(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、
前記相短絡部によって前記三相端子を短絡させて前記永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れるｄ軸電流、前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れるｑ軸電流、および前記永久磁石式同期機の磁気特性に基づいて、前記永久磁石の磁石状態を推定する制御装置。
【請求項２】
前記永久磁石式同期機の磁気特性は、前記永久磁石式同期機のインダクタンスに対応した磁気特性である請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、
前記相短絡部によって前記三相端子を短絡させて前記永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、
前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れる前記ｄ軸電流、予め設定されたｄ軸インダクタンス、前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れる前記ｑ軸電流、および予め設定されたｑ軸インダクタンスに基づいて、前記永久磁石の磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値を算出する制御装置。
【請求項４】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、
前記相短絡部によって前記三相端子を短絡させて前記永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、
前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れる前記ｄ軸電流、ｄ軸磁束、前記三相短絡運転時に前記永久磁石式同期機に流れる前記ｑ軸電流、およびｑ軸磁束に基づいて、前記永久磁石の磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値を算出する制御装置。
【請求項５】
前記三相短絡運転時には、予め設定された基準磁石温度、前記基準磁石温度において予め設定された基準磁石磁束、および磁石温度の単位変化あたりにおいて予め設定された前記磁石磁束の変化率を用いて、前記磁石磁束推定値に基づいて、さらに前記磁石状態として前記磁石温度の磁石温度推定値を算出する請求項３または請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記三相短絡運転時には、予め設定された温度推定マップを用いて、前記ｄ軸電流、前記ｑ軸電流および前記磁石磁束推定値に基づいて、さらに前記磁石状態として磁石温度の磁石温度推定値を算出する請求項３または請求項４に記載の制御装置。
【請求項７】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、
前記相短絡部によって前記三相端子を短絡させて前記永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、
前記永久磁石式同期機の三相端子を短絡させ前記永久磁石式同期機の回転速度を変化させた時のｄ軸電流およびｑ軸電流の軌跡であって予め設定された三相短絡電流軌跡を用いて、前記三相短絡運転時の前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流、並びに前記三相短絡電流軌跡に対応する磁石磁束基準値に基づいて、前記永久磁石の磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値を算出する制御装置。
【請求項８】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、
前記相短絡部によって前記三相端子を短絡させて前記永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、
前記永久磁石式同期機の三相端子を短絡させ前記永久磁石式同期機の回転速度を変化させた時のｄ軸電流およびｑ軸電流の軌跡であって予め設定された三相短絡電流軌跡を用いて、前記三相短絡運転時の前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流、並びに前記三相短絡電流軌跡に対応する磁石温度基準値に基づいて、前記永久磁石の磁石状態として磁石温度の磁石温度推定値を算出する制御装置。
【請求項９】
永久磁石を有する永久磁石式同期機の運転中において前記永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる三相短絡ステップと、
前記三相短絡ステップで前記三相端子が短絡された場合に、前記永久磁石式同期機のｄ軸電流およびｑ軸電流を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出された前記ｄ軸電流および前記ｑ軸電流、並びに前記永久磁石式同期機の磁気特性に基づいて、前記永久磁石の磁石状態を推定する磁石状態推定ステップと、をプロセッサが実行する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石式同期機の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を有するモータにおいて高負荷運転を継続する場合、モータの温度上昇による永久磁石の過熱から、永久磁石が保護されることが重要である。磁石温度が過度に上昇すると、永久磁石の磁力が不可逆的に減少し、磁石温度が常温に戻っても、磁力が元に戻らない。このため、同一電流を通流した場合に同期機から得られるトルクが、磁力が元に戻らなかった分だけ減少してしまう。このような事態をさけるため、モータの温度上昇による過熱から永久磁石が保護される必要がある。【０００３】
永久磁石を過熱から保護する方法は、いかなる運転状況であっても永久磁石が過熱しないように放熱に予め余裕を持たせて設計する方法と、磁石温度を検知して加熱時には運転負荷を緩めたり冷却器を作動させたりして運転制御する方法とに大別される。
さらに、運転制御する方法において、磁石温度を検知する方法は、温度センサまたは磁石温度に応じて変動する磁束を検出するセンサを別途設置して磁石温度を検知するものと、モータの運転時の電流や電圧などから磁石温度を推定するものとに大別される。【０００４】
また、モータの運転時の電流や電圧などから磁石温度を推定する方法において、磁石温度が上昇しやすい運転の例としては、モータが大電流による大トルクで高速回転される状況以外に、モータが三相短絡運転される状況が挙げられる。ここで、三相短絡運転とは、モータの三相端子を仮想的に短絡させる運転である。
三相短絡運転時における従来の磁石温度推定手法としては、三相短絡状態における電流検出値をｄ軸座標およびｑ軸座標の値に変換し、変換されたｄ軸電流と所定のｄ軸インダクタンスとから誘起電圧定数を求め、その誘起電圧定数から磁石温度に換算する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
なお、参考として、三相短絡運転以外の状況で磁石温度を推定する手法として、下記の２つの手法がある。【０００６】
第１の手法としては、磁束基本波と高調波の比率が、基準時とくらべてどう変わったかという情報に基いて、磁石温度を推定するものである（例えば、特許文献２参照）。【０００７】
第２の手法としては、実際の電圧と、制御器内部で所持するモータモデルから計算した電圧とのずれから、磁石磁束や磁石温度を推定するものである。（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２８０１４１
【特許文献２】特開２０１４−００７８５１
【特許文献３】特開２００１−１８６８００
