磁束密度の分布は、矩形波ＧＡからその中央部が突出した凸形状ＧＢへ変形する。この変形により、３次高調波成分Ｗ３及び５次高調波成分Ｗ５の振幅は、基本波成分の振幅に比べて小さくなる。このように、磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分及びｎ次高調波成分から、電動機１００の周方向における磁束密度の分布を演算することができる。
【００５０】
図８に戻り、ステップＳ１０４において、磁石パラメータ推定部７０は、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機１００が備える可変機構による磁束密度の変化量を推定する。ここで、「永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ」には、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度の他に、電動機１００の周方向における永久磁石１０ａ、１０ｂの温度分布も含まれる。
【００５１】
以上説明したように、本発明の第１実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【００５２】
永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔの増減特性は、磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔの増減特性と異なる。そこで、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを用いることにより、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍと磁束密度が一対一に対応していない場合であっても、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ或いは磁束密度を推定することができる。したがって、永久磁石１０ａ、１０ｂの耐熱マージンを過剰に大きく取る必要が無くなり、永久磁石１０ａ、１０ｂの製造コストを低減することができる。また、トルク精度、電動機の制御効率、及び電流応答性が向上する。
【００５３】
電動機１００が電動機定数の可変機構を有している場合であっても、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機定数との相関を示すデータを参照すれば、可変機構による電動機定数の変化量を測定すること無く、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機定数を精度良く推定することができる。
【００５４】
磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔは、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機定数に応じてそれぞれ独立して変化する。永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍの変化に対する磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔの変化率は、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍの変化に対する磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔの変化率よりも小さい。よって、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔとｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔとを用いることにより、可変機構による磁束密度の変化と、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度変化による磁束密度の変化とを分離することができる。
【００５５】
電動機１００の基本波は、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のいずれか１以上の基本波である。また、電動機１００のｎ次高調波は、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のいずれか１以上のｎ次高調波である。電動機１００の様々なパラメータを用いて、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機定数を推定することができる。
【００５６】
制御装置は、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置の複数の周波数成分から、基本波及びｎ次高調波を除く他の周波数成分を除去するローパスフィルタ３３、４３（ノイズ除去部）を備える。これにより、ノイズ除去された基本波及びｎ次高調波を用いて、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機定数を精度良く推定することができる。
【００５７】
（第２実施形態）
図８のフローチャートでは、電動機定数として、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度を変化させる可変機構を有する電動機１００について、磁束密度及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順を説明した。第２実施形態では、図１０を参照して、電動機定数として、電機子コイル６に生じる誘起電圧を変化させる可変機構を有する電動機１００について、誘起電圧及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度を推定する手順の一例を説明する。図１０のステップＳ１０５の処理内容が、図８のステップＳ１０４と異なり、その他のステップでの処理内容は図８と同じであるので、説明を省略する。
【００５８】
