(57)【要約】【課題】界磁を形成する永久磁石に直接、温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度または磁束を高い精度で推定し、同期機を駆動させることが可能な同期機制御装置を提供することを目的としている。【解決手段】同期機３の回転子の位置を推定あるいは検出する位置同定部２１、電機子電流を検出する電流検出部２２、第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部２３、電流指令と回転子の位置及び電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部２４、電圧指令に基づいて同期機に出力する電力変換部２５、回転子の位置の変化から算出される回転速度と電圧指令及び電機子電流とに基づいて電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部２６、回転子の位置と電機子電流及び電機子鎖交磁束から永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部２７、により構成されている。【選択図】図１
2014222954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、
トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、
前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、
前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、
前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、
前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、
を備えたことを特徴とする同期機制御装置。
【請求項２】
前記直交二軸座標は、回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標であり、
前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいて第１のｄ軸電流指令と第１のｑ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のｄ軸電流指令と第２のｑ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
【請求項３】
前記直交二軸座標は、前記磁束推定部にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、該γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸（γ−δ軸）座標であり、
前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいてδ軸電流指令及び電機子鎖交磁束指令を出す制御指令演算部と、前記電機子鎖交磁束指令及び前記磁束推定部にて推定された前記電機子鎖交磁束に基づいてγ軸電流指令を出力する磁束制御部と、を備え、
第１のγ軸電流指令と第１のδ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とする請求項１に記載の同期機制御装置。
【請求項４】
前記磁石状態推定部による前記永久磁石の磁束または温度の推定を、前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度の絶対値が所定の値以上である場合においてのみ実行させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項５】
前記磁石状態推定部による前記永久磁石の磁束または温度の推定を、前記電圧指令の大きさが所定の値以上である場合においてのみ実行させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項６】
前記電流指令生成部は、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて、前記電流指令を制限することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項７】
前記電流指令生成部は、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて、前記同期機の回転速度の絶対値を減少させる電流指令を生成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項８】
前記磁石状態推定部は、前記永久磁石の磁束または温度を推定するとともに、前記同期機のインダクタンスの見積値と実際値との誤差を推定し記憶しておくことを特徴とする請
求項１から請求項７のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項９】
前記同期機を冷却する冷却部を備え、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて前記冷却部を制御することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期機を駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、界磁として永久磁石を有する同期機をインバータ等の電力変換手段を有する同期機制御装置にて制御する際、同期機の電機子巻線への通電や同期機自身の鉄損等に起因する温度上昇に伴って、界磁の永久磁石の磁化の強さ、すなわち、磁束が減少する「減磁」と呼ばれる現象が発生し、更に許容温度を超えると温度が常温に下がっても磁束が減磁発生前の状態に戻らない「不可逆減磁」と呼ばれる現象が発生する。このため、界磁として永久磁石を有する同期機を制御する際、少なくとも永久磁石の温度を不可逆減磁が発生する許容温度以下に抑制するように制御する必要がある。また、同期機の電流のみを制御する場合、減磁により同一電流条件下において同期機の発生トルクが低下する。しかし、同期機の構造上のスペースの問題や周囲をケースで防護している等の理由により、温度検出器を永久磁石に直接取り付けることは困難であり、さらに、界磁として永久磁石を有する同期電動機の多くは回転子側の内部に永久磁石を有することが多く、温度検出器を取りつけることへの更なる大きな障害要因となっている。そのため、主に許容温度以下に抑制できるように制御するため、あるいは、減磁によるトルクの低下を把握できるようにするために、何らかの方法で永久磁石の温度、あるいは永久磁石の温度と相関のある磁束を間接的に測定、あるいは推定する技術が求められている。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１の回転電機の制御装置では、インバータ装置とモータジェネレータの電機子巻線との間において授受される電流を検出する電流センサ、電機子巻線の抵抗値を補正するために電機子巻線の温度を検出する温度センサ、及び界磁の磁極位置を検出するための磁極位置センサの各センサから得られた電流、温度、回転速度の各情報を基にして、界磁に設けられた永久磁石から電機子巻線に鎖交する磁束を取得するようにしている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２のモータ駆動装置では、回転二軸座標（ｄ−ｑ軸）変換を用いた制御において永久磁石に減磁が生じていないときのｑ軸の電圧操作量をマップとして保持しておき、モータを比例積分（ＰＩ）制御によって電流制御している際のＰＩ制御部出力であるｑ軸電圧操作量と、前記マップに保持された永久磁石に減磁が生じていない時のｑ軸電圧操作量と、回転角速度ωとに基づいて減磁量を演算するようにしている。
【０００５】
また、例えば、特許文献３の永久磁石電動機の減磁検出方法では、回転速度および電流・電圧を測定するステップＳＴ１と、回転速度および電流・電圧の前記測定値に基づいて、巻線の温度を推定するステップＳＴ３と、前記巻線温度の推定値に基づいて、前記巻線の抵抗を推定するステップＳＴ４と、前記巻線温度の推定値に基づいて、回転子磁石部の温度を推定するステップＳＴ５と、前記巻線温度の推定値に基づいて、誘起電圧の正常値を推定するステップＳＴ６と、前記巻線抵抗の推定値に基づいて、誘起電圧の実際の値を推定するステップＳＴ７と、前２ステップにおいて推定した誘起電圧係数の正常値と実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断するステップＳＴ８を順次実施して回転子磁石部の減磁状態を判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１０１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−５１８９２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９２３２５号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００２／０９１５５８号
【特許文献５】国際公開ＷＯ２０１０／１０９５２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の回転電機の制御装置においては、磁束オブザーバにより界磁の永久磁石から電機子巻線に鎖交する磁束を取得する際に、電機子巻線の温度を検出する温度センサに基づいて補正された電機子巻線の抵抗値を用いているため、電機子巻線の温度を検出するための温度センサを必要とし、制御装置の構成部品が必ず増加してしまうといった課題があった。
【０００８】
また、特許文献２のモータ駆動装置においては、減磁の発生の有無は判断できるものの磁石温度あるいは磁石磁束の絶対値（量）を求める方法については開示されておらず、さらに、減磁の判断を行うためには、ｄ−ｑ軸上の電流指令を減磁発生前と減磁発生後とで同一に設定する必要があることから、減磁が発生した時に減磁発生を判断した上で、減磁量を演算、補正することで減磁分によるトルク低下分を補正していることから、減磁発生を判断するまでモータが発生するトルクが所望のトルク（指令値）に対して低下してしまうといった課題があった。
【０００９】