【特許文献４】特開２００５−１９２３２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
永久磁石を過熱から保護するため、いかなる運転状況であっても永久磁石が過熱しないように放熱に予め余裕を持たせて設計する方法においては、モータや放熱器の容量を大きくせざるを得ず、永久磁石式同期機であるモータの小型化や軽量化が困難であるという課題があった。
また、温度センサ（あるいは、磁石温度に応じて変化する磁束を検出するセンサ）を設置して磁石温度を検知する場合、設置するセンサに応じたスペースを必要とし、設置場所の制約を受けるため、永久磁石式同期機であるモータまたは制御装置の小型化や軽量化が困難であるという課題があった。【００１０】
特許文献１に示された従来の制御装置においては、三相短絡運転時の磁石温度推定に使用する電流値としてｄ軸電流のみを用いているが、回転速度が低い場合にはｑ軸電流が流れるために、誘起電圧の推定精度が低いという課題があった。【００１１】
また、特許文献２に示された三相短絡運転以外の状況で磁石温度を推定する第１の手法においては、電流高調波による磁束高調波と、磁石温度変化による磁束高調波の区別をつけがたく、磁石温度の推定精度が低いという課題があった。【００１２】
また、特許文献３に示された三相短絡運転以外の状況で磁石温度を推定する第２の手法においては、磁石温度と巻線温度が同一と仮定することで、推定値を一意に決定しているが、実際には磁石温度と巻線温度が異なることが通常である。
特許文献４に示された三相短絡運転以外の状況で磁石温度を推定する第２の手法においては、磁石温度が巻線温度のα倍という関係を仮定することで、推定値を一意に決定しているが、αの値を正確に決定する方法については記載されていない。環境温度やモータの駆動状態によって、αの値は時々刻々と変化するのが通常であるため、予めαの値を設定した場合には推定精度の劣化が起こる。
特許文献３および特許文献４のいずれにおいても、電圧のずれが、磁石磁束や磁束変化によるものか、それとも、巻線の温度変化による巻線抵抗変化によるものかを区別しがたく、磁石磁束の推定精度が低いという課題があった。【００１３】
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたものであり、温度センサや磁束センサなどの別段のセンサ類を必要とせず永久磁石式同期機または制御装置の小型化を可能とし、三相短絡運転時において磁石磁束または磁石温度をｄ軸電流のみを用いる場合よりも高い精度で推定することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る制御装置は、永久磁石を有する永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる相短絡部を備え、相短絡部によって三相端子を短絡させて永久磁石式同期機を運転する三相短絡運転時には、三相短絡運転時に永久磁石式同期機に流れるｄ軸電流、三相短絡時に永久磁石式同期機に流れるｑ軸電流、および永久磁石式同期機の磁気特性に基づいて、永久磁石の磁石状態を推定するものである。
【００１５】
また、この発明に係る制御方法は、永久磁石を有する永久磁石式同期機の運転中において永久磁石式同期機の三相端子を短絡させる三相短絡ステップと、三相短絡ステップで三相端子が短絡された場合に、永久磁石式同期機のｄ軸電流およびｑ軸電流を検出する検出ステップと、検出ステップで検出されたｄ軸電流およびｑ軸電流、並びに前記永久磁石式同期機の磁気特性に基づいて、永久磁石の磁石状態を推定する磁石状態推定ステップとをプロセッサが実行するものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように構成された制御装置および制御方法は、三相短絡運転時において、別段の温度センサ等を必要とせず永久磁石式同期機または制御装置の小型化を可能とし、ｄ軸電流のみを用いる場合よりも、磁石磁束または磁石温度を精度よく推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る制御装置を備える同期機システムのハードウエア構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る制御装置、および永久磁石式同期機の全体の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る制御装置における電圧出力器およびドライバ回路の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る制御装置に用いられるｄ軸インダクタンスＬｄの設定例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る制御装置に用いられるｑ軸インダクタンスＬｑの設定例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る制御装置に用いられる磁石温度の単位変化あたりの磁石磁束の変化率の設定例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る制御装置における磁石状態推定部の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る制御方法におけるフロー図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の例を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の近似曲線のパラメータの例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る制御装置において三相短絡電流軌跡を用いて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに基づいて磁石磁束推定値を得るための説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る制御装置における三相短絡電流軌跡を用いて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに基づいて磁石温度推定値を得るための説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る制御装置に用いられる磁石磁束を表す残留磁束密度の温度依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１に係る制御装置を備える同期機システムのハードウエア構成を示す図である。
図１において、同期機システム２００は、上位のコントローラ１０２と、制御装置１と、永久磁石式同期機１０と、回転角度検出器１１とを備える。
制御装置１は、ハードウエアとして、プロセッサ１００と、記憶装置１０１と、電圧出力器４と、電流検出器５とを備える。
【００１９】
記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、記憶装置１０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置とを具備してもよい。
【００２０】
プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。記憶装置１０１が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ１００に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果等のデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
図１におけるハードウエアの構成要素間におけるデータ等の入出力については、後述する。
【００２１】