図１０のステップＳ１０５において、磁石パラメータ推定部７０は、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度、及び電動機１００が備える可変機構による誘起電圧の変化量を推定する。第２実施形態において、相関データ記憶部７１には、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び誘起電圧の可変量との相関を示すデータが記憶されている。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態では、図１１を参照して、電動機定数として、電機子コイル６のインダクタンスを変化させる可変機構を有する電動機１００について、インダクタンス及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を説明する。図１１のステップＳ１０６の処理内容は、図８のステップＳ１０４と異なり、その他のステップでの処理内容は図８と同じであるので、説明を省略する。
【００６０】
図１１のステップＳ１０６において、磁石パラメータ推定部７０は、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び電動機１００が備える可変機構によるインダクタンスの変化量を推定する。第３実施形態において、相関データ記憶部７１には、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔと永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及びインダクタンスの可変量との相関を示すデータが記憶されている。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態では、図１２を参照して、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑ及びｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎを検出する場合の温度推定方法を説明する。
【００６２】
ステップＳ２０１において、電動機１００の基本波として、電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑを検出し、電動機１００のｎ次高調波として、電機子コイル６に流れる電流のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎを検出する。そして、ステップＳ２０２において、基本波磁束演算部６１は、（１）式を用いて、電流の基本波ｉｄ、ｉｑから磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを算出する。ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式を用いて、電流のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎから磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３は、図８のステップＳ１０３と同じであり説明を省略する。ステップＳ２０４に進み、磁石パラメータ推定部７０は、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機１００が備える可変機構による電動機定数の変化量を推定する。
【００６３】
（第５実施形態）
第５実施形態では、図１３に示すように、ステップＳ２０５において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に印加される電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ及びｎ次高調波ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを検出する。そして、ステップＳ２０２において、基本波磁束演算部６１は、（１）式を用いて、電圧の基本波ｖｄ、ｖｑから磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを算出する。ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式を用いて、電圧のｎ次高調波ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎから磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３及びＳ２０４は図１２と同じであり、説明を省略する。
【００６４】
（第６実施形態）
第６実施形態では、図１４に示すように、ステップＳ２０６において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６のインダクタンスの基本波及びｎ次高調波を検出する。電機子コイル６のインダクタンスの基本波は、電機子コイル６に印加される電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ及び電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑから、既知の演算手法を用いて、算出することができる。電機子コイル６のインダクタンスのｎ次高調波についても同様である。
【００６５】
そして、ステップＳ２０２において、基本波磁束演算部６１は、既知の演算手法を用いて、インダクタンスの基本波から磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを算出する。ｎ次高調波磁束演算部６２は、既知の演算手法を用いて、インダクタンスのｎ次高調波から磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３及びＳ２０４は図１２と同じであり、説明を省略する。
【００６６】
（第７実施形態）
第７実施形態では、図１５に示すように、ステップＳ２０７において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電動機１００に発生するトルクの基本波及びｎ次高調波を検出する。電動機１００に発生するトルクの基本波は、電機子コイル６に印加される電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ及び電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑから、既知の演算手法を用いて、算出することができる。電動機１００に発生するトルクのｎ次高調波についても同様である。
【００６７】