また、特許文献３の永久磁石電動機の減磁検出方法においては、電機子巻線の温度上昇と回転子永久磁石の温度上昇との比を予め実験により求めておき、電機子巻線の温度に基づいて永久磁石の温度を推定しているが、電機子巻線と永久磁石とでは熱時定数が大きく異なり、さらに、電動機の運転条件や冷却性能等他の要因も影響するため、電機子巻線の温度上昇に対する回転子永久磁石の温度上昇を一義的に求めることは難しく、様々な条件に対して電機子巻線の温度に基づいて、磁石温度を精度良く推測することは容易ではないといった課題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、界磁を形成する永久磁石に直接、温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度または磁束を高い精度で推定し、同期機を駆動させることが可能な同期機制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の同期機制御装置は、界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の同期機制御装置によれば、同期機の電機子電流から直交二軸座標上に変換されたｄ軸電流と磁束推定部で推定された電機子鎖交磁束のｄ軸成分とから界磁を構成する永久磁石の温度または磁束を推定することにより、定常的な発生トルクを大きく変えることなく、かつ、同期機のインダクタンスの設定値と実際値との誤差に起因する推定精度の劣
化を抑制しながら界磁を構成する永久磁石の磁束または温度を精度良く推定することができる効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る同期機制御装置における電圧指令生成部の一例を示す構成図である。
【図３】実施の形態１に係る同期機制御装置の電流指令生成部におけるトルク指令とｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊との関係を示すタイムチャートの一例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る同期機制御装置の他の実施態様及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【図６】界磁に永久磁石を有する同期機のベクトル図である。
【図７】実施の形態２に係る同期機制御装置における電流指令生成部の一例を示す構成図である。
【図８】実施の形態２に係る同期機制御装置における電圧指令生成部の一例を示す構成図である。
【図９】実施の形態２に係る同期機制御装置の電流指令生成部におけるトルク指令とｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊との関係を示すタイムチャートの一例を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る同期機制御装置における永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う速度帯域を示す図である。
【図１１】実施の形態３に係る同期機制御装置における永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う電圧範囲を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【図１３】実施の形態６に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【図１４】実施の形態７に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る同期機制御装置について、図１〜図１４を参照して説明する。なお、この発明における同期機は、界磁として永久磁石により形成される回転子を有しているものである。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図であり、図２は、実施の形態１に係る同期機制御装置における電圧指令生成部の一例を示す構成図であり、また、図３は、実施の形態１に係る同期機制御装置の電流指令生成部におけるトルク指令とｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊との関係を示すタイムチャートの一例を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、同期機システム１は、同期機制御装置２と、同期機３及び電源４とにより構成されている。
本発明における同期機制御装置２は、図１に図示しない同期機システム１の上位のシステムからトルク指令τ＊が与えられることを想定している。該上位のシステムの一例とし
て、電気自動車（ＥＶ）または内燃機関とモータの両方を備えるハイブリッド自動車の車両、さらには鉄道車両のような電気車を駆動する用途に同期機システム１が用いられている場合は、ドライバ（操縦者）からのアクセル（ノッチ）やブレーキの入力量と車速や種々の入力量に応じてトルク指令値τ*を決定する車両制御装置などがあり、その他、ファクトリーオートメーション（ＦＡ）、昇降機用途においてもトルク指令τ＊を種々の要因に基づいて生成する上位のシステムがある。
また、本発明における同期機制御装置２において推定する永久磁石の磁束Φｍａｇまたは温度Ｔｍａｇを上記上流のシステムに伝達して、該推定値を上位のシステムの制御に利用してもよい。ただし、本発明において、トルク指令τ＊を与える上位のシステムは限定されないため、上位のシステムの説明は上記例示に留める。
ここで、同期機制御装置２は、図１及び図２に示すように、界磁が永久磁石により構成される回転子を有する同期機３の回転子の位置θを検出する位置同定部である位置検出部２１、同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流検出部２２、トルク指令τ＊に基づいて回転直交二軸座標（以下、ｄ−ｑ軸と表記する。）上に電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊（第１の電流指令（ｉｄ１、ｉｑ１）と第２の電流指令（ｉｄ２、ｉｑ２）を生成する電流指令生成部２３、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と回転子の位置θに基づいて電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが直交二軸座標上に座標変換された電流ｉｄ、ｉｑとに基づいて直交二軸座標上で電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を生成するとともに、電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊から座標変換された多相（三相）交流電圧指令ｕｖ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を生成する電圧指令生成部２４、電圧指令ｕｖ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に基づいて同期機３に電圧ｕｖ，ｖｖ，ｖｗを出力する電力変換部２５、回転子の位置θの変化から算出される同期機３の回転速度ω並びに電圧指令ｖｑ＊及び電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて同期機３の電機子鎖交磁束Φｄを推定する磁束推定部２６、回転子の位置θと電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ及び電機子鎖交磁束Φｄから永久磁石の磁束Φｍａｇまたは温度Ｔｍａｇを推定する磁石状態推定部２７から構成されている。なお、電力変換部２５は、電源４から電力の供給を受けており、電源４は、直流電圧電源あるいは電池により構成されている。ここで、単相あるいは三相の交流電源から周知のコンバータによって直流電圧を得るようにした装置は、電源４の概念に含まれる。
【００１７】
次に、実施の形態１における同期機制御装置２を構成する各要素、動作について詳細に説明する。
【００１８】
位置検出部２１は、周知のレゾルバやエンコーダ等により構成され、同期機３の回転子の位置θを検出する。ここで、同期機３の回転子の位置θとは、ｕ相電機子巻線を基準にした軸に対する、界磁を構成する永久磁石のＮ極方向の角度を意味するものであり、一般的に、同期機３の回転速度（電気角周波数ωとする）で回転する回転直交二軸座標（以下、ｄ−ｑ軸と表記する。）のｄ軸は、永久磁石のＮ極方向に定め、ｑ軸はそのｄ軸に対して９０°進んだ直交方向と定める。以下の説明もこれに従う。
【００１９】
同期機３を駆動するために多相交流電圧が電機子巻線に印加される。これにより、同期機３の電機子巻線には出力電流が発生する。この電機子巻線に発生する出力電流を、以下、電機子電流と表記する。電流検出部２２は、この電機子巻線に発生する電機子電流を電流センサ等により検出するものである。同期機３が三相同期回転電機である場合、同期機３の三相の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全相の電機子電流を検出する構成、あるいは、１つの相（例えばｗ相）の電機子電流ｉｗについては、検出した他の２つの相の電機子電流ｉｕ，ｉｖを用いて、ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求めるようにして、２つの相の電機子電流を検出するようにした構成でもよい。なお、電流検出部２２は、同期機３の各相の電機子電流を直接検出する電流センサ等による構成以外に、電源４と電力変換部２５との間を流れるＤＣリンク電流から電機子電流を検出するような周知の技術を用いたものでもよい。
【００２０】
電流指令生成部２３は、実施の形態１では、トルク指令をτ＊に基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊を生成する。界磁が永久磁石により構成される回転子を有する同期機３の場合、トルクτとｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑとの関係式が、（１）式で表されることから、同一のトルクτを発生させることが可能なｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊の組み合わせ（ｉｄ＊，ｉｑ＊）が無数に存在することが知られている。
【数１】
2014222954.tif 000003
ここで、Ｐｍは、同期機３の極対数である。
【００２１】
ｉｄ，ｉｑは、ｄ−ｑ軸上の電流であり、同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを回転子位置θに基づいて、（２）式の演算により座標変換することで得られる。
【数２】
2014222954.tif 000004
【００２２】
そこで、実施の形態１における電流指令生成部２３では、同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１のｄ軸電流指令ｉｄ＊（＝ｉｄ１）と第１のｑ軸電流指令ｉｑ＊（＝ｉｑ１）との組である第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と、第１の電流指令とは異なる第２のｄ軸電流指令ｉｄ＊（＝ｉｄ２）と第２のｑ軸電流指令ｉｑ＊（＝ｉｑ２）との組である第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）と、を生成する。