図２は、この発明を実施するための実施の形態１に係る制御装置、および永久磁石式同期機の全体の構成を示す図である。図２を用いて、本実施の形態にかかる制御装置１の構成を説明する。制御装置１は、電流制御器２と、ｄｑ／ｕｖｗ変換器３と、電圧出力器４と、電流検出器５と、ｕｖｗ／ｄｑ変換器６と、回転速度算出器７と、磁石状態推定部８と、加算減算器１２と、ドライバ回路４１とを備えている。制御装置１は、図示していない上位のコントローラ１０２からのｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊および三相短絡指令、並びに永久磁石式同期機１０に設置された回転角度検出器１１から得られる回転角度θを入力とし、永久磁石式同期機１０に入力され三相電圧指令に相当する電圧、および磁石状態を出力としている。なお、制御装置１は、上位のコントローラ１０２からトルク指令などを入力としてもよい。この場合、制御装置１は、トルク指令などをｄ軸電流指令ｉｄ＊およびｑ軸電流指令ｉｑ＊に換算する。
【００２２】
永久磁石式同期機１０は、図示していないが、三相電圧指令に相当する電圧によって生じる三相電流が流れる巻線を有する固定子と、永久磁石によって形成され回転軸に対して周方向に交互に配置された異なる磁極を有する回転子とを備えている。回転角度検出器１１は、永久磁石式同期機１０の回転子に設置されており、回転子の回転角度θを検出する。
【００２３】
電流制御器２は、制御装置１の外部の装置（例えば、図示していない上位のコントローラ１０２）によって与えられるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを、加算減算器１２によってｄ軸電流指令ｉｄ＊、ｑ軸電流指令ｉｑ＊から減算したものと、永久磁石式同期機１０の回転子の回転速度ωとを受け取る。そして、電流制御器２は、これらの入力を受けて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊を出力する。ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊は、永久磁石式同期機１０に流れるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをｄ軸電流指令ｉｄ＊およびｑ軸電流指令ｉｑ＊に追従させる値に設定される。
【００２４】
ｄｑ／ｕｖｗ変換器３は、永久磁石式同期機１０の回転子における周方向を示すθに基づいて、周知の座標変換の手法を用いて、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊を三相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換する。
【００２５】
ドライバ回路４１は、三相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊または三相短絡指令を受け取り、後述するスイッチング素子を駆動するスイッチング信号を電圧出力器４に送る。
【００２６】
電圧出力器４は、前記スイッチング信号を受けて、三相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に相当する電圧を出力するとともに、図示していない上位のコントローラ１０２から三相短絡指令を受け取った場合に、電圧出力器４の後述するスイッチング素子を導通させることにより永久磁石式同期機１０の三相端子を短絡させる。
【００２７】
電流検出器５は、例えば、電圧出力器４と永久磁石式同期機１０とを接続する導線に設置された抵抗などの電流センサであり、電圧出力器４から永久磁石式同期機１０に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。
【００２８】
ｕｖｗ／ｄｑ変換器６は、周知の座標変換の手法を用いて、電流検出器５で検出された三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに変換する。
【００２９】
回転速度算出器７は、永久磁石式同期機１０に設置された回転角度検出器１１から得られる回転子の回転角度θに基づいて、永久磁石式同期機１０の回転子の回転速度ωを出力する。
【００３０】
磁石状態推定部８は、三相短絡指令の受信時において、ｕｖｗ／ｄｑ変換器６から得られるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに基づいて、永久磁石式同期機１０の磁石状態を推定する。
ここで、磁石状態とは、永久磁石の磁石温度や磁石磁束を指す。また、磁石状態は、磁石磁束とほぼ等価である誘起電圧定数やトルク定数を含む。
【００３１】
また、図２の電流制御器２、ｄｑ／ｕｖｗ変換器３、ｕｖｗ／ｄｑ変換器６、回転速度算出器７、磁石状態推定部８、加算減算器１２およびドライバ回路４１は、記憶装置１０１に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ１００、または図示していないシステムＬＳＩ等の処理回路により実現される。また、複数のプロセッサ１００および複数の記憶装置１０１が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ１００および複数の記憶装置１０１と、複数の処理回路との組み合わせにより連携して上記機能を実行してもよい。
【００３２】
図３は、本実施の形態に係る制御装置における電圧出力器およびドライバ回路の構成を示す図である。図３には、本実施例の電圧出力器４の具体的な構成例が示されている。電圧出力器４には、バッテリ等の電源５２から直流電力が供給されている。電圧出力器４は、図３に示すように、６個のスイッチング素子４２〜４７を有する三相ブリッジ回路を具備している。ドライバ回路４１は、スイッチング素子４２〜４７を駆動するスイッチング信号を送る。
【００３３】
電圧出力器４の三相ブリッジ回路は、それぞれ、例えばＭＯＳＦＥＴのような６個のスイッチング素子４２〜４７を用いたブリッジで構成されている。三相ブリッジ回路では、スイッチング素子４２、４５が直列接続され、スイッチング素子４３、４６が直列接続され、スイッチング素子４４、４７が直列接続されて、さらにこの３組のスイッチング素子が並列に接続されている。
【００３４】
また、下側の３つのスイッチング素子４５、４６、４７のＧＮＤ５４（グランド）側には、図示していないがそれぞれシャント抵抗が電流検出器５として１つずつ接続されていてもよい。これらのシャント抵抗は、電圧出力器４から永久磁石式同期機１０に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出に用いられる。なお、シャント抵抗は、３個の例を示したが、２個のシャント抵抗であってもよいし、１個のシャント抵抗であっても電流検出は可能であり、そのような構成であってもよい。
【００３５】
ただし、電流検出器５として１個のシャント抵抗が用いられる場合であっても、通常のいわゆる１シャント方式とは異なり、スイッチング素子４５、４６、４７のＧＮＤ５４側が電気的に接続された接続部分５３とＧＮＤ５４との間に、１個のシャント抵抗が設置されることはない。このように設置された１個のシャント抵抗は、三相短絡時の電流を検出できないためである。よって、１個のシャント抵抗が用いられる場合であっても、スイッチング素子４５、４６、４７のいずれかのＧＮＤ５４側と接続部分５３との間にシャント抵抗が設置される必要がある。
また、電流検出器５として１個のシャント抵抗が用いられる場合において、図示していないが、電流検出器５は、位相同期回路であるＰＬＬ等によって電流位相を検出し、三相電流が概ね平衡しているという仮定に基づいて、三相電流を推定する。
【００３６】
三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、スイッチング素子４２とスイッチング素子４５との間からバスバー等を通じて永久磁石式同期機１０のＵ相端子５１−１へ、スイッチング素子４３とスイッチング素子４６との間からバスバー等を通じて永久磁石式同期機１０のＶ相端子５１−２へ、スイッチング素子４４とスイッチング素子４７との間からバスバー等を通じて永久磁石式同期機１０のＷ相端子５１−３へそれぞれ流れて永久磁石式同期機１０に供給される。
