(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の電機子電流を、前記同期機の電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸とその直交方向であるδ軸の二軸上で制御する同期機制御装置において、
前記γ軸方向の電流指令である磁化電流指令と、前記δ軸方向の電流指令であるトルク電流指令とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成器と、
前記電圧指令に基づいて電源の電圧を変換し、前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段と、
前記同期機の回転子位置を推定あるいは検出する位置検出手段と、
前記回転子位置に基づいて前記同期機の回転速度を演算する速度演算器と、
前記電機子電流と前記電圧指令に基づいて前記同期機の推定電機子鎖交磁束を推定する磁束演算器と、
電機子鎖交磁束指令と前記推定電機子鎖交磁束との差分に基づいて前記磁化電流指令を生成する磁化電流指令生成器と、
トルク指令と前記回転速度と運転目標指令とに基づいて前記電機子鎖交磁束指令と前記トルク電流指令とを生成する制御指令生成器と、を備え、
前記制御指令生成器は、前記トルク指令または前記トルク電流指令に基づいて第１の磁束指令を生成する第１の磁束指令生成器と、
前記トルク指令または前記トルク電流指令と前記回転速度とに基づいて第２の磁束指令を生成する第２の磁束指令生成器と、
前記運転目標指令に基づいて前記第１の磁束指令と前記第２の磁束指令の２つの磁束指令の配分比に相当する配分係数を設定する指令配分設定器と、
前記２つの磁束指令と前記配分係数に基づいて前記電機子鎖交磁束指令を出力する磁束指令調整器と、
前記トルク指令と前記電機子鎖交磁束指令とに基づいて前記トルク電流指令を生成するトルク電流指令生成器と、を備えたことを特徴とする同期機制御装置。
【請求項２】
前記電源の電源電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御指令生成器は、前記回転速度と前記電源電圧とに基づいて前記電機子鎖交磁束指令に制限を加える磁束指令制限器を備えた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】
前記同期機の温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段で検出した前記同期機の温度に基づいて前記運転目標指令を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の同期機制御装置。
【請求項４】
前記電力変換手段の温度を検出する温度検出手段を備え、前記温度検出手段で検出した前記電力変換手段の温度に基づいて前記運転目標指令を生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
【請求項５】
前記電機子電流と前記電圧指令に基づいて前記同期機の抵抗の大きさを推定する抵抗推定器を備え、前記抵抗推定器で推定した前記同期機の抵抗推定値に基づいて前記運転目標指令を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の同期機制御装置。
【請求項６】
前記同期機を永久磁石同期機で構成し、前記磁束演算器は前記同期機の永久磁石の温度を推定し、前記永久磁石の推定温度に基づいて前記運転目標指令を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の同期機制御装置。
【請求項７】
前記永久磁石の推定温度に基づいて前記トルク指令を制限することを特徴とする請求項６に記載の同期機制御装置。
【請求項８】
前記トルク指令に対するトルク指令補償量を前記回転速度と前記推定電機子鎖交磁束とに基づいて演算し、前記トルク指令に前記トルク指令補償量を加減算することを特徴とする請求項１〜７の何れか一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】
この発明は、同期機を回転駆動する電力変換手段を備えた同期機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を有する永久磁石同期電動機や回転子の磁気的突極性を利用してトルクを発生させるリラクタンス電動機等の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、従来は回転子に対して一定の位相方向に電機子電流ベクトルが向くように制御することが広く行われている。例えば、従来の永久磁石同期機では、電機子電流ベクトルを回転子の永久磁石磁束軸と直交する方向に制御し、所望のトルクに比例して電機子電流ベクトルの絶対値を制御することが行われている。また、前記リラクタンス電動機は、電機子電流ベクトルの絶対値と出力トルクとが比例せず、従来の制御方式では高精度なトルク制御が難しいことが知られている。