そして、ステップＳ２０２において、基本波磁束演算部６１は、既知の演算手法を用いて、トルクの基本波から磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを算出する。ｎ次高調波磁束演算部６２は、既知の演算手法を用いて、トルクのｎ次高調波から磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３及びＳ２０４は図１２と同じであり、説明を省略する。
【００６８】
（第８実施形態）
第８実施形態では、図１６に示すように、ステップＳ２０８において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、ロータ４の位置（回転角）の基本波及びｎ次高調波を検出する。ロータ４の位置の基本波は、電機子コイル６に印加される電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ及び電機子コイル６に流れる電流の基本波ｉｄ、ｉｑから、既知の演算手法を用いて、算出することができる。ロータ４の位置のｎ次高調波についても同様である。
【００６９】
そして、ステップＳ２０２において、ｎ次高調波磁束演算部６２は、既知の演算手法を用いて、位置のｎ次高調波から磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３及びＳ２０４は図１２と同じであり、説明を省略する。
【００７０】
（第９実施形態）
図１２〜図１６では、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のいずれか１つの基本波及びｎ次高調波を検出する場合を説明した。第９実施形態では、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧、電機子コイル６のインダクタンス、電動機１００に発生するトルク、及びロータ４の位置のうち、いずれか２つ以上の電動機１００の基本波及びｎ次高調波を検出する場合について説明する。
【００７１】
第９実施形態では、図１７に示すように、ステップＳ２０９において、電動機１００の基本波及びｎ次高調波として、電機子コイル６に流れる電流及び電機子コイル６に対して印加される電圧の基本波ｉｄ、ｉｑ、ｖｄ、ｖｑ及びｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎ、ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを検出する。
【００７２】
そして、ステップＳ２０２において、基本波磁束演算部６１は、（１）式に従い、電流及び電圧の基本波ｉｄ、ｉｑ、ｖｄ、ｖｑから磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔを算出する。ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式に従い、電流及び電圧のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎ、ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎから磁束密度のｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを算出する。ステップＳ２０３及びＳ２０４は図１２と同じであり、説明を省略する。
【００７３】
（第１０実施形態）
第１０実施形態では、図１８を参照して、ロータ４の位置推定誤差と、電機子コイル６に流れる電流及び電機子コイル６に対して印加される電圧の検出値とを組み合わせて電動機定数及び磁石温度を推定する手順の一例を説明する。
【００７４】
先ず、ステップＳ２１０において、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧及びロータ４の位置を検出する。ロータ４の位置は、ポジションセンサ１０４により検出されるロータ４の回転角θである。ステップＳ２１１において、電機子コイル６に流れる電流、電機子コイル６に対して印加される電圧を用いて、既知の方法を用いて、ロータ４の位置を推定する。ステップＳ２１２において、ロータ４の位置の推定値とロータ４の位置の検出値から、ロータ４の位置推定誤差を検出する。また、図１７に示したステップＳ２０９、Ｓ２０２及びＳ２０３と同様な処理を実施する。そして、ステップＳ２０４において、磁石パラメータ推定部７０は、ロータ４の位置推定誤差を考慮して、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍ及び電動機１００が備える可変機構による電動機定数の変化量を推定する。ロータ４の位置推定誤差を考慮することにより、温度Ｔｍ及び電動機定数の変化量の推定精度が向上する。
【００７５】
（第１１実施形態）
第１〜第１０実施形態では、電動機１００の運転条件に応じて電動機定数を変更する可変機構を備える電動機１００について説明したが、第１１実施形態では、電動機定数を変更する可変機構を備えていない電動機１００に本発明を適用した例を説明する。
【００７６】
図９を参照して説明したように、磁束密度の可変機構を備えていない電動機１００において、永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度の分布は矩形波ＧＡとなる。ところが、例えば永久磁石１０ａ、１０ｂの周辺部ＨＴの温度が局部的に上昇した場合、周辺部ＨＴの磁束密度は中央部に比べて小さくなり、磁束密度の分布は、矩形波ＧＡからその中央部が突出した凸形状ＧＢへ変形する。前述したように、磁束密度の分布は、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔの組合せにより表すことができる。矩形波ＧＡから凸形状ＧＢへ変形した場合、３次高調波成分Φａ＿３ｓｔが、基本波成分Φａ＿１ｓｔ及び５次高調波成分Φａ＿５ｓｔに比べて小さくなる。このように、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔから、磁束密度の可変機構を備えていない電動機１００においても、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度分布を求めることができる。
【００７７】