【００３７】
また、これらのバスバー等には、カレントトランス等を１つずつ接続してもよい。これらのカレントトランス等は、電圧出力器４から永久磁石式同期機１０に流れる三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出に用いられる。最も好適な実施の形態として、図２には、３個のカレントトランスと周辺アンプ回路から構成される電流検出器５を示している。
なお、カレントトランスは２個でもよい。この場合、電流検出器５は、三相電流の和がゼロであることを用いて残りの１相の電流値を得る。
また、カレントトランスは１個でもよい。この場合、電流検出器５は、前述と同様に電流位相検出と三相電流が概ね平衡しているとの仮定とから、三相電流を得る。
あるいは、コスト的な観点から、カレントトランスに代えて、バスバー等に直列にシャント抵抗を接続してもよい。
【００３８】
ドライバ回路４１は、ＰＷＭ回路４９と、相短絡部５０とを有している。
ＰＷＭ回路４９は、三相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に相当する電圧に応じてスイッチング素子４２〜４７をスイッチングさせる波形からなるスイッチング信号を、スイッチング素子４２〜４７に送る。
【００３９】
相短絡部５０は、図示されない上位のコントローラ１０２から三相短絡指令を受け取った場合に、スイッチング素子４２〜４７のうち特定のグループのみを導通させる三相短絡スイッチング信号をスイッチング素子４２〜４７に送る。三相短絡スイッチング信号としては、上アーム導通による三相短絡スイッチング信号と、下アーム導通による三相短絡スイッチング信号とがある。上アーム導通による三相短絡スイッチング信号とは、スイッチング素子４２〜４４を導通させ、スイッチング素子４５〜４７を導通させない信号を指す。下アーム導通による三相短絡スイッチング信号とは、スイッチング素子４５〜４７を導通させ、スイッチング素子４２〜４４を導通させない信号を指す。
また、電流検出器５として、スイッチング素子４５、４６、４７のＧＮＤ５４側に置いたシャント抵抗を用いる場合、必ず下アーム導通による三相短絡スイッチング信号を出力する必要がある。
また、電流検出器５として、前述のバスバー等に接続されるカレントトランス等による構成とした場合、上アーム導通と下アーム導通とのいずれであっても差し支えない。
【００４０】
三相短絡スイッチング信号を受けたスイッチング素子４２〜４４および４５〜４７のいずれかが導通されることによって、永久磁石式同期機１０の三相端子であるＵ相端子５１−１、Ｖ相端子５１−２およびＷ相端子５１−３がそれぞれ短絡される。すなわち、相短絡部５０は、永久磁石式同期機１０の三相端子であるＵ相端子５１−１、Ｖ相端子５１−２およびＷ相端子５１−３を短絡させる。
【００４１】
磁石状態推定部８は、ｕｖｗ／ｄｑ変換器６から得られたｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、予め設定されたｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑとを用いて、下記の数式に基づいて磁石状態としての磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを演算する。
【００４２】
【数１】
0005980456.tif 000002
【００４３】
図４は、本実施の形態に係る制御装置に用いられるｄ軸インダクタンスＬｄの設定例を示す図である。図４の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図４の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表し、図４の高さ軸は、ｄ軸インダクタンスＬｄを表している。図５は、本実施の形態に係る制御装置に用いられるｑ軸インダクタンスＬｑの設定例を示す図である。図５の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図５の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表し、図５の高さ軸は、ｑ軸インダクタンスＬｑを表している。予め設定されるｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑは、一定の値ではなく、図４および図５に示すように、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに応じたマップとして設定してもよい。これらの設定値は、制御装置１の駆動対象である永久磁石式同期機１０によって異なる。
【００４４】
また、磁石状態推定部８は、式（１）の代替的な計算方法として、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑを陽に用いることなく、直接ｄ軸磁束Φｄおよびｑ軸磁束Φｑを用いてもよい。具体的には、磁石状態推定部８は、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑから、ｄ軸磁束Φｄおよびｑ軸磁束Φｑをマップによって求め、下記の数式に基づいて磁石磁束推定値ΦＰＭを演算してもよい。
【００４５】
【数２】
0005980456.tif 000003
【００４６】
さらに、式（２）の演算に加えて、磁石状態推定部８が、その内部で演算した磁石磁束推定値ΦＰＭから、磁石温度推定値ＴＰＭを演算する方法を以下に述べる。
図６は、本実施の形態に係る制御装置に用いられる磁石温度の単位変化あたりの磁石磁束の変化率の設定例を示す図である。図６の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図６の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表し、図６の高さ軸は、磁石温度の単位変化あたりの磁石磁束の変化率を表している。磁石状態推定部８は、式（２）で演算した磁石磁束推定値ΦＰＭから、さらに下記の数式に基づいて磁石状態としての磁石温度の磁石温度推定値ＴＰＭを演算する。
【００４７】
【数３】
0005980456.tif 000004
【００４８】
ここで、ΦＰＭ０は、予め設定される基準磁石磁束を示し、基準磁石温度ＴＰＭ０における磁石磁束に相当する値である。ｋは、磁石温度の単位変化あたりの磁石磁束の変化率を示し、予め設定される値である。ただし、ｋは、一定の値として設定される必要はなく、図６に示すように、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑに応じたマップとして設定してもよい。ｋの設定値は、制御装置１の駆動対象である永久磁石式同期機１０によって異なる。
【００４９】
図７は、本実施の形態に係る制御装置における磁石状態推定部の構成を示す図である。ｋをマップで求めてから式（３）に基づいて磁石温度推定値ＴＰＭを計算する代わりに、図７の磁石状態推定部８に示すように、式（１）および式（２）に基づいて求めた磁石磁束推定値ΦＰＭ、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに基づいて、直接に磁石温度推定値ＴＰＭを得ることもできる。
【００５０】
図７の磁石状態推定部８による磁石温度推定の動作を説明する。図７において、ｑ軸磁束マップ８１は、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑからｑ軸磁束Φｑを求める。ｄ軸磁束マップ８２は、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑからｄ軸磁束Φｄを求める。乗算除算器８３は、ｑ軸磁束Φｑをｄ軸電流ｉｄで除し、ｑ軸電流ｉｑを乗じる。減算器８４は、乗算除算器８３の出力値の符号を反転させたものと、ｄ軸磁束マップ８２の出力値の符号を反転させたものとを足し合わせる。減算器８４の出力値は、式（２）に示す磁石磁束推定値ΦＰＭと等価である。