【０００３】
さらに、永久磁石同期電動機の回転速度が上昇すると、永久磁石磁束による誘起電圧に起因して電機子電圧が上昇し、該誘起電圧がインバータ等の電力変換手段の出力可能な電圧を超えるため、これを防ぐため永久磁石磁束軸方向に弱め電流と呼ばれる負の電機子電流ベクトルを発生させて電機子鎖交磁束を小さくする弱め磁束制御が行われる。ただし、弱め電流が同じでも出力トルクが異なると電機子電圧は変化するため、トルクの大きさに応じて電機子電圧を所望の値に制御することは、従来の制御方式は困難であった。
【０００４】
このような課題の解決を図った同期機制御装置の一例として、トルク指令と磁束指令とから電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流演算器、電機子電流が電力変換手段の電流制限値を越えないよう電機子電流指令の磁化成分である磁化電流指令と前記電流制限値とに基づいて発生可能なトルク電流指令最大値とを発生するトルク電流制限生成器、前記トルク電流指令最大値に基づいてトルク電流指令に制限を加えるリミッタの３つの構成要素とから成るトルク電流指令生成器と、該トルク電流指令生成器からのトルク電流指令に基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、同期機の電機子電流または電機子電流および電機子電圧に基づいて電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器と、磁束指令と前記電機子鎖交磁束とが一致するように磁化電流指令を作成してトルク電流指令生成器に入力する磁束制御器とを備えるものがある。これは、磁束指令と磁化電流指令とを参照しながらトルク電流指令を算出することで電力変換手段の出力電流の制限を考慮するとともに、トルク電流指令を参照しながら磁束指令を算出するので、前記の出力電流制限によるトルク電流指令の変動を反映した好適な磁束指令を生成することを可能とするものである。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
また、同様な制御装置の他の一例として、同期機が所望のトルクと電機子電圧を発生するような電機子鎖交磁束指令とそれに直交する電機子電流（トルク電流）指令を生成する一方、電機子電流に基づいた磁束演算により求められる電機子鎖交磁束が前記電機子鎖交磁束指令と一致するように磁束軸方向の電流（磁化電流）指令を決定した後、トルク電流指令と磁化電流指令から角周波数で回転する回転二軸座標（以下、ｄｑ軸と表記）の電流指令を生成するものがある。これは、同期機のトルクと電流との関係が線形化されることによる制御特性の改善と、端子電圧を直接制御することによって電力変換手段の容量低減を可能とするものである。（例えば、特許文献２参照）
【０００６】
また、同様な制御装置の他の一例として、トルク指令値と電機子鎖交磁束指令値とから、トルクと電機子鎖交磁束とを線形に制御可能な電流指令値を演算する手段を備えた制御装置において、トルク指令値が所定値より小さい場合に鎖交磁束指令値をトルク指令値に対する増加関数とし、トルク指令値が所定値より大きい場合に鎖交磁束指令値を上限値以下の一定値に制限するものがある。これは、同期機のトルクと電流との関係が線形化されることによる制御特性の改善と、鎖交磁束の上限を制限することによる磁気飽和の回避を可能とするものである。（例えば、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４５３１７５１号公報（図１及びその説明）
【特許文献２】特許第３６４０１２０号公報（図３及びその説明）
【特許文献３】特許第３５７０４６７号公報（図５及びその説明）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１においては、電流の大きさが一定の条件の下でトルクが最大となるように、トルク電流指令を参照しながら磁束指令を出力する構成について言及されているが、常に電流の大きさが一定の条件の下でトルクが最大となる条件と、変換効率（同期機あるいは電力変換手段、さらには同期機と電力変換手段のトータルの変換効率）が最大となる条件は同一ではない。より少ない電流で少しでも大きなトルクを得る必要がある用途においては、電流の大きさが一定の条件の下でトルクが最大となるような制御を行うように運転目標を設定することが望ましいが、必ずしも常にこのような制御が望ましいとは限らない。
【０００９】
例えば、冷却能力が低いか、あるいは同期機内部に永久磁石同期機を有する等、同期機の温度上昇が問題となる場合においては、同期機の発熱を抑制するように同期機の変換効率が最大となるような制御、また、同期機の電力変換手段を構成するスイッチング素子の熱耐性を考慮する必要がある場合は電力変換手段の発熱を抑制できるような制御が望ましく、このようなケースに対して柔軟な対応が困難である。
【００１０】
また、前記特許文献２、３においては、磁気飽和と電力変換器の最大出力電圧とを考慮しながらトルク電流と電機子鎖交磁束を直接的に高精度で制御可能ではあるものの、トルク電流指令と磁束指令の生成に関しては、特許文献１と同様に電流の大きさが一定の条件の下でトルクが最大となるように生成するため、特許文献１と同様の課題が生じる。