【００２３】
具体的には、所定のトルク指令τ＊が入力された場合に、トルク指令τ＊に応じた適切な第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）を（１）式の関係に基づいて、予め求めておき、該関係をマップあるいは数式等を用いて電流指令生成部２３に記憶させておく。
あるいは、実機実測ベースで同期機３あるいは同期機システム１全体の変換効率が比較的好適となるトルク指令τ＊に応じた適切な第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）を予め求めておき、該関係をマップあるいは数式等を用いて電流指令生成部２３に記憶させておいてもよい。
【００２４】
電圧指令生成部２４は、ｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑを電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊に一致させるように、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を出力し、ｖｄ＊，ｖｑ＊を多相（三相）交流電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に座標変換を行った上で、電力変換部２５へ出力する。図２は、図１に示す電圧指令生成部２４の構成の一例を示す構成図である。
【００２５】
座標変換部２４２は、同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを回転子位置θに基づいて、（２）式の演算により、ｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑへ座標変換を行う。ただし、後述するように磁束推定部２６においても同じ（２）式に基づく電流の座標変換演算を施し
ており、磁束推定部２６で得られたｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑを用いれば、座標変換部２４２を省略することができる。
【００２６】
電流制御部２４１は、例えば、ｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊とｄ−ｑ軸上の電流ｉｄ，ｉｑとの偏差に対して、周知の比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を生成するといった、いわゆる電流フィードバック制御を行う。図２には、図示されていないが、ｄ軸とｑ軸間の干渉を除去するために、同期機３の回転に伴って生じる速度起電力分を補償する周知の非干渉補償をｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊に対してフィードフォワード的に施してもよい。
【００２７】
座標変換部２４３において回転子位置θに基づいて、（３）式の演算により、電流制御部２４１から出力されるｄ−ｑ軸上のｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を多相（三相）交流電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊へ座標変換し、電力変換部２５に出力する。ただし、（３）式において、電流検出部２２で検出された電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換部２５から出力される電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（遅延時間）を考慮し、回転子位置θに対して制御演算遅れ時間に基づく位相補正量Δθｄの分を補正した位相で座標変換してもよい。
【数３】
2014222954.tif 000005
【００２８】
電力変換部２５は、電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊に基づいて、周知のＰＷＭ制御方式等により同期機３に電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗを印加する。
【００２９】
磁束推定部２６は、まず、同期機３の電機子鎖交磁束Φ、更に詳しく述べれば電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄを推定する。電機子鎖交磁束Φとは、永久磁石により生成される磁束（以下、永久磁石磁束と称する。）Φｍと電機子電流により生成される磁束（電機子反作用磁束）Φａとの合成磁束のことである。
電機子鎖交磁束Φ、正確にはｄ軸成分Φｄを推定する好適な一手法として、ｄ−ｑ軸上におけるｑ軸電圧ｖｑとΦｄとの関係式である（４）式に基づいて推定する方法がある。
【数４】
2014222954.tif 000006
ここで、Ｌｑは、ｑ軸方向のインダクタンス（以下、ｑ軸インダクタンスと表記する）であり、（４）式には示されていないが後述のＬｄは、ｄ軸方向のインダクタンス（以下、ｄ軸インダクタンスと表記する。）である。また、Ｒは、抵抗（同期機３の電機子巻線の抵抗が主であり、同期機３と電力変換部２５との間の配線抵抗の影響が無視できないくらいに大きい場合は、この配線抵抗も考慮した抵抗値とする。）である。
また、ｓは、ラプラス演算子である。なお、ラプラス演算子ｓの逆数１／ｓは、１回の時間積分を意味する。
【００３０】
ただし、実施の形態１における図１の構成では、ｑ軸上の電圧ｖｑの実際の値が不明であるため、ｑ軸上の電圧ｖｑの代わりに電流指令生成部２３から出力されるｄ−ｑ軸上の電圧指令におけるｑ軸電圧指令ｖｑ＊を用いて（４）式の演算を行う。また、同期機３の駆動開始前においてｑ軸電圧指令ｖｑ＊が０であり、Φｄ＝０となることから、同期機３の駆動開始におけるΦｄの初期値として、基準値等の所定の永久磁石磁束Φｍを用いればよい。
【００３１】
さらに、(４)式において、同期機３の回転速度ωが演算に用いられていることから、位置検出部２１で検出された回転子の位置θを用いて微分演算を行うことにより回転速度ωが得られる。(４)式において、電流の変化が緩やかであると仮定してラプラス演算子ｓを含む項は無視しても差し支えない。
【００３２】
抵抗Ｒの扱いにおいても、同期機３の温度によって抵抗値が変化することから、同期機３の温度を検出して抵抗Ｒの値を補正しても良く、さらに、抵抗Ｒに係る項がその他の項に比較して小さい場合には、これを含む項を無視し、前述のΦｄ，Φｑの推定演算において同期機３の電機子電流に関する情報を用いずに演算の簡素化を図るようにしても良い。同期機３の電機子電流に関する情報を用いなければ、磁束推定部２６における（２）式の演算が不要となる。
【００３３】
磁石状態推定部２７は、実施の形態１における同期機制御装置２の特徴である回転子の界磁を構成する永久磁石の温度または磁束を推定するものである。
この永久磁石の温度または磁束を推定する動作は、トルク指令τ＊に基づいて同期機３が制御されている状態の下で行われ、動作タイミングの一例として、トルク指令の値（絶対値）が大きく、瞬間的に永久磁石の温度上昇が大きくなりやすい条件下に単発的に実施する、あるいは、零でないトルク指令が上位のシステムから与えられ続けられており、永久磁石の温度が次第に上昇している状況下において連続的、あるいは間欠的に実施する。このような永久磁石の温度または磁束を推定する動作タイミングを設けると、必要に応じて永久磁石の温度を許容温度以下に抑制できるよう制御を施すことや、減磁による同期機３の発生トルクの低下を把握することが可能となる。
図３は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置２の電流指令生成部２３におけるトルク指令τ＊とｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊との関係を示すタイムチャートの一例を示す図である。
【００３４】
前述した通り、電流指令生成部２３は、同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と、第１の電流指令とは異なる第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）とを生成し、図３に示すように第１の電
流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）とを電流指令として連続的に与え、２通りの電流指令条件下で同期機３を駆動する。このようにすることで、磁石磁束推定時における定常的な発生トルクを大きく変えることなく、磁石状態推定部２７において同期機３の永久磁石の磁束あるいは温度を推定することができる。
なお、図３においては、磁石温度推定動作前と該推定動作開始直後は、ともに同一の第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）を与えているが、磁石温度推定動作前において、同一のトルク指令τ＊に基づいて生成される該推定動作開始直後とは異なる第３の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ３，ｉｑ３）を与えても差し支えない。
【００３５】
一般的に、電機子巻線の温度変化（の時定数）より、永久磁石の温度変化（の時定数）が小さいことから、永久磁石の温度変化が小さい時間内で２通りの電流指令条件を連続的に与えながら同期機を駆動することで、永久磁石温度（あるいは磁束）の変化はほとんど無いものとみなすことができるようにする。
【００３６】
磁石状態推定部２７は、各々の電流指令条件下におけるｄ軸電流ｉｄと磁束推定部２６で推定される電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄとから永久磁石の温度または磁束を推定する。なお、図１の磁石状態推定部２７の構成では、ｄ軸電流ｉｄを同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと回転子の位置θとに基づいて、（２）式の演算により得ることを想定しているが、前述の通り他の構成部でも同様な演算が行われていることから、他の構成部で演算したｄ軸電流ｉｄを用いても良い。
【００３７】
第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）を与えた時のｄ軸電流をｉｄ１０、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分をΦｄ１０、第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）を与えた時のｄ軸電流をｉｄ２０、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分をΦｄ２０とすると、理論的に（５）式の関係が成立する。
【数５】
2014222954.tif 000007
【００３８】