【００５１】
温度推定マップ８５では、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび減算器８４の出力値である磁石磁束推定値ΦＰＭから、磁石温度推定値ＴＰＭが求められる。温度推定マップ８５は、式（３）に相当するものである。一方で、式（３）のｋおよびΦＰＭ０が、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに応じて若干変化する場合があることから、温度推定マップ８５は、これらの変化を考慮した上でマップとして実装されたものである。
スイッチ８６は、三相短絡指令が有効の場合のみ磁石温度推定値ＴＰＭを出力する。
【００５２】
図８は、本実施の形態に係る制御方法におけるフロー図である。図８において、本実施の形態に係る制御方法では、永久磁石式同期機１０の運転が開始された後から永久磁石式同期機１０の運転が終了するまでの間に、三相短絡ステップＳ３０１と、検出ステップＳ３０２と、磁石状態推定ステップＳ３０３とをプロセッサ１００が順に実行する。
【００５３】
まず、三相短絡ステップＳ３０１では、永久磁石式同期機１０の三相端子であるＵ相端子５１−１、Ｖ相端子５１−２およびＷ相端子５１−３をそれぞれ短絡させる。
次に、検出ステップＳ３０２では、永久磁石式同期機１０のｄ軸特性としてｄ軸電流ｉｄ、およびｑ軸特性としてｑ軸電流ｉｑを検出する。
最後に、磁石状態推定ステップＳ３０３では、検出ステップＳ３０２で検出されたｄ軸特性であるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸特性であるｑ軸電流ｉｑに基づいて、式（１）、または式（２）を用いて、永久磁石の磁石状態としての磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを推定する。また、検出ステップＳ３０２で検出されたｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに基づいて、式（３）、図６、または図７を用いて、永久磁石の磁石状態としての磁石温度の磁石温度推定値ＴＰＭを推定する。
【００５４】
したがって、本実施の形態に係る制御装置１は、相短絡部５０によって三相端子５１−１〜５１−３を短絡させて永久磁石式同期機１０を運転する三相短絡運転時には、ｄ軸電流ｉｄ、予め設定されたｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび予め設定されたｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを算出する。
すなわち、三相短絡運転時には、ｄ軸電流ｉｄおよび予め設定されたｄ軸インダクタンスＬｄであるｄ軸特性、並びにｑ軸電流ｉｑおよび予め設定されたｑ軸インダクタンスＬｑであるｑ軸特性に基づいて、永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態を推定する。
【００５５】
この構成によって、別段の温度センサ等を必要とせず永久磁石式同期機または制御装置の小型化を可能とし、ｑ軸電流ｉｑが流れる場合であっても、ｄ軸電流ｉｄのみを用いる場合よりも、磁石磁束を精度よく推定することが可能となる。また、放熱設計に余裕が少ない小型化した永久磁石式同期機であっても、永久磁石を過熱から保護することが可能となる。
【００５６】
一般に、三相短絡時において、永久磁石式同期機の巻線の温度上昇などにより、巻線抵抗が変化すると、ｄ軸電流もまた変化する。このため、ｄ軸電流のみを用いる場合、磁石温度の変化によりｄ軸電流が変化したのか、あるいは、巻線抵抗の変化によりｄ軸電流が変化したのかを区別することが通例は困難である。これが可能となるのは、巻線抵抗の変化によるｄ軸電流の変化が十分小さくなる場合である。具体的には、高回転速度（永久磁石式同期機の特性によるので一概には言えないが、実験に用いた永久磁石式同期機の場合、約２０００ｒｐｍ以上）で回転している場合のみである。
【００５７】
一方、本実施の形態の構成のように、ｑ軸電流も用いることにより、巻線抵抗の変化による電流変化と磁石状態の変化による電流変化とを区別して、ｄ軸電流を用いる場合よりも、より低回転速度（永久磁石式同期機の特性によるので一概には言えないが、実験に用いた永久磁石式同期機の場合、約３００ｒｐｍ以上）で精度よく磁石状態を推定することが可能となる。
【００５８】
ところで、モータの回転を停止させるために制動動作をする場合、回転方向とは逆の方向のトルクが発生するように駆動するが、ある一定以下の回転速度にまで減速すると、モータの三相を短絡させることで制動のためのトルクを発生させる場合がある。このようなとき、本実施の形態に係る制御装置１は、三相短絡で制動トルクを発生させるような低回転速度の場合でも、磁石状態の十分な推定精度を得ることができる。
【００５９】
あるいは、例えば、自動車用オルタネータのように、動力源につながれることで発電をする場合、動力源の回転速度（例えば、車速に応じたエンジンの回転速度）から同期機の運転中の回転速度も決まるのが通例である。このようなとき、中程度の回転速度（例えば１０００ｒｐｍ）でも永久磁石の過熱を招く場合があるために、磁石状態を推定し続ける必要がある。
ｄ軸電流のみで推定した場合は、中程度の回転速度で磁石状態の十分な推定精度が得られないため、このような運転状態において磁石状態を推定できないという欠点があった。このため、中程度の回転速度では永久磁石が過熱しないような放熱設計とする必要があり、例えば永久磁石式同期機の体格が大きくなるという欠点があった。
【００６０】
本実施の形態に係る制御装置１は、中程度の回転速度の場合でも、磁石状態の十分な推定精度を得ることができる。そして、磁石状態の推定精度が向上した分、放熱設計に余裕ができ、例えば永久磁石式同期機の体格を小さくすることが可能となるという利点がある。
【００６１】
また、本実施の形態に係る制御装置１は、三相短絡運転時には、ｄ軸電流ｉｄ、ｄ軸磁束Φｄ、ｑ軸電流ｉｑおよびｑ軸磁束Φｑに基づいて、永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを算出する。
すなわち、三相短絡運転時には、ｄ軸電流ｉｄおよびｄ軸磁束Φｄであるｄ軸特性、並びにｑ軸電流ｉｑおよびｑ軸磁束Φｑであるｑ軸特性に基づいて、永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態を推定する。
【００６２】
この構成によっても、予め設定されたｄ軸インダクタンスＬｄおよび予め設定されたｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、磁石磁束推定値ΦＰＭを推定した前述の場合と同様の効果を奏する。
また、式（２）のように磁石磁束を陽に用いることによって、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑの磁気飽和による変化を考慮することができるため、大きな電流が流れる場合であっても、磁石磁束を精度よく推定することが可能となる。
【００６３】
また、本実施の形態に係る制御装置１は、三相短絡運転時には、予め設定された基準磁石温度ＴＰＭ０、基準磁石温度ＴＰＭ０において予め設定された基準磁石磁束ΦＰＭ０、および磁石温度の単位変化あたりにおいて予め設定された磁石磁束の変化率ｋを用いて、磁石磁束推定値ΦＰＭに基づいて、さらに永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態として磁石温度の磁石温度推定値ＴＰＭを算出する。
【００６４】
この構成によって、別段の温度センサ等を必要とせず永久磁石式同期機または制御装置の小型化を可能とし、ｑ軸電流ｉｑが流れる場合であっても、ｄ軸電流ｉｄのみを用いる場合よりも、磁石磁束に加えてさらに磁石温度を精度よく推定することが可能となる。また、放熱設計に余裕が少ない小型化した永久磁石式同期機であっても、永久磁石を過熱から保護することが可能となる。