【００１１】
また、前記変換効率最大等の運転目標は、同期機や電力変換手段等の状態（主に温度）に応じて、時々刻々変化するため、オンラインで状況に応じた運転目標指令を生成する構成が必要である。
【００１２】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、同期機や電力変換手段等の状態（主に温度）に応じて、適切な運転目標指令を生成し、逐次オンラインで同期機の変換効率を考慮した上で運転目標（同期機あるいは電力変換手段の効率最大、発熱最小等）を満足する制御指令（電機子鎖交磁束指令）を生成する同期機制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る同期機制御装置は、同期機の電機子電流を、前記同期機の電機子鎖交磁束の発生方向であるγ軸とその直交方向であるδ軸の二軸上で制御する同期機制御装置において、前記γ軸方向の電流指令である磁化電流指令と、前記δ軸方向の電流指令であるトルク電流指令とに基づいて電圧指令を生成する電圧指令生成器と、前記電圧指令に基づいて電源の電圧を変換し、前記同期機に電圧を印加する電力変換手段と、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段と、前記同期機の回転子位置を推定あるいは検出する位置検出手段と、前記回転子位置に基づいて前記同期機の回転速度を演算する速度演算器と、前記電機子電流と前記電圧指令に基づいて前記同期機の推定電機子鎖交磁束を推定する磁束演算器と、電機子鎖交磁束指令と前記推定電機子鎖交磁束との差分に基づいて前記磁化電流指令を生成する磁化電流指令生成器と、トルク指令と前記回転速度と運転目標指令とに基づいて前記電機子鎖交磁束指令と前記トルク電流指令とを生成する制御指令生成器と、を備え、前記制御指令生成器は、前記トルク指令または前記トルク電流指令に基づいて第１の磁束指令を生成する第１の磁束指令生成器と、前記トルク指令または前記トルク電流指令と前記回転速度とに基づいて第２の磁束指令を生成する第２の磁束指令生成器と、前記運転目標指令に基づいて前記第１の磁束指令と前記第２の磁束指令の２つの磁束指令の配分比に相当する配分係数を設定する指令配分設定器と、前記２つの磁束指令と前記配分係数に基づいて前記電機子鎖交磁束指令を出力する磁束指令調整器と、前記トルク指令と前記電機子鎖交磁束指令とに基づいて前記トルク電流指令を生成するトルク電流指令生成器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る同期機制御装置によれば、同一トルク指令の条件においても同期機や電力変換手段等の状態に応じて、適切な運転目標が変わることを踏まえ、同期機や電力変換手段等の状態に適した運転目標指令を生成した上で、逐次オンラインで同期機の変換効率を考慮した上で運転目標を満足する制御指令を生成し、高効率かつ同期機あるいは電力変換手段の損失と発熱とを効果的に抑制しながら同期機を駆動できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【図２】図１に示す磁束演算器の構成の一例を示す図である。
【図３】図１に示す磁束演算器の構成の他の例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた他の同期機制御システムを示す図である。
【図５】図４に示す磁束演算器の構成を示す図である。
【図６】図１に示す電圧指令生成器の構成の一例を示す図である。
【図７】図１に示す電圧指令生成器の構成の他の例を示す図である。
【図８】図１に示す電圧指令生成器の構成の更に他の例を示す図である。
【図９】図１に示す制御指令生成器の構成の一例を示す図である。
【図１０】位相の定義と、位相とトルクとの関係を示す図である。
【図１１】同期機（主に永久磁石同期機）のベクトル図である。
【図１２】トルク電流指令と磁束指令との関係を説明する図である。
【図１３】図１に示す制御指令生成器の構成の他の例を示す図である。
【図１４】トルク指令と磁束指令との関係を説明する図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【図１６】図１５に示す制御指令生成器の構成の一例を示す図である。
【図１７】図１５に示す制御指令生成器の構成の他の例を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた他の同期機制御システムを示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態４に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態５に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態５に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた他の同期機制御システムを示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態６に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明に係る同期機制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