ただし、ｄ軸インダクタンスＬｄは、一般的に同期機３の磁気飽和の影響に起因して電流に依存して値が変化する。また、ｄ軸インダクタンスＬｄの精密な値を予め実測等の方法により求めておくことは容易ではなく、ｄ軸インダクタンスＬｄの見積値と実際値との間には誤差があることが多いことから、誤差ΔＬｄを有し、かつ、磁気飽和の影響により電流に依存してｄ軸インダクタンスＬｄが変化する場合には、（５）式の関係は、実際においては、（６）式の関係となる。
【数６】
2014222954.tif 000008
ここで、Ｌｄ１０は、第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの実際値であり、Ｌｄ’１０は、該条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値である。また、Ｌｄ２０は、第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（
＝ｉｄ２，ｉｑ２）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの実際値であり、Ｌｄ’２０は、該条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値である。
【００３９】
（６）式において、未知の値は、ｄ軸インダクタンスＬｄの見積値と実際値との間の誤差ΔＬｄであるため、上下段の式からΔＬｄを消去すると、永久磁石磁束Φｍを（７）式から求めることができる。
【数７】
2014222954.tif 000009
【００４０】
第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値Ｌｄ’１０と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値Ｌｄ’２０を予め設定しておき、第１の電流指令と第２の電流指令とを電流指令として連続的に与え、２通りの電流指令条件下で同期機３を駆動しながら、該電流指令条件下でのｄ軸電流ｉｄと電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄとを前述の方法で求めることにより、（７）式に基づいて、永久磁石磁束Φｍを推定することができる。
ただし、第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）の設定において、ｉｄ１とｉｄ２とが近接すると、該指令に応じて流れるｄ軸電流ｉｄ１０とｉｄ２０も近接し、（７）式の分母が微小となって分子側に誤差が僅かに含まれていると該誤差が増幅されてしまい、永久磁石磁束Φｍの推定精度が劣化する。また、ｉｄ１とｉｄ２は各々同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて生成される制約よりｉｄ１とｉｄ２との差異の大きさにも上限が生じる。
したがって、第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）の設定において、ｉｄ１に対するｉｄ２の比が０.５から０．８、あるいは、１．２５から２となるような設定にすることが好ましい。
【００４１】
ｄ軸インダクタンスＬｄの見積値の設定は、例えば、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑとｄ軸インダクタンスＬｄの見積値との相関関係を予め周知の磁界解析や実測等の手法を用いて求めておき、該相関関係を相関マップや数式の形で磁石状態推定部２７に記憶しておく等の方法により行う。なお、（７）式の演算において、電流が指令値通りに追従できているならば、ｄ軸電流ｉｄ１０，ｉｄ２０の代わりに指令値ｉｄ１，ｉｄ２を用いて演算してもよい。
【００４２】
また、永久磁石温度Ｔｍａｇと永久磁石磁束Φｍとは相関があり、この相関関係を把握しておくことで、推定した永久磁石磁束Φｍを永久磁石温度推定値Ｔｍａｇに換算することも可能である。例えば、温度上昇１０℃に対して１％の割合で減磁が発生するような永久磁石の場合、基準となる温度をＴｂ、温度Ｔｂにおける（基準）永久磁石磁束をΦｍＴｂとした場合、永久磁石温度Ｔｍａｇと永久磁石磁束Φｍａｇとの関係は（８）式となる。
【数８】
2014222954.tif 000010
この（８）式の関係を用いれば、永久磁石磁束Φｍを永久磁石温度推定値Ｔｍａｇに換算することができる。
【００４３】
なお、同一電流指令を継続して与える場合においても、実際には電力変換部２５のＰＷＭ制御や同期機３の形状に起因する周知の電流ノイズ等の脈動成分が、ｄ軸電流ｉｄや電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄ等に重畳されるため、これらの電流指令を一定期間与える場合は、ｉｄ１０，Φｄ１０，ｉｄ２０，Φｄ２０に対して平均化処理あるいはフィルタリング処理を施した上で（７）式の演算を実施してもよい。
【００４４】
図４は、実施の形態１による同期機制御装置の他の実施態様及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。図１における位置検出部２１では、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機３の回転子の位置θを検出するようにした例であったが、図４に示す同期機制御装置２では、周知の適応オブザーバ等を適用して電圧指令や電機子電流等に基づいて、回転子の位置θを演算により推定する位置推定部２１ａを備えている。この位置推定部２１ａの構成は、例えば、特許文献４、または特許文献５に示されている構成で実現可能であることから、ここでは説明は省略する。なお、図１と図４の差異は、位置推定部２１ａに係る点のみであり、その他の構成は同一であり、説明を省略する。
【００４５】
このように、実施の形態１に係る同期機制御装置では、同期機の電機子電流から直交二軸座標上に変換されたｄ軸電流と磁束推定部２６で推定された電機子鎖交磁束のｄ軸成分とから界磁を構成する永久磁石の温度または磁束を推定することにより、定常的なトルクを大きく変えることなく、かつ、同期機のインダクタンスの設定値と実際値との誤差に起因する推定精度の劣化を抑制しながら永久磁石の磁束または温度を精度よく推定できるという効果がある。
【００４６】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る同期機制御装置の他の実施態様及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。実施の形態１に係る同期機制御装置２との相違点は、実施の形態２に係る同期機制御装置２０では、電流指令生成部２３ａにおいて、トルク指令τ＊及び電機子磁束Φに基づいて電流指令ｉγ＊、ｉδ＊が生成される点と、電圧指令生成部２４ａにおいて、電流指令ｉγ＊、ｉδ＊と回転子の位置θに基づいて、電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが直交二軸座標上に座標変換された電流ｉγ、ｉδ及びγ軸とδ軸とがなす角度∠Φ０とに基づいて、直交二軸座標上で電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊が生成される点である。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
次に、実施の形態２における同期機制御装置２０を構成する各要素、動作について実施の形態１と異なる部分を中心に説明し、同一部分については、適宜説明を省略する。
【００４８】
実施の形態１における電流指令生成部２３では、同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１のｄ軸電流指令ｉｄ＊（＝ｉｄ１）と第１のｑ軸電流指令ｉｑ＊（＝ｉｑ１）との組である第１の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ１，ｉｑ１）と、前記第１の電流指令とは異なる第２のｄ軸電流指令ｉｄ＊（＝ｉｄ２）と第２のｑ軸電流指令ｉｑ＊（＝ｉｑ２）との組である第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）と、を生成する形態について説明した。
【００４９】
これに対して、実施の形態２では、まず、磁束推定部２６ａにて推定される電機子鎖交磁束Φの発生方向をγ軸、該γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸（γ−δ軸）座標を定義する。（γ軸に対して９０°進んだ直交方向をδ軸とする。）
【００５０】
さらに、電流指令生成部２３ａは、電機子鎖交磁束Φを所望の磁束指令Φ＊に一致させるようにγ軸電流を操作量として制御することを目的として、磁束指令Φ＊と磁束推定部２６ａにて推定される電機子鎖交磁束Φの大きさとに基づいて、γ軸電流指令を生成する
磁束制御部２３２を備え、同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ１）と第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）との第１の指令組と、第１の指令組とは異なる第２のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ２）と第２の磁束指令Φ＊（＝Φ２）との第２の指令組とを生成し、第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）が磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第１のγ軸電流指令ｉγ＊（＝ｉγ１）と第１のδ軸電流指令との組である第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）と、第２の磁束指令が磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）とを生成するような構成とする。
【００５１】
まず、実施の形態１と異なる磁束推定部２６ａ、電流指令生成部２３ａ及び電圧指令生成部２４ａについて説明する。
【００５２】
磁束推定部２６ａは、まず、同期機３の電機子鎖交磁束Φ、更に詳しく述べれば前述の電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄに加え、Φの大きさ｜Φ｜と電機子鎖交磁束Φの発生方向であるγ軸（実際には、ｄ軸に対する推定したγ軸のなす角度∠Φ０）を推定する。図６は、回転子の界磁を構成する永久磁石を有する同期機３のベクトル図であり、前述のγ−δ軸と、ｄ軸に対してγ軸のなす角度∠Φ０との関係等を示している。
【００５３】
ここで、電機子鎖交磁束Φの大きさ｜Φ｜と角度∠Φ０とを推定する好適な一手法について説明する。｜Φ｜と∠Φ０とを推定する際、まず、（１）式とｄ−ｑ軸上におけるｄ軸電圧ｖｄと電機子鎖交磁束Φのｑ軸成分Φｑとの関係式である（９）式とに基づいてΦｄ，Φｑを求め、求められたΦｄ，Φｑから（１０）式に基づいて｜Φ｜を、（１１）式に基づいて角度∠Φ０を演算する。