また、流す電流の大きさが同一であっても、磁石温度により永久磁石式同期機１０のトルクや発電量が変動する。このトルクや発電量の変動を磁石温度推定値ＴＰＭで補正することが可能となる。
【００６５】
また、本実施の形態に係る制御装置１は、三相短絡運転時には、予め設定された温度推定マップ８５を用いて、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび磁石磁束推定値ΦＰＭに基づいて、さらに永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態として磁石温度の磁石温度推定値ＴＰＭを算出する。
【００６６】
この構成によっても、予め設定された基準磁石温度ＴＰＭ０、基準磁石温度ＴＰＭ０において予め設定された基準磁石磁束ΦＰＭ０、および磁石温度の単位変化あたりにおいて予め設定された磁石磁束の変化率ｋを用いて、磁石磁束推定値ΦＰＭに基づいて、磁石温度推定値ＴＰＭを算出した前述の場合と同様の効果を奏する。
この構成が必要となるのは、磁石温度の単位変化あたりの磁石磁束の変化率ｋが一定でなく、補正する必要が生じた場合である。
また、磁石温度および磁石磁束が、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに対して非線形となる場合も温度推定マップ８５によって考慮することができるため、磁石温度推定値ＴＰＭの精度が向上する。
【００６７】
実施の形態２．
図９は、この発明を実施するための実施の形態２に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の例を示す図である。図９の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図９の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表している。本実施の形態に係る制御装置１は、以下に述べる点で実施の形態１と異なる。本実施の形態における磁石状態推定部８は、ｕｖｗ／ｄｑ変換器６から得られたｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび予め設定された三相短絡電流軌跡に基づいて、磁石状態を演算する。
【００６８】
ここで、三相短絡電流軌跡とは、制御装置１の駆動対象である永久磁石式同期機１０の三相端子５１−１〜５１−３を短絡させた状態において、永久磁石式同期機１０の回転子を外部より回転させ、回転速度をゆっくりと変化させた時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをｄｑ軸座標平面に描いた軌跡を指す。すなわち、回転速度毎に異なるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの定常値によって構成される曲線を指す。三相短絡電流軌跡は、永久磁石式同期機１０の磁石状態の違いによって異なる軌跡となる。
【００６９】
図９において、実測した三相短絡電流軌跡の例として、磁石温度が２８℃の場合における三相短絡電流軌跡７１と、磁石温度が５７℃の場合における三相短絡電流軌跡７２が示されている。永久磁石式同期機１０の三相端子５１−１〜５１−３を短絡させた状態において、永久磁石式同期機１０の回転子を外部から回転させると、静止時にはｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが流れないが、回転子の回転速度が増すにつれて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの絶対値が大きくなっていく。回転速度を変化させた時のこれらのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをｄｑ軸座標平面上にプロットしたものが図９である。
【００７０】
図９に示すように、三相短絡電流軌跡７２のｑ軸電流ｉｑの絶対値は、同じｄ軸電流ｉｄにおける三相短絡電流軌跡７１のｑ軸電流ｉｑの絶対値よりも小さく、三相短絡電流軌跡７１および７２の形状は、磁石温度により異なる形状となる。これは、磁石温度の変化により永久磁石の磁石磁束が変化し、磁石磁束の回転によって誘起される電圧もまた変化するため、流れるｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが異なってくるためである。
【００７１】
図１０は、本実施の形態に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の例を示す図である。図１０の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図１０の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表している。図１０において、細線で示される三相短絡電流軌跡７１は、磁石温度２８℃において回転速度を変化させながら記録したものである。図１０において太線で示される三相短絡電流軌跡７３は、回転速度７００［ｒｐｍ］で一定速度にしたまま巻線の温度を上昇させることで巻線抵抗を漸増させた時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをプロットしたものである。図１０において、三相短絡電流軌跡７１および７３の両方が重なっている。
【００７２】
三相短絡電流軌跡７１の特筆すべき特徴として、永久磁石式同期機１０の巻線抵抗などの電気的な抵抗が変化しても、三相短絡電流軌跡７１の形状が変化しない点がある。図１０は、この特徴を実験的に確認したものである。
巻線抵抗が上昇した状態での三相短絡電流軌跡７１は、巻線抵抗が小さい状態での三相短絡電流軌跡７１と重なる。さらに詳述すると、巻線抵抗が上昇した状態での三相短絡電流軌跡７１のうち、より高回転速度で回転した場合における点が、巻線抵抗が小さい状態での三相短絡電流軌跡７１のうち、より低回転速度で回転した場合における点と重なる。具体的には、巻線抵抗をＲ、回転子の回転速度をωとすると、三相短絡電流軌跡７１のうち、Ｒ÷ωが等しい点同士が重なる。
図１０において、三相短絡電流軌跡７１および７３の両方が重なることから、巻線抵抗が変化しても、三相短絡電流軌跡７１の形状が変化しないことの傍証となっている。
【００７３】
続いて、磁石状態推定部８における三相短絡電流軌跡の設定内容を説明する。
図１１は、本実施の形態に係る制御装置における三相短絡電流軌跡の近似曲線のパラメータの例を示す図である。
測定された三相短絡電流軌跡の形状を曲線近似するため、曲線近似された近似曲線のパラメータを設定する。具体的には、例えば、パラメータｐ１〜ｐ５、ｑ１〜ｑ４、ｍ、ｓの１１個の定数値を設定して、三相短絡電流軌跡の形状を下記の有理関数によって曲線近似する。
【００７４】
【数４】
0005980456.tif 000005
【００７５】
ただし、式（４）のＸは正規化されたｄ軸電流ｉｄを指し、下記の数式で与えられる。
【００７６】
【数５】
0005980456.tif 000006
【００７７】
設定した１１個のパラメータの具体的数値例が図１１に示されている。図１１における高温側のパラメータは、磁石温度が高温の５７℃の時に取得された三相短絡電流軌跡に対応する近似パラメータである。図１１における低温側のパラメータは、磁石温度が低温の２８℃の時に取得した三相短絡電流軌跡に対応する近似パラメータである。高温側のパラメータは、図９における三相短絡電流軌跡７２に対応する。低温側のパラメータは、図９における三相短絡電流軌跡７１に対応する。
【００７８】
続いて、磁石状態推定部８が、予め設定された三相短絡電流軌跡を用いて、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑとに基づいて、磁石状態を推定する手法について説明する。