【００１７】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る同期機制御装置を図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
以下、実施の形態１に係る同期機を駆動する同期機制御装置の構成、および構成要素の機能について説明する。まず、同期機を回転駆動する電力変換手段の出力側から順に説明し、以降、電力変換手段の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて説明する。
【００１８】
実施の形態１に係る同期機１を駆動する同期機制御装置の構成において、電源３から供給される電力を多相交流電力へ変換する機能を有するようなインバータをはじめとする電力変換手段４と同期機１の電機子巻線とが接続され、後述する電圧指令生成器２により得られる電圧指令に基づいて電力変換手段４は同期機１に電圧を印加し、同期機１を駆動する。その結果、同期機１の電機子巻線に出力電流が発生する。なお、電源３は、直流電圧を出力する電源あるいは電池であり、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ものも電源３の実施例として含まれる。
【００１９】
同期機１の出力電流である電機子巻線の電流（以下、電機子電流と表記）は、電流センサをはじめとする電流検出手段５によって検出される。なお、電流検出手段５は、同期機１が三相回転機の場合、同期機１の三相の出力電流の内、全相の出力電流を検出する構成とするか、あるいは１つの相（例えばｗ相）の出力電流ｉｗについては、検出した２つの相の出力電流ｉｕ、ｉｖを用いてｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖの関係から求めるようにして、２つの相の出力電流を検出する構成でも良い。さらに、各相の電流を直接検出する方法以外に、周知の技術である、電源３と電力変換手段４との間を流れるＤＣリンク電流から前記出力電流を検出する方法でも良い。
【００２０】
位置検出手段６は、周知のレゾルバやエンコーダ等を用いて同期機１の回転子位置θを検出する。また、速度演算器７は、検出した回転子位置θに基づいて微分演算を行い、同期機１の回転速度（電気角周波数）ωを算出する。
【００２１】
同期機１の回転子位置θとは、同期機１が永久磁石同期機である場合、ｕ相電機子巻線を基準に取った軸に対する永久磁石のＮ極方向の角度を指し、同期機１の回転速度（電気角周波数）ωで回転する回転二軸座標（以下、ｄｑ軸と表記）のｄ軸は一般的に前記永久磁石のＮ極方向に定め、以下の説明もこれに従う。ｑ軸はｄ軸に対して９０°進んだ直交方向に定める。同期機１が巻線界磁型である場合も同様に、ｕ相電機子巻線を基準に取った軸に対する界磁巻線に電流を通流した時に発生する界磁磁束のＮ極方向の角度を指し、この場合におけるｄ軸は前記界磁磁束のＮ極方向に定める。なお、この実施の形態では、電機子鎖交磁束の発生方向をγ軸、γ軸に対して９０°進んだ直交方向をδ軸とする。
【００２２】
磁束演算器８は、少なくとも電流検出手段５で検出した同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、後述の電圧指令生成器２と座標変換器１１ａとにより得られる電圧指令（三相の場合Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*）に基づいて電機子鎖交磁束の推定値（以下、推定電機子鎖交磁束と表記）、具体的には、推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを推定する。推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとは、ｕ相電機子巻線を基準にした軸に対する推定電機子鎖交磁束の方向（推定γ軸方向）の角度を指す。
【００２３】
図２は、図１に示す磁束演算器８の構成図の一例である。図２において、座標変換器１１ｃは（１）式の演算により、同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転子位置θに基づいてｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑに変換する。
【００２４】
【数１】
0005357232.tif 000002
【００２５】