図１９は、磁束密度の可変機構を備えていない電動機１００において、永久磁石１０ａ、、１０ｂの温度Ｔｍを推定する手順の一例を示すフローチャートである。電動機１００が磁束密度の可変機構を備えていないため、磁束密度の分布を求める図８のステップＳ１０３は省略されている。その他のステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０４は、図８と同じであり、説明を省略する。
【００７８】
（第１２実施形態）
ロータ４が回転していない場合、或いはロータ４の回転数が低回転状態にある場合、電動機１００に誘起電圧が発生しない、或いは誘起電圧が微弱であるため、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを検出できない、或いはその検出精度が低下してしまい、ひいては、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度推定精度も低下してしまう。そこで、第１２実施形態では、ロータ４の回転数が所定のしきい値よりも低い場合、電機子コイル６に対してロータ４の回転に寄与しない高周波を重畳し、重畳された高周波の基本波及びｎ次高調波を用いて、電動機定数及び永久磁石１０ａ、１０ｂの温度Ｔｍを推定する方法について図２０を参照して説明する。
【００７９】
ステップＳ３０１において、ポジションセンサ１０４（回転数判断部）は、ロータ４の回転数（電気角速度ω）が所定のしきい値よりも低いか否かを判断する。ロータ４の回転数が所定のしきい値よりも低いと判断された場合（Ｓ３０１でＹＥＳ）、ステップＳ３０２において電機子コイル６に対して高周波電圧を重畳する。
【００８０】
そして、ステップＳ３０３において、図１（ａ）の電流ベクトル制御部３２ｂは、電機子コイル６に流れる高周波電流の基本波ｉｄ、ｉｑを検出し、電流ベクトル制御部４２ｂは、電機子コイル６に流れる高周波電流のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎを検出する。
【００８１】
ステップＳ３０４に進み、基本波磁束演算部６１は、（１）式に従い、高周波電流の基本波ｉｄ、ｉｑから永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分を演算する。そして、ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式に従い、高周波電流のｎ次高調波ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎから永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相のｎ次高調波成分を演算する。
【００８２】
ステップＳ３０５に進み、磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分及びｎ次高調波成分から、電動機１００の周方向における磁束密度の分布を演算する。そして、図８のステップＳ１０４と同様にして、磁石パラメータ推定部７０は、相関データ記憶部７１に記憶されたデータを参照して、磁束密度の基本波成分及びｎ次高調波成分から、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び電動機１００が備える可変機構による誘起電圧の変化量を推定する。
【００８３】
一方、ロータ４の回転数が所定のしきい値よりも高いと判断された場合（Ｓ３０１でＮＯ）、図８に示したフローチャートに従い、ステップＳ１０１〜Ｓ０１４を実施する。
【００８４】
なお、電機子コイル６に対して高周波電圧を重畳する替わりに、図２１に示すように、電機子コイル６に対して高周波電流を重畳しても構わない。この場合、ステップＳ３０３において、電機子コイル６に印加される高周波電圧の基本波ｖｄ、ｖｑ、及び電機子コイル６に印加される高周波電圧のｎ次高調波ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎを検出する。
【００８５】
そして、ステップＳ３０４に進み、基本波磁束演算部６１は、（１）式に従い、高周波電圧の基本波ｖｄ、ｖｑから永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相の基本波成分を演算する。そして、ｎ次高調波磁束演算部６２は、（１）式に従い、高周波電圧のｎ次高調波ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎから永久磁石１０ａ、１０ｂによる磁束密度（振幅）及び位相のｎ次高調波成分を演算する。
【００８６】
このように、電機子コイル６に対してロータ４の回転に寄与しない高周波電圧或いは高周波電流を重畳することにより、電動機１００にロータ４の回転に寄与しない誘起電圧が生じる。この誘起電圧を用いて、磁束密度の基本波成分Φａ＿１ｓｔ及びｎ次高調波成分Φａ＿ｎｓｔを検出して、永久磁石１０ａ、１０ｂの温度及び電動機１００が備える可変機構による誘起電圧の変化量を精度良く推定することができる。
【００８７】
また、ロータ４が回転していない場合、或いはロータ４の回転数が低回転状態にある場合に、電機子コイル６に対してロータ４の回転に寄与しない高周波電圧或いは高周波電流を重畳し、ロータ４の回転数が高回転状態にある場合には、高周波電圧或いは高周波電流を重畳しない。これにより、高周波電圧或いは高周波電流を効率よく重畳することができる。
【００８８】
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【符号の説明】
【００８９】
２…ステータ
４…ロータ
６…電機子コイル
１０ａ、１０ｂ…永久磁石
１１ａ、１１ｂ…高保磁力磁石部
１２ａ、１２ｂ…低保磁力磁石部
３１、４１…電流制御器
３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ…電流ベクトル制御部
３３、４３…ローパスフィルタ
６１…基本波磁束演算部
６２…ｎ次高調波磁束演算部
７０…磁石パラメータ推定部
７１…相関データ記憶部
１００…電動機
１０３…電流センサ
１０４…ポジションセンサ
Φａ＿１ｓｔ…磁束密度の基本波成分
Φａ＿ｎｓｔ…磁束密度のｎ次高調波成分
θ…回転角（ロータの位置）
ｉｄ、ｉｑ…基本波（電流）
ｉｄ＿ｎ、ｉｑ＿ｎ…ｎ次高調波（電流）
ｖｄ、ｖｑ…基本波（電圧）
ｖｄ＿ｎ、ｖｑ＿ｎ…ｎ次高調波（電圧）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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