【数９】
2014222954.tif 000011
【数１０】
2014222954.tif 000012
【数１１】
2014222954.tif 000013
ただし、図５の構成では、ｄ軸上の電圧ｖｄの実際の値が不明であるため、ｄ軸上の電圧ｖｄの代わりに後述の電流指令生成部２３ａから出力されるｄ−ｑ軸上の電圧指令におけるｄ軸電圧指令ｖｄ＊を用いて（９）式の演算を行う。
【００５４】
電流指令生成部２３ａは、トルク指令をτ＊に基づいて、γ−δ軸上の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊を生成する。図７は、図５に示す電流指令生成部２３ａの構成の一例を示す構成図である。
【００５５】
回転子の界磁を構成する永久磁石を有する同期機３である場合、トルクτとδ軸上の電流ｉδとの関係式が、電機子鎖交磁束Φを用いて（１２）式で表されることから、同一のトルクτを発生させることの可能なδ軸上の電流指令ｉδ＊と磁束指令Φ＊の組み合わせ（Φ＊，ｉδ＊）が無数に存在することが知られている。また、電機子鎖交磁束Φとδ軸電流ｉδ各々を直接制御することで、温度変化によって永久磁石に熱減磁が発生し、永久磁石磁束Φｍが変化しても、トルク制御精度を確保することができる。
【数１２】
2014222954.tif 000014
【００５６】
そこで、電流指令生成部２３ａは、まず、制御指令演算部２３１において、同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ１）と第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）との組である第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）と、前記第１の指令組とは異なる第２のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ２）と第２の磁束指令Φ＊（＝Φ２）との組である第２の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ２，Φ２）とを生成する。具体的には、所定のトルク指令τ＊が入力された場合に、トルク指令τ＊に応じた適切な第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）と第２の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ２，Φ２）を（１２）式の関係に基づいて予め求めておき、該関係をマップあるいは数式等を用いて制御指令演算部２３１に記憶させておく。あるいは、実機実測ベースで同期機３あるいは同期機システム１全体の変換効率が比較的好適となるトルク指令τ＊に応じた適切な第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）と第２の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ２，Φ２）を予め求めておき、該関係をマップあるいは数式等を用いて制御指令演算部２３１に記憶させておいてもよい。さらに、磁束制御部２３２において、電機子鎖交磁束Φを所望の磁束指令Φ＊に一致させるようにγ軸電流ｉγを操作量として制御する。
【００５７】
具体的には、磁束指令Φ＊と磁束推定部２６ａで推定された電機子鎖交磁束の大きさ｜Φ｜との磁束偏差ΔΦが零となるようなγ軸電流指令ｉγ＊を生成する。γ軸電流ｉγは、同期機３の磁化成分である磁化電流であることから、γ軸電流ｉγにより電機子鎖交磁束Φを操作することができる。具体的には、磁化電流の増減量と電機子鎖交磁束Φの増減量は、γ軸方向のインダクタンスＬγを比例係数として比例関係となることから、磁束偏差ΔΦが零となるように調整するための制御器としては、例えば積分器が好適であり、（１３）式に示されるような積分制御演算を用いてγ軸電流指令ｉγ＊を生成する。
【数１３】
2014222954.tif 000015
ここで、Ｋｆは、積分ゲインである。
【００５８】
これにより、電流指令生成部２３ａの構成において、第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）が磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第１のγ軸電流指令ｉγ＊（＝ｉγ１）と第１のδ軸電流指令との組である第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）と、第２の磁束指令が磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）とを生成する。
【００５９】
電圧指令生成部２４ａは、γ−δ軸上の電流ｉγ，ｉδを電流指令ｉγ＊，ｉδ＊に一致させるようにγ−δ軸上の電圧指令ｖγ＊，ｖδ＊を出力した上で、ｖγ＊，ｖδ＊を一旦、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊に座標変換し、さらに、ｖｄ＊，ｖｑ＊を多相（三相）交流電圧指令ｖｕ＊，ｖｕ＊，ｖｗ＊に座標変換を行った上で、電力変換部２５へ出力する。図８は、図５に示す電圧指令生成部２４ａの構成の一例を示す構成図である。
【００６０】
座標変換部２４５は、同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを回転子の位置θとｄ軸に対するγ軸のなす角度∠Φ０とに基づいて、（１４）式の演算によりγ−δ軸上の電流ｉγ，ｉδへ座標変換を行う。
【数１４】
2014222954.tif 000016
【００６１】
電流制御部２４４は、例えば、γ−δ軸上の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊とγ−δ軸上の電流ｉγ，ｉδとの偏差に対して周知の比例積分制御（ＰＩ制御）を行いγ−δ軸上の電圧指令ｖγ＊，ｖδ＊を生成するといった、所謂、電流フィードバック制御を行う。図８には、図示していないが、実施の形態１と同様に、非干渉補償をγ−δ軸上の電圧指令ｖγ＊，ｖδ＊に対してフィードフォワード的に施してもよい。
【００６２】
座標変換部２４６において、ｄ軸に対するγ軸のなす角度∠Φ０に基づいて、（１５）式の演算により一旦、電流制御部２４４から出力されるγ−δ軸上の電圧指令ｖγ＊，ｖδ＊をｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊へ座標変換し、さらに、座標変換部２４７において回転子の位置θに基づいて、（３）式の演算により多相（三相）交流電圧指令ｖｕ＊，ｖｕ＊，ｖｗ＊に変換した上で、電力変換部２５に出力する。
【数１５】
2014222954.tif 000017
【００６３】
次に、電流指令生成部２３ａについて、補足しながら磁石状態推定部２７ａについて説明する。図９は、電流指令生成部２３ａにおけるトルク指令τ＊と磁束指令Φ＊とδ軸電流指令ｉδ＊との関係を示すタイムチャートの一例を示す図である。
【００６４】
同一のトルク指令τ＊（＝τ０）に基づいて、第１のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ１）と第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）との第１の指令組と、第１の指令組とは異なる第２のδ軸電流指令ｉδ＊（＝ｉδ２）と第２の磁束指令Φ＊（＝Φ２）との第２の指令組とを生成し、図９に示すように、第１の指令組と第２の指令組を連続的に与える。第１の磁束指令Φ＊（＝Φ１）が、磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第１のγ軸電流指令ｉγ＊（＝ｉγ１）と第１のδ軸電流指令との組である第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）と、第２の磁束指令が、磁束制御部２３２に入力された場合の出力である第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）の２通りの電流指令条件下で同期機３を駆動させる。
なお、図９においては、磁石温度推定動作前と該推定動作開始直後は、ともに同一の第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）を与えているが、磁石温度推定動作前において、同一のトルク指令τ＊に基づいて生成される該推定動作開始直後とは異なる第３の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ３，Φ３）を与えても差し支えない。
【００６５】
したがって、磁石磁束推定時における定常的な発生トルクを大きく変えることなく、後述の磁石状態推定部２７ａにおいて、同期機３の永久磁石の磁束あるいは温度を推定することができる。
【００６６】
前述したように、一般に電機子巻線の温度変化（の時定数）より、永久磁石の温度変化（の時定数）が小さいことから、永久磁石の温度変化が小さい時間内で２通りの電流指令条件を連続的に与えながら同期機を駆動させることで、永久磁石の温度（磁束）変化がほとんど無いとみなせるようにすることができる。
【００６７】
磁石状態推定部２７ａは、各々の電流指令条件下におけるｄ軸電流ｉｄと磁束推定部２６ａで推定する電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄとから永久磁石の温度または磁束を推定する。この永久磁石の温度または磁束を推定する動作は、前述の実施の形態１と同様のタイミングで行う。該推定において用いるｄ軸電流ｉｄは、同期機３の電機子電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと回転子の位置θに基づいて、（２）式の演算により得ることができる。
【００６８】
第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）を与えた場合のｄ軸電流をｉｄ１１、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分をΦｄ１１、第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）を与えた場合のｄ軸電流をｉｄ２１、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分をΦｄ２１とし、実施の形態１と同様な考え方で、ｄ軸インダクタンスＬｄに該誤差ΔＬｄを有し、かつ、磁気飽和の影響により電流に依存してｄ軸インダクタンスＬｄが変化する場合には、（１６）式の関係が得られる。
【数１６】
2014222954.tif 000018
【００６９】