電流型磁束演算器８１では、ｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑより、推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを算出し、出力する。
【００２６】
界磁（永久磁石）磁束Φｍを有する同期機１において、電流と実電機子鎖交磁束との間に（２）式に示す関係が成立する。
ここで、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）、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）、Φｄは実電機子鎖交磁束のｄ軸成分、Φｑは実電機子鎖交磁束のｑ軸成分、ｐｄ０は推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分、ｐｑ０は推定電機子鎖交磁束のｑ軸成分である。ここでは、（２）式で得られる実電機子鎖交磁束と推定電機子鎖交磁束とがほぼ一致していると仮定する。
【００２７】
【数２】
0005357232.tif 000003
【００２８】
なお、界磁（永久磁石）磁束がない同期機ではΦｍ＝０となる。
【００２９】
電流型磁束演算器８１では、前記仮定の下、（２）式で得られた推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０、該ｑ軸成分ｐｑ０から（３）式と（４）式とに基づいて推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と該位相∠Φとを算出し、出力する。
【００３０】
【数３】
0005357232.tif 000004
【００３１】
【数４】
0005357232.tif 000005
【００３２】
なお、（２）式の演算に用いるｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑは磁気飽和のために同期機１の出力電流により値が変化することが知られており、予め出力電流（例えば、ｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑ）とｄｑ軸インダクタンスとの関係を数式あるいはテーブルの形で記憶しておき、出力電流に応じて変化させることにより、インダクタンス変動による磁束推定の誤差を低減できるような構成にしても良い。勿論、出力電流から直接推定電機子鎖交磁束（ｐｄ０、ｐｑ０）が得られるように予め数式あるいはテーブルの形で記憶しておいても良い。
【００３３】
また、図１において、磁束演算器８の代わりに以下に示す磁束演算器８ａを用いても良い。図３は、磁束演算器８ａの構成図の一例である。磁束演算器８ａは、磁束演算器８における電流型磁束演算器８１の代わりに電圧型磁束演算器８２を有する。
図３において、座標変換器１１ｄは（５）式の演算により、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を回転子位置θに基づいてｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*に変換する。
【００３４】
【数５】
0005357232.tif 000006
【００３５】
ただし、（５）式において電流検出手段５で検出された同期機１の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換手段４から出力される三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（無駄時間）を考慮し、回転子位置θに対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量θｄ１分補正した位相で座標変換しても良い。
【００３６】
速度演算器７は、前記同様に検出した回転子位置θに基づいて微分演算を行い、同期機１の回転速度（電気角周波数）ωを算出する。電圧型磁束演算器８２では、ｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*とｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑより推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と推定電機子鎖交磁束位相∠Φとを算出し、出力する。
【００３７】
同期機１において、電圧、電流と実電機子鎖交磁束との間に（６）式に示す関係が成立する。ここで、Ｒは抵抗（同期機１の電機子巻線の抵抗が主であり、同期機１と電力変換手段４との間の配線抵抗の影響が無視できない程大きい場合は、該配線抵抗も考慮した抵抗値とする）、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。
【００３８】
【数６】
0005357232.tif 000007
【００３９】