図１２は、本実施の形態に係る制御装置において三相短絡電流軌跡を用いて、ｄｑ軸電流値に基づいて磁石磁束推定値を得るための説明図である。図１２の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図１２の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表している。図１２において、三相短絡運転時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをプロットした点をＡとする。この時、原点ＯからＡに向けて半直線ＯＡを引き、半直線ＯＡが予め設定された三相短絡電流軌跡７４と交わる点をＢとする。このとき、三相短絡運転時の磁石磁束推定値ΦＰＭと三相短絡電流軌跡７４を取得した時の磁石磁束ΦＰＭ，Ｂとの比は、ＯＡとＯＢとの長さの比に等しい。よって、三相短絡運転時の磁石磁束推定値ΦＰＭは、三相短絡電流軌跡７４を取得した時のＢに対応する磁石磁束の値、すなわち三相短絡電流軌跡７４に対応する磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂを、ＯＢの長さで除してＯＡの長さを乗じることで求まる。
【００７９】
なお、磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂは、三相短絡電流軌跡７４を取得した時の磁石磁束を指し、予め設定される値であるのが望ましい。この設定値としては、駆動対象となる永久磁石式同期機１０の設計値を用いる。設計値を利用できない場合は、無負荷誘起電圧試験（同期機の回転子を外部から与えたトルクにより機械的に回転させ、その際の誘起電圧から磁石磁束を測定する試験）などの手法によって、別途測定した値が設定される。
また、三相短絡電流軌跡に対応する磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂは、予め設定された値に限らず、実施の形態１における式（１）または式（２）によって算出された磁石磁束推定値ΦＰＭであってもよい。
【００８０】
次に磁石温度を推定する手法について説明する。前述において求めた磁石磁束推定値ΦＰＭと、実施の形態１に記載の方法とを用いて、磁石温度すなわち磁石温度推定値を算出できる。例えば実施の形態１の式（３）において、磁石磁束推定値ΦＰＭには図１２における三相短絡運転時の磁石磁束推定値ΦＰＭを、基準磁石磁束ΦＰＭ０には図１２における三相短絡電流軌跡７４に対応する磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂを、基準磁石温度ＴＰＭ０には図１２における後述する三相短絡電流軌跡７４に対応して予め設定された磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｂを当てはめることによって、点Ａの三相短絡運転時の磁石温度推定値ＴＰＭを算出できる。
したがって、１つの三相短絡電流軌跡に対応する磁石温度基準値に基づいて、磁石温度推定値ＴＰＭを推定できる。
【００８１】
また以降では、本実施の形態に特有の２つ以上の三相短絡電流軌跡を用いて磁石温度を推定する手法について、図１３を参照して説明する。
図１３は、本実施の形態に係る制御装置における三相短絡電流軌跡を用いて、ｄ軸電流およびｑ軸電流に基づいて磁石温度推定値を得るための説明図である。図１３の横軸は、ｄ軸電流ｉｄを表し、図１３の縦軸は、ｑ軸電流ｉｑを表している。図１３において、三相短絡運転時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをプロットした点をＡとする。この時、原点ＯからＡに向けて半直線ＯＡを引き、半直線ＯＡが予め設定された高温側の三相短絡電流軌跡７６と交わる点をＢとし、予め設定された低温側の三相短絡電流軌跡７５と交わる点をＣとする。このとき、線分ＡＢの長さと線分ＡＣの長さとの比が、三相短絡運転時の磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａから低温側の三相短絡電流軌跡７５を取得した時の磁石温度ＴＰＭ，Ｃを引いた差と、高温側の三相短絡電流軌跡７６を取得した時の磁石温度ＴＰＭ，Ｂから三相短絡運転時の磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを引いた差との比に対応する。ただし、点Ａが点Ｂより原点Ｏに近い場合は、線分ＡＢの長さを負とし、点Ａが点Ｃより原点Ｏから遠い場合は、線分ＡＣの長さを負とする。上述の内容を用いて点Ａの磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを計算するには、例えば下記の数式を計算すればよい。
【００８２】
【数６】
0005980456.tif 000007
【００８３】
ここで、ＴＰＭ，Ｂは、高温側の三相短絡電流軌跡７６を取得したときの磁石温度、すなわち三相短絡電流軌跡７６に対応して予め設定された磁石温度基準値を示す。ＴＰＭ，Ｃは、低温側の三相短絡電流軌跡７５を取得した時の磁石温度、すなわち三相短絡電流軌跡７５に対応して予め設定された磁石温度基準値を示す。ｉｄ，Ｂは点Ｂのｄ軸電流、ｉｄ，Ｃは点Ｃのｄ軸電流、ｉｄは三相短絡運転時のｄ軸電流を示す。なお、式（６）のｉｄ，Ｂ、ｉｄ，Ｃ、ｉｄに代えて、点Ｂのｑ軸電流ｉｑ，Ｂ、点Ｃのｑ軸電流ｉｑ，Ｃ、三相短絡運転時のｑ軸電流ｉｑを用いても良い。
また、三相短絡電流軌跡７５、７６に対応する磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｂ、ＴＰＭ，Ｃは、予め設定された値に限らず、実施の形態１における式（３）または図７によって算出された磁石温度推定値ＴＰＭであってもよい。
【００８４】
また、実施の形態１の式（３）と１つの三相短絡電流軌跡とを用いて磁石温度推定値ＴＰＭを推定する場合には、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、磁石磁束との関係の非線形性、すなわち磁束飽和の影響を考慮できない場合がある。
一方、２つの三相短絡電流軌跡７５，７６を用いて磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを推定する場合には、２つの三相短絡電流軌跡７５，７６が、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、磁石磁束との関係の非線形性、すなわち磁束飽和の影響を含んだ軌跡であるため、磁束飽和の影響を考慮して磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを推定できる。
したがって、１つの三相短絡電流軌跡を用いて磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを推定する場合よりも、２つの三相短絡電流軌跡を用いた場合において、磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａの推定精度が向上する。
【００８５】
また、三相短絡電流軌跡に対応する磁石温度基準値の個数は、上述のように２つである場合に限らず、２つ以上すなわち複数である場合でも、磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを算出することが可能である。
例えば、３つの磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｂ、ＴＰＭ，Ｃ、ＴＰＭ，Ｄが予め設定されており、三相短絡運転時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑをプロットした点をＡとした場合を想定する。点Ａが点Ｂおよび点Ｃとの間にある場合、すなわち点Ａのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが、点Ｂのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、点Ｃのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑとの間にある場合には、２つの磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｂ、ＴＰＭ，Ｃを用いて磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを式（６）によって推定する。