ここで、Ｌｄ１１は、第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの実際値、Ｌｄ’１１は、該条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値、Ｌｄ２１は、第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの実際値、Ｌｄ’２１は、該条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値である。
【００７０】
（１６）式において未知の値は、ｄ軸インダクタンスＬｄの見積値と実際値との間の誤差ΔＬｄであるため、上下段の式からΔＬｄを消去すると、永久磁石磁束Φｍは、（１７）式から求めることができる。
【数１７】
2014222954.tif 000019
ただし、第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）と第２の指令組ｉδ＊，Φ＊（
＝ｉδ２，Φ２）の設定において両者の設定が近接すると、該指令に応じて流れるｄ軸電流ｉｄ１１とｉｄ２１も近接し、（１７）式の分母が微小となって分子側に誤差が僅かに含まれていると該誤差が増幅されてしまい、永久磁石磁束Φｍの推定精度が劣化する。また、ｉδ＊とΦ＊との比の設定は同期機３あるいは電力変換部２５に依存して決まる電流制限によって制約される。
したがって、第１の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ１，Φ１）と第２の指令組ｉδ＊，Φ＊（＝ｉδ２，Φ２）の設定において、Φ１に対するΦ２の比が０.５から０．８、あるいは、１．２５から２となるような設定にすることが好ましい。
【００７１】
第１の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ１，ｉδ１）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値Ｌｄ’１１と第２の電流指令ｉγ＊，ｉδ＊（＝ｉγ２，ｉδ２）の条件下におけるｄ軸インダクタンスＬｄの見積値Ｌｄ’２１を予め設定しておき、第１の電流指令と第２の電流指令とを電流指令として連続的に与え、２通りの電流指令条件下で同期機３を駆動させながら、該電流指令条件下での、ｄ軸電流と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分とを前述の方法で求めることにより、（１７）式に基づいて、永久磁石磁束Φｍを推定することができる。また、推定した永久磁石磁束Φｍを永久磁石温度Ｔｍａｇに換算することも可能であることは前述した通りである。
【００７２】
なお、図９のタイムチャートに示すように、同一指令を継続して与える場合においても、実際には、電力変換部２５のＰＷＭ制御や同期機３の形状に起因する周知の電流ノイズ、さらには、磁束制御部２３２に起因する外乱によるγ軸電流指令ｉγ＊の変動によってｄ軸電流や電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分等に脈動成分が重畳されるため、これらの電流指令を一定期間与える場合は、ｉｄ１１，Φｄ１１，ｉｄ２１，Φｄ２１に対し、平均化処理あるいはフィルタリング処理を施した上で（１７）式の演算を実施してもよい。
【００７３】
このように、実施の形態２に係る同期機制御装置では、実施の形態１における効果に加え、電機子鎖交磁束からγ軸電流指令を生成させることにより、トルクに直接関係する電機子鎖交磁束とδ軸電流指令とを直接制御できるため、温度変化による永久磁石の熱減磁が生じても、定常的なトルクを大きく変えることなく、永久磁石の磁束または温度を精度よく推定することができるという効果がある。
【００７４】
実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る同期機制御装置における永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う速度帯域を示す図であり、図１１は、実施の形態３に係る同期機制御装置における永久磁石温度（磁束）の推定動作を行う電圧範囲を示す図である。実施の形態３に係る同期機制御装置では、実施の形態１あるいは実施の形態２に示す磁石状態推定部２７，２７ａにおける永久磁石の磁束または温度の推定動作を行う実行範囲を限定するものである。実施の形態３に係る同期機制御装置の構成要素は、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００７５】
磁石状態推定部２７，２７ａにおいて、同期機３の永久磁石の磁束または温度が推定されるまでの一連の流れにおいて、磁束推定部２６，２６ａにて、ｄ−ｑ軸上の（実際の）電圧ｖｄ，ｖｑの代わりにｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を用いた演算を実施している。これは、ｄ−ｑ軸上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊とｄ−ｑ軸上の（実際の）電圧ｖｄ，ｖｑとの間に差異が無いとの前提であるが、実際には、電力変換部２５の電圧出力誤差（例えば、インバータのデッドタイムに起因する電圧誤差等）の影響が、電圧の大きさが小さい領域、あるいは、電圧が低くなる低速度域において生じることがある。
【００７６】
そのことに鑑み、実施の形態３では、磁石状態推定部２７，２７ａによる同期機３の永久磁石の磁束または温度を推定する動作を、回転子の位置θの変化から算出される同期機
３の回転速度ωの絶対値が所定の値以上である場合においてのみ実行する、あるいは、電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｕ＊の大きさが所定の値以上である場合においてのみ実行する構成とするものである。
【００７７】
特に、同期機自身が発生するトルクで加速するような用途の場合に、速度零から通電を開始してトルクを発生させる動作において、温度上昇による永久磁石の減磁の影響が生じる前に、電力変換部２５の電圧出力精度の影響を受け易い速度帯域を超えることも多く、この場合には、低速域で永久磁石の温度（磁束）を推定する必要性が小さいため、永久磁石の温度（磁束）の推定動作を、同期機３の回転速度ωの絶対値が所定の値以上である場合においてのみ実行することが効果的である。
【００７８】
図１０は、永久磁石の磁束または温度の推定動作を行う速度帯域を示す図であり、電圧精度の影響が懸念される所定の速度ω１以下（負速度を考慮すると−ω１〜ω１の範囲）、すなわち｜ω｜＜ω１の条件では、磁石状態推定部２７，２７ａによる同期機３の永久磁石の温度（磁束）の推定動作を行わないようにする。
【００７９】
また、電力変換部２５の電圧出力誤差の影響を小さくする視点から、同期機３の回転速度ωではなく、電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｕ＊の大きさ｜Ｖ｜に基づく方法でもよい。ただし、本発明において、電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｕ＊の大きさ｜Ｖ｜とは、（１８）式で定義（電圧振幅に相当）される例を示すが、必ずしも（１８）式に従わなくとも、電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｕ＊の大きさ（振幅あるいは実効値）を求めてもよい。
【数１８】
2014222954.tif 000020
【００８０】
図１１は、永久磁石の磁束または温度の推定動作を行う電圧範囲を示す図であり、電圧精度の影響が懸念される所定の電圧の大きさＶ１以下、すなわち｜Ｖ｜＜Ｖ１の条件では、磁石状態推定部２７，２７ａによる同期機３の永久磁石の温度（磁束）の推定動作を行わないようにする。 
【００８１】
これにより、電力変換部２５の電圧出力精度がより高くなる、すなわち、高い速度帯域あるいは高い電圧範囲においてのみ永久磁石温度（磁束）の推定を行う動作が実行されるため、推定精度を高めることができる効果がある。
【００８２】
このように、実施の形態３に係る同期機制御装置では、実施の形態１あるいは実施の形態２における効果に加え、電力変換部の電圧出力精度がより高くなる速度帯域のみ永久磁石磁束または温度を推定する動作を実行することで、電圧指令に基づいて同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部における推定精度が高い場合においてのみ永久磁石の磁束または温度を推定する動作が実行されることから、高い精度で推定できるという効果がある。
【００８３】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。実施の形態１に係る同期機制御装置２との相違点は、実施の形態４に係る同期機制御装置２００では、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａ
ｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに応じて、電流指令生成部２３ｂにおいて同期機３に対するトルク指令τ＊を制限し、制限されたトルク指令τ０＊に基づいてｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊が生成される構成となっている点である。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００８４】
前述した通り、界磁が永久磁石により構成される回転子を有する同期機３、電力変換部２５を有する同期機制御装置２にて制御する際、同期機３の電機子巻線への通電等に起因する温度上昇に伴い、界磁の永久磁石の磁化の強さ、即ち磁束が減少する「減磁」と呼ばれる現象が発生し、更に許容温度を超えると温度が常温に下がっても磁束が減磁発生前の状態に戻らない「不可逆減磁」と呼ばれる現象が発生する。このため、少なくとも永久磁石の温度を不可逆減磁が発生する許容温度以下に抑制するように制御しなくてはならない。特に、同期機３の発生トルクが大きくなると、永久磁石の温度が上昇し易くなる。
【００８５】
特に、実施の形態２において、実施の形態４の機能を付加した場合、前述した通り、γ軸電流ｉγは同期機３の電機子鎖交磁束Φを操作する磁化電流に相当し、温度上昇に伴う永久磁石の減磁（ΔΦｍａｇ分の磁石磁束の低下）が発生すると、磁束指令Φ＊が減磁前と同一ならば、減磁の分の磁石磁束をγ軸電流ｉγの増加によって補うように作用する。したがって、γ軸電流ｉγが増加するに従い、同期機３の電機子電流（実効値）も増加するため、同期機３で発生する熱（例えば、電機子巻線の抵抗で発生する熱など）によって永久磁石を含む同期機３の全体の温度も上昇し、永久磁石の減磁がより進行する可能性もある。
【００８６】