前記（６）式において、電流の変化が緩やかである場合にはラプラス演算子ｓを含む項は無視してもよく、この場合（６）式は以下の（７）式のように変形される。なお、（６）式から（７）式への変形に際し、実際の演算に則してｄｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑをｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*に、実電機子鎖交磁束のｄ軸成分Φｄ、ｑ軸成分Φｑを推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０、ｑ軸成分ｐｑ０に置き換えている。
【００４０】
【数７】
0005357232.tif 000008
【００４１】
ただし、電圧型磁束演算器８２では、同期機１の駆動開始前においてｄｑ軸上の電圧Ｖｄ、Ｖｑが０であり、ｐｄ０＝ｐｑ０＝０となることから、同期機１の駆動開始におけるｐｄ０の初期値として、界磁（永久磁石）磁束がある場合は界磁（永久磁石）磁束の値、ない場合は０を与えることが好適である。（７）式において、抵抗Ｒ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ても良い。この場合、同期機１の出力電流に関する情報は不要となる。また、抵抗Ｒは、同期機１の温度によって変化するので、同期機１の温度を検出して線抵抗Ｒの値を補正する構成にしても良い。
【００４２】
なお、磁束演算器８、８ａの演算において、同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは電流検出手段５による検出値を、電圧は電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を使用しているが、前者において電圧指令生成器２に入力される電流指令ｉγ*、ｉδ*（電流指令ｉγ*、ｉδ*については後述する。）を三相電流（指令）に換算した値を、後者において周知の手段で電圧を検出し、検出した電圧検出値を用いても良い。
【００４３】
さらに、磁束演算器８ａのような電圧より推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φを求める演算は以下の方法でも良い。
例えば、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*より電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗによる抵抗Ｒでの電圧降下分を減じた値を極座標変換し、その絶対値を回転速度（電気角周波数）ωで除した値を推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|、その位相から９０°を減じた（ω＞０の場合）あるいは９０°を加えた（ω＜０の場合）ものを電機子鎖交磁束の位相∠Φとしてもよく、この方法は計算がより簡便となる。
【００４４】
図２に示した電流型磁束演算器８１を有する磁束演算器８は、回転速度にかかわらず磁束の推定が可能であるが、磁束推定にインダクタンス値を使用するので、磁気飽和等による同期機１の特性の変動の影響を受けやすい。一方、図３に示す電圧型磁束演算器８２を有する磁束演算器８ａは、インダクタンス値を用いないので同期機１の特性の変動の影響を受けにくいが、回転速度が小さい、あるいは、電機子電圧が低い場合には、外乱等の影響によって推定精度が低下することがある。
【００４５】
これらの問題を解決する方法として、電流型磁束演算器８１と電圧型磁束演算器８２とを併用して、回転速度が小さい、あるいは電圧指令（変調率）が小さい領域では電流型磁束演算器８１を主に使用し、これらが上昇すると電圧型磁束演算器８２を主に使用するように、磁束演算器を切り換える方法を用いても良い。さらに、細やかな切り換えを行えるように、回転速度ωあるいは電圧指令（変調率）を参照した重み付けを行いながら前記２種類の磁束演算器の出力を平均化するなどの方法を用いても良い。
【００４６】
また、推定電機子鎖交磁束を推定するとともに、同期機１の回転子位置θも推定可能な以下に示す磁束演算器８ｂを用いても良い。この構成においては、位置検出手段６として周知のレゾルバやエンコーダ等を用いず、磁束演算器８ｂに回転子位置θを推定する位置検出手段６ａが内包されている。図４は、その例を示し、位置検出手段６ａが磁束演算器８ｂに内包される場合の同期機１と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示すものである。
【００４７】
図５は、磁束演算器８ｂの構成図の一例である。磁束演算器８ｂは電流型磁束演算器８１、電圧型磁束演算器８２の代わりに位置検出手段６ａを内包した適応オブザーバ８３を有する。
磁束演算器８ｂは、同期機モデル８４、速度推定器８５、ゲイン設定器８６、偏差増幅器８７から構成される適応オブザーバ８３と、電機子鎖交磁束換算器８８、位置検出手段６ａおよび複数の座標変換器、加減算器とから構成される。なお、適応オブザーバ８３の構成は、特許第４６７２２３６号公報（図１、図６及びその説明参照。）（以下、特許文献４と表記）あるいは国際公開第２０１０／１０９５２８号パンフレット（図５、図８及びその説明参照。）（以下、特許文献５と表記）に開示されているものと同様の構成である。