また、点Ａが点Ｃおよび点Ｄとの間にある場合、すなわち点Ａのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑが、点Ｃのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑと、点Ｄのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑとの間にある場合には、２つの磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｃ、ＴＰＭ，Ｄを用いて磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを式（６）によって推定する（式（６）の添字ＢがＣに、添字ＣがＤに置き換えられる）。
【００８６】
したがって、複数の三相短絡電流軌跡のそれぞれに対応する磁石温度基準値の場合でも、磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを推定できる。
さらに、２つの三相短絡電流軌跡の場合よりも磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａの推定精度が向上する。推定精度が向上する理由としては、磁石磁束（および磁石磁束によって決まる三相短絡電流軌跡）と磁石温度との間の関係の非線形性が補正されるためである。
【００８７】
図１４は、本実施の形態に係る制御装置に用いられる磁石磁束を表す残留磁束密度の温度依存性を示す図である。図１４の横軸は、磁石温度を表し、図１４の縦軸は、代表的な材質の永久磁石の残留磁束密度の実測値を表している。図１４に示すように、当該磁石では、特に高温になるほど磁石磁束密度と磁石温度との関係が線形ではなくなるが、３つ以上の三相短絡電流軌跡を用いることで、磁石磁束密度と磁石温度との関係の非線形性を補正することが可能となる。
【００８８】
続いて、式（４）によって近似された三相短絡電流軌跡と、原点から三相短絡運転時のｄ軸電流およびｑ軸電流をプロットした点に伸ばした半直線との交点を求めるための演算内容について以下に記す。
磁石状態推定部８は、Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｈｓｏｎ法による繰り返し計算によって演算を行う。具体的には、磁石状態推定部８は、下記の数式による演算を繰り返す。
【００８９】
【数７】
0005980456.tif 000008
【００９０】
【数８】
0005980456.tif 000009
【００９１】
ここで、式（７）中の記号は、式（８）で与えられ、ｉｄ，０は三相短絡運転時のｄ軸電流、ｉｑ，０は三相短絡運転時のｑ軸電流を示す。
【００９２】
磁石状態推定部８は、Ｘの変化がほぼゼロになると、式（７）の繰り返し計算を終了させる。なお、前記の繰り返し計算の回数を５回と固定してもよい。
また、Ｘの初期値は、下記の数式で決定される。
【００９３】
【数９】
0005980456.tif 000010
【００９４】
ここで、ｉｄ，ｍｉｎは三相短絡電流軌跡の中で最小となるｄ軸電流を示す。
なお、三相短絡電流軌跡７１〜７６を、実測に限らず、解析で求めても良い。
【００９５】
したがって、本実施の形態に係る制御装置１は、予め設定された三相短絡電流軌跡７４を用いて、三相短絡運転時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ、並びに三相短絡電流軌跡に対応するｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂに基づいて、磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを算出する。
すなわち、三相短絡運転時には、ｄ軸電流ｉｄであるｄ軸特性、およびｑ軸電流ｉｑであるｑ軸特性に基づいて、永久磁石式同期機１０の永久磁石の磁石状態を推定する。
【００９６】
この構成によって、本実施の形態に係る制御装置１は、ｄ軸電流ｉｄ、予め設定されたｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸電流ｉｑおよび予め設定されたｑ軸インダクタンスＬｑに基づいて、磁石磁束推定値ΦＰＭを算出する実施の形態１の場合と同様の効果を奏する。
さらに、三相短絡電流軌跡の事前測定という比較的簡易な事前準備にもかかわらず、磁束変化の非線形性を考慮して磁石状態として磁石磁束を推定することができるため、実施の形態１よりも高精度に磁石磁束を推定することが可能となる。
【００９７】
また、本実施の形態に係る制御装置１は、予め設定された三相短絡電流軌跡７５，７６を用いて、三相短絡運転時のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ、並びに三相短絡電流軌跡７５，７６に対応する磁石温度基準値ＴＰＭ，Ｂ、ＴＰＭ，Ｃに基づいて、磁石状態として磁石温度の磁石温度推定値ＴＰＭ，Ａを算出する。
【００９８】
この構成によっても、本実施の形態に係る制御装置１は、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、予め設定された三相短絡電流軌跡７４、および三相短絡電流軌跡７４に対応する磁石磁束基準値ΦＰＭ，Ｂを用いて、磁石状態として磁石磁束の磁石磁束推定値ΦＰＭを算出する前述の場合と同様の効果を奏する。
さらに、三相短絡電流軌跡の事前測定という比較的簡易な事前準備にもかかわらず、磁束変化の非線形性を考慮して磁石状態としての磁石温度を推定することができるため、実施の形態１よりも高精度に磁石温度を推定することが可能となる。
また、流す電流の大きさが同一であっても、磁石温度により永久磁石式同期機１０のトルクや発電量が変動する。このトルクや発電量の変動を磁石温度推定値ＴＰＭ，Aで補正することが可能となる。
【符号の説明】
【００９９】
１  制御装置、２  電流制御器、３  ｄｑ／ｕｖｗ変換器、４  電圧出力器、５  電流検出器、６  ｕｖｗ／ｄｑ変換器、７  回転速度算出器、８  磁石状態推定部、１０  永久磁石式同期機、１１  回転角度検出器、１２  加算減算器、４１  ドライバ回路、４２〜４７  スイッチング素子、４９  ＰＷＭ回路、５０  相短絡部、５１−１  Ｕ相端子、５１−２  Ｖ相端子、５１−３  Ｗ相端子、５２  電源、５３  接続部分、５４  ＧＮＤ、７１〜７６  三相短絡電流軌跡、８１  ｑ軸磁束マップ、８２  ｄ軸磁束マップ、８３  乗算除算器、８４  減算器、８５  温度推定マップ、８６  スイッチ、１００  プロセッサ、１０１  記憶装置、１０２  上位のコントローラ、２００  同期機システム、Ｓ３０１  三相短絡ステップ、Ｓ３０２  検出ステップ、Ｓ３０３  磁石状態推定ステップ。
【要約】
従来の制御装置では、三相短絡運転時の磁石温度推定において、回転速度が低い場合にはｑ軸電流が流れるために、誘起電圧の推定精度が低いという課題があった。この発明は、三相短絡運転時において磁石磁束または磁石温度をｄ軸電流のみを用いる場合よりも高い精度で推定することを目的とするものである。制御装置（１）は、永久磁石を有する永久磁石式同期機（１０）の三相端子（５１−１）〜（５１−３）を短絡させる相短絡部（５０）を備え、相短絡部（５０）によって三相端子（５１−１）〜（５１−３）を短絡させて永久磁石式同期機（１０）を運転する三相短絡運転時には、ｄ軸特性およびｑ軸特性に基づいて、永久磁石の磁石状態を推定するものである。【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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