そこで、同期機３の温度が上昇した際、更なる温度上昇と同期機３の電機子電流の上限超過を抑制するために、磁石状態推定部２７，２７ａから出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに基づいて永久磁石の温度上昇を判断し、Φｍａｇ（または、Ｔｍａｇ）に応じてトルク指令τ＊を制限することで、間接的にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊、または、δ軸電流指令ｉδ＊と磁束指令Φ＊の組における各々のΦ＊，ｉδ＊の大きさ（絶対値）を小さくし、電機子電流（実効値）の増加を抑制するような構成とする。磁石状態推定部２７，２７ａによる推定値Φｍａｇ（または、Ｔｍａｇ）とトルク指令の制限値τ０＊との相関は、駆動条件や同期機３の熱容量や冷却性能、さらには、電力変換部２５の性能に応じて設定される。
【００８７】
磁石状態推定部２７，２７ａによる推定値Φｍａｇがある値以下になる、あるいは、Ｔｍａｇがある所定の温度を超えると永久磁石温度が不可逆減磁に至る温度に漸近したと判断して、トルク指令τ＊を下げるように制限する、極端には、「０」にする等の処理を施した上で、（制限後の）トルク指令τ０＊を出力するといった形態にする。
【００８８】
なお、実施の形態２に対し、制御指令演算部２３１において、磁石状態推定部２７ａから出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに応じて同期機３に対するトルク指令τ＊を制限し、制限されたトルク指令τ０＊に基づいてδ軸電流指令ｉδ＊と磁束指令Φ＊とを生成する構成としてもよい。
【００８９】
このように、実施の形態４に係る同期機制御装置では、実施の形態１あるいは実施の形態２における効果に加え、同期機の永久磁石の温度上昇時に、トルク指令を制限することで、更なる温度上昇を抑制するように、電機子電流（実効値）の増加分を制限でき、不可逆減磁を防止することができるという効果がある。
【００９０】
実施の形態５．
実施の形態５に係る同期機制御装置における磁石状態推定部は、実施の形態１から実施の形態４に示した磁石状態推定部２７，２７ａと異なり、同期機３の永久磁石の磁束また
は温度を推定する際に、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄも合わせて推定し、推定された該誤差ΔＬｄを記憶しておく機能を有する構成としたものである。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００９１】
実施の形態１〜４において、（７）式あるいは（１７）式に基づいて、永久磁石磁束Φｍを推定すると、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄと永久磁石磁束Φｍとが既知となるため、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄを求めることができ、合わせてｄ軸インダクタンスＬｄの実際値も求めることができる。例えば、実施の形態１において、第１の電流指令（ｉｄ＊，ｉｑ＊）＝（ｉｄ１，ｉｑ１）を与えた場合の該条件下におけるｄ軸電流ｉｄ１０、電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φｄ１０、ｄ軸インダクタンスＬｄの見積値Ｌｄ’１０と推定した永久磁石磁束Φｍとの関係から、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄを（１９）式により求めることができる。
【数１９】
2014222954.tif 000021
【００９２】
勿論、実施の形態１において第２の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊（＝ｉｄ２，ｉｑ２）を与えた場合の該条件下における各値を用いたり、あるいは実施の形態２において、第１あるいは第２の電流指令を与えた場合の該条件下における各値を用いたりしても同様にｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄを求めることができる。
【００９３】
磁石状態推定部２７において、永久磁石の磁束または温度を推定する際に(１９)式に基づいて、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄを推定し、記憶しておく。改めて、永久磁石の磁束または温度を推定する際、記憶しておいた誤差ΔＬｄを用いることにより、同一のトルク指令に基づいて、第１の電流指令と、第１の電流指令とは異なる第２の電流指令といった２パターンの電流指令を与えなくても、（６）式あるいは（１６）式の関係において永久磁石磁束Φｍａｇのみが未知となることから、トルク指令τ＊に応じて生成する１組の電流指令のみで永久磁石の磁束または温度を推定することができる。
【００９４】
したがって、改めて、永久磁石の磁束または温度の推定をする際に、電流指令の与え方が２組から１組となり、永久磁石の磁束または温度の推定にかかる時間を短縮することができる。
【００９５】
また、ｄ軸インダクタンスＬｄの誤差ΔＬｄとｄ軸インダクタンスＬｄの見積値とから、ｄ軸インダクタンスＬｄの実際値も合わせて求められることを利用して、ｄ軸電流、ｑ軸電流とｄ軸インダクタンスＬｄ（見積値）との相関関係が前述のように記憶されている場合には、該見積値を求められた実際値に置き換えるような構成としてもよい。
【００９６】
このように、実施の形態５に係る同期機制御装置では、実施の形態１から実施の形態４における効果に加え、永久磁石の磁束または温度を推定する際に、合わせてｄ軸インダクタンスの誤差を推定し記憶させることで、改めて、永久磁石の磁束または温度の推定をする際に、１組の電流指令を与えた場合の条件下において、永久磁石の磁束または温度の推定を行うことができ、該推定にかかる時間を短縮できるという効果がある。
【００９７】
実施の形態６．
図１３は、実施の形態６に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。実施の形態１に係る同期機制御装置２との相違点は、実施の形態６に係る同期機制御装置２０００においては、同期機３を冷却する冷却部５を備えており、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに応じて冷却部５を制御する構成となっている点である。他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００９８】
冷却部５は、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに基づいて、同期機３の温度上昇を検知し、例えば、所定の温度閾値を超えた場合に冷却器を起動させ、同期機３の温度を下げるようにする。具体的な例として、冷却器は冷却ファンを備えたもので、温度が上昇した場合に、同期機３に送風する送風量を増加させるように冷却ファンの回転数を上げる制御を行う構成とする。
【００９９】
また、冷却部５の他の例として、同期機３の筐体部に水路を形成し、該水路に水などの液体を通すことで同期機３を冷却するような、周知のラジエータと循環ポンプとを組み合わせた構成とし、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに基づいて、循環ポンプの流量を可変に調整する制御を行う構成としてもよい。
【０１００】
なお、実施の形態６において追加した冷却部５をはじめとする構成は、実施の形態２から実施の形態５においても適用することが可能である。
【０１０１】
このように、実施の形態６に係る同期機制御装置では、実施の形態１から実施の形態５における効果に加え、同期機を適切に冷却できることから、同期機全体あるいは同期機の永久磁石の温度上昇を抑制し、同期機全体の劣化や永久磁石の不可逆減磁を防止することができるという効果がある。
【０１０２】
実施の形態７．
図１４は、実施の形態７に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。実施の形態１あるいは実施の形態２に係る同期機制御装置２、２０との相違点は、実施の形態４に係る同期機制御装置２００００では、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに応じて、電流指令生成部２３ｃにおいて同期機３に対するトルク指令τ＊に基づいて生成される電流指令を同期機３の回転速度の絶対値を減少させるような指令に設定し、同期機３を減速させる構成となっている点である。他の構成要素は、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【０１０３】
これは、同期機３の温度上昇に伴って永久磁石の減磁がさらに進行することを抑制するために、磁石状態推定部２７，２７ａから出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに基づいて永久磁石の温度上昇を判断し、Φｍａｇ（または、Ｔｍａｇ）に応じてトルク指令τ＊に基づいて生成される電流指令を同期機３の回転速度の絶対値を減少させるような指令に設定し、同期機３を減速させることによって、回転速度（の絶対値）の大きさと相関のある同期機３で発生する鉄損（渦電流損）を減少させて鉄損（渦電流損）による同期機３の温度上昇を抑制することが目的である。
【０１０４】
該電流指令を生成する一例として、電流指令生成部２３ｃに入力されているトルク指令τ＊を所定の負値に変更する、あるいは、同期機システム１の上位のシステムからトルク指令τ＊として所定の負値が電流指令生成部２３ｃに入力されるように、上記のシステムに対して要求することで、所定の負値のトルク指令τ＊が電流指令生成部２３ｃに入力され、電流指令が生成される。このことにより、間接的にｄ−ｑ軸上の電流指令ｉｄ＊，ｉｑ＊、または、δ軸電流指令ｉδ＊と磁束指令Φ＊との組が回生運転状態となる指令に変更され、同期機３が減速する。
【０１０５】
磁石状態推定部２７，２７ａによる推定値Φｍａｇ（または、Ｔｍａｇ）と同期機３を減速させることの可能なトルク指令τ０＊との相関は、駆動条件や同期機３の熱容量や冷却性能、さらには、電力変換部２５の性能に応じて設定される。
【０１０６】
このように、実施の形態７に係る同期機制御装置では、実施の形態１あるいは実施の形態２における効果に加え、同期機の永久磁石の温度上昇時に、同期機３の回転速度の絶対値を減少させるような指令に設定し、同期機３を減速させることで、同期機３で発生する鉄損（渦電流損）を減少させて鉄損（渦電流損）による温度上昇を抑制し、不可逆減磁を防止することができるという効果がある。
【０１０７】
なお、上記実施の形態の説明において、定期的に磁束あるいは温度を推定する場合における電流指令と動作について述べたが、通常時は、１組の電流指令により同期機を駆動させればよく、常時２組の電流指令を出す必要はない。
【０１０８】
また、上記実施の形態の説明では、同期機として同期電動機を想定して述べたが、永久磁石を用いた同期発電機や同期交流機であっても、同様の効果を期待することができる。
【０１０９】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【０１１０】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【０１１１】