【００４８】
まず、座標変換器１１ｃ、１１ｄによって、同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを回転子位置θに基づいて（１）式の演算によりｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑに、また、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を回転子位置θに基づいて（５）式の演算によりｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*に変換する。あるいは、電圧指令生成器２から出力される後述のγδ軸上の電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*から直接ｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*に変換する構成でも良い。
【００４９】
同期機モデル８４は、ｄｑ軸上の電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*と、後述の推定回転速度ωｒ０と、偏差ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４とに基づいて、ｄ軸推定電流ｉｄ０、ｑ軸推定電流ｉｑ０、推定電機子反作用磁束のｄ軸成分ｐｄｓ、推定電機子反作用磁束のｑ軸成分ｐｑｓ、推定回転子磁束のｑ軸成分ｐｑｒ、回転速度（電気角周波数）ωを求める。同期機モデル８４における演算式は（８）式〜（１０）式で表され、（８）式の両辺を積分することで、前記ｐｄｓ、ｐｑｓ、ｐｄｒが得られる。なお、（９）式の演算は、推定回転子磁束のｑ軸成分ｐｑｒが零になるように回転速度（電気角周波数）ωを演算することに相当し、これは、推定回転子磁束ベクトルの方向をｄ軸に一致させることと同意であることから、推定回転子磁束のｑ軸成分ｐｑｒは０となる。
【００５０】
【数８】
0005357232.tif 000009
【００５１】
【数９】
0005357232.tif 000010
【００５２】
【数１０】
0005357232.tif 000011
【００５３】
ここで、ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４は後述の（１２）式に基づいて算出する偏差である。
【００５４】
加減算器５１ｄは、ｄ軸推定電流ｉｄ０からｄ軸電流ｉｄを減算したｄ軸電流偏差ｅｒｒｄと、ｑ軸推定電流ｉｑ０からｑ軸電流ｉｑを減算したｑ軸電流偏差ｅｒｒｑを算出する。速度推定器８５は、ｄ軸推定回転子磁束ｐｄｒ、ｑ軸電流偏差ｅｒｒｑに基づいて、（１１）式により推定回転速度ωｒ０を出力する。
【００５５】
【数１１】
0005357232.tif 000012
【００５６】
ここで、Ｋｐ０は比例ゲイン、Ｋｉ０は積分ゲインである。
【００５７】
ゲイン設定器８６は、推定回転速度ωｒ０に基づいて、電流偏差増幅ゲインｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２を出力する。これらのゲイン（の一部）は、推定回転速度ωｒ０に応じて好適な値が変わることが知られており、予め、安定に前記ｐｄｓ、ｐｑｓ、ｐｄｒが得られるように推定回転速度ωｒ０の変化を考慮しながら設計しておく。なお、適応オブザーバ８３の構成は前記特許文献４、５と同様の構成であり、電流偏差増幅ゲインｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２を前記特許文献４、５に基づいて設計しても、この実施の形態を好適に実施できることから、これらのゲインの設計根拠、設計方法の詳細については省略する。
【００５８】
偏差増幅器８７は、（１２）式に基づいてｄｑ軸各々の電流偏差ｅｒｒｄ、ｅｒｒｑを電流偏差増幅ゲインｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２、ｈ４１、ｈ４２により増幅し、偏差ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を算出する。
【００５９】
【数１２】
0005357232.tif 000013
【００６０】
位置検出手段６ａは積分器相当の演算器であり、同期機モデル８４から出力される回転速度（電気角周波数）ωを積分して回転子位置θを出力する。
【００６１】
前記適応オブザーバ８３は、ｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑと同軸上電圧指令Ｖｄ*、Ｖｑ*とに基づいて、回転速度（電気角周波数）ωと推定電流ｉｄ０、ｉｑ０とｄｑ軸上の推定回転子磁束ｐｄｒ、ｐｑｒと推定回転速度ωｒ０とを演算するｄｑ軸上で構成した適応オブザーバであるが、該オブザーバ以外に、静止二軸上で適応オブザーバを構成する方式、または状態変数を推定電流ｉｄ０、ｉｑ０以外の変数にする適応オブザーバを構成する方式であっても、前記モデルと同じ機能を有する同転機モデル８４を構築することが可能である。