１  同期機システム、２，２０，２００，２０００，２００００  同期機制御装置、３  同期機、４  電源、５  冷却部、２１  位置検出部、２１ａ  位置推定部、２２  電流検出部、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  電流指令生成部、２４，２４ａ  電圧指令生成部、２５  電力変換部、２６，２６ａ  磁束推定部、２７，２７ａ  磁石状態推定部、２３１  制御指令演算部、２３２  磁束制御部、２４１，２４４  電流制御部、２４２，２４３，２４５，２４６，２４７  座標変換部。
【図１】
2014222954.tif 000022
【図２】
2014222954.tif 000023
【図３】
2014222954.tif 000024
【図４】
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【図５】
2014222954.tif 000026
【図６】
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【図７】
2014222954.tif 000028
【図８】
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【図９】
2014222954.tif 000030
【図１０】
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【図１１】
2014222954.tif 000032
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年7月15日(2014.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、
トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、
前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、
前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、
前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、
前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、を備え、
前記直交二軸座標は、回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標であり、
前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいて第１のｄ軸電流指令と第１のｑ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のｄ軸電流指令と第２のｑ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項２】
界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、
トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、
前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、
前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、
前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、
前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、を備え、
前記直交二軸座標は、前記磁束推定部にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、該γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸（γ−δ軸）座標であり、
前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいてδ軸電流指令及び電機子鎖交磁束指令を出す制御指令演算部と、前記電機子鎖交磁束指令及び前記磁束推定部にて推定された前記電機子鎖交磁束に基づいてγ軸電流指令を出力する磁束制御部と、を備え、
第１のγ軸電流指令と第１のδ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とする同期機制御装置。
【請求項３】
前記磁石状態推定部による前記永久磁石の磁束または温度の推定を、前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度の絶対値が所定の値以上である場合においてのみ実行させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期機制御装置。
【請求項４】
前記磁石状態推定部による前記永久磁石の磁束または温度の推定を、前記電圧指令の大きさが所定の値以上である場合においてのみ実行させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期機制御装置。
【請求項５】
前記電流指令生成部は、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて、前記電流指令を制限することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項６】
前記電流指令生成部は、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて、前記同期機の回転速度の絶対値を減少させる電流指令を生成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項７】
前記磁石状態推定部は、前記永久磁石の磁束または温度を推定するとともに、前記同期機のインダクタンスの見積値と実際値との誤差を推定し記憶しておくことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【請求項８】
前記同期機を冷却する冷却部を備え、前記磁石状態推定部から出力される前記永久磁石の磁束または温度に応じて前記冷却部を制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の同期機制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第一の同期機制御装置は、界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、を備え、前記直交二軸座標は、回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標であり、前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいて第１のｄ軸電流指令と第１のｑ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のｄ軸電流指令と第２のｑ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とするものである。
また、本発明の第二の同期機制御装置は、界磁が永久磁石により形成される回転子を有する同期機の前記回転子の位置を検出あるいは推定する位置同定部、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出部、トルク指令に基づいて直交二軸座標上に座標変換された第１及び第２の電流指令を生成する電流指令生成部、前記第１及び第２の電流指令と前記回転子の位置及び前記電機子電流とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成部、前記電圧指令に基づいて前記同期機に出力する電力変換部、前記回転子の位置の変化から算出される前記同期機の回転速度と前記電圧指令及び前記電機子電流とに基づいて前記同期機の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定部、前記回転子の位置と前記電機子電流及び前記電機子鎖交磁束から前記永久磁石の磁束または温度を推定する磁石状態推定部、を備え、前記直交二軸座標は、前記磁束推定部にて推定される前記電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、該γ軸の直交方向をδ軸とした直交二軸（γ−δ軸）座標であり、前記電流指令生成部は、前記トルク指令に基づいてδ軸電流指令及び電機子鎖交磁束指令を出す制御指令演算部と、前記電機子鎖交磁束指令及び前記磁束推定部にて推定された前記電機子鎖交磁束に基づいてγ軸電流指令を出力する磁束制御部と、を備え、第１のγ軸電流指令と第１のδ軸電流指令との組である前記第１の電流指令と、第２のγ軸電流指令と第２のδ軸電流指令との組である前記第２の電流指令と、を生成することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
ここで、電機子鎖交磁束Φの大きさ｜Φ｜と角度∠Φ０とを推定する好適な一手法について説明する。｜Φ｜と∠Φ０とを推定する際、まず、（４）式とｄ−ｑ軸上におけるｄ軸電圧ｖｄと電機子鎖交磁束Φのｑ軸成分Φｑとの関係式である（９）式とに基づいてΦｄ，Φｑを求め、求められたΦｄ，Φｑから（１０）式に基づいて｜Φ｜を、（１１）式に基づいて角度∠Φ０を演算する。
【数９】
2014222954.tif 000036
【数１０】
2014222954.tif 000037
【数１１】
2014222954.tif 000038
ただし、図５の構成では、ｄ軸上の電圧ｖｄの実際の値が不明であるため、ｄ軸上の電圧ｖｄの代わりに後述の電流指令生成部２３ａから出力されるｄ−ｑ軸上の電圧指令におけるｄ軸電圧指令ｖｄ＊を用いて（９）式の演算を行う。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
実施の形態７．
図１４は、実施の形態７に係る同期機制御装置及び同期機を含めた同期機システムの全体を示す図である。実施の形態１あるいは実施の形態２に係る同期機制御装置２、２０との相違点は、実施の形態７に係る同期機制御装置２００００では、磁石状態推定部２７から出力される永久磁石磁束Φｍａｇまたは永久磁石温度Ｔｍａｇに応じて、電流指令生成部２３ｃにおいて同期機３に対するトルク指令τ＊に基づいて生成される電流指令を同期機３の回転速度の絶対値を減少させるような指令に設定し、同期機３を減速させる構成となっている点である。他の構成要素は、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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