【００６２】
電機子鎖交磁束換算器８８は、まず、推定電機子反作用磁束のｄｑ軸上の成分ｐｄｓ、ｐｑｓ、推定回転子磁束のｄｑ軸上の成分ｐｄｒ、ｐｑｄ（ただし、ｐｄｒ＝０）とから、推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０、ｑ軸成分ｐｑ０を（１３）式に基づいて算出する。
【００６３】
【数１３】
0005357232.tif 000014
【００６４】
（１３）式で得られた推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０、ｑ軸成分ｐｑ０から前記（３）式と（４）と式に基づいて推定電機子鎖交磁束の絶対値｜Φ｜と推定電機子鎖交磁束の位相∠Φとを算出し、出力する。
【００６５】
以上、電力変換手段４の出力側の動作について説明した。以降、電力変換手段４の入力側となる電圧指令の生成までの流れについて順に説明する。
この実施の形態において電機子電流の制御は、前記特許文献１同様に電機子鎖交磁束Φの方向（γ軸）およびその直交方向（δ軸）の二軸上で行うことから、座標変換器１１ｂ（図１参照）において同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを（１４）式の演算により、磁束演算器８（あるいは８ａ、８ｂ）で推定した、推定電機子鎖交磁束の位相∠Φに基づいてγδ軸上の電流ｉγ、ｉδに変換する。
【００６６】
【数１４】
0005357232.tif 000015
【００６７】
該変換で得られるγ軸電流ｉγが同期機１の電機子鎖交磁束を操作する磁化電流に、δ軸電流ｉδが同期機１のトルク発生に寄与するトルク電流にそれぞれ相当する。このことを踏まえ、電圧指令生成器２はγδ軸上の電流ｉγ、ｉδを該生成器２の外部から入力される所望の電流指令ｉγ*、ｉδ*に一致させるようにγδ軸上の電圧指令ｖγ*、ｖδ*を出力する。
【００６８】
図６は、電圧指令生成器２において、電流制御器を適用した時の構成図の一例であり電流フィードバック制御を行う構成である。加減算器５１ｆで演算されるγδ軸上の電流指令ｉγ*、ｉδ*とγδ軸上の（同期機１の出力）電流ｉγ、ｉδとの偏差に基づいて（１５）式の比例積分制御（ＰＩ制御）をＰＩ制御器４１にて行い、γδ軸上の電圧指令（電流フィードバック制御指令）ｖγ*、ｖδ*を生成する。
【００６９】
【数１５】
0005357232.tif 000016
【００７０】
Ｋｐγは電流制御γ軸比例ゲイン、Ｋｉγは電流制御γ軸積分ゲイン、Ｋｐδは電流制御δ軸比例ゲイン、Ｋｉδは電流制御δ軸積分ゲインである。
【００７１】
このように電圧指令生成器２に電流制御器を適用し、電流フィードバック制御を行うことは同期機１の出力電流を所望の電流指令に追従させるのには好適であるが、高速駆動時のような同期機１の回転速度（電気角周波数）ωに対して電力変換手段４（例えば周知のインバータ）のキャリア周波数の比が小さい場合等、同期機１の各相に印加される交流電圧１周期に対する電力変換手段４のスイッチング素子のスイッチング回数が少なくなると、同期機１の電流を所望の電流指令に追従させるために必要な電圧指令の更新を行うことが困難となる。よって、同期機１の出力電流を所望の電流指令に追従させるのが困難となるような運転条件も少なからず存在する。
【００７２】
図７は、このような運転条件にも対応できるように、電圧指令生成器２ａにおいて、図２とは異なり電圧フィードフォワード制御を適用した時の構成図の一例である。ただし、この構成においては、図１の電圧指令生成器２の入力として記載されていない、同期機１の回転速度（電気角周波数）ωと推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|とを電圧指令生成器２ａへ入力する必要がある。
【００７３】
電圧フィードフォワード指令生成器４２では、γδ軸上の電流指令ｉγ*、ｉδ*、同期機１の回転速度（電気角周波数換算）ω、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|とに基づいて、（１６）式によりγδ軸上の電圧指令（電圧フィードフォワード制御指令）ｖγ*、ｖδ*を生成する。
【００７４】
【数１６】
0005357232.tif 000017
【００７５】
また、通常時は電圧指令生成器２に電流制御器を適用して、電流フィードバック制御を行い、電流フィードバック制御が困難な運転条件では、電流フィードバック制御を無効とし、電圧フィードフォワード制御のみを行うような構成にしても良い。
【００７６】
図８は、電圧指令生成器２ｂにおいて、図６、図７とは異なり、通常時は電流フィードバック制御を行い、電流フィードバック制御が困難な運転条件では、電流フィードバック制御を無効とし、電圧フィードフォワード制御のみを行うような構成にした時の構成図の一例である。
【００７７】
図７と同様に、電圧フィードフォワード指令生成器４２では、（１６）式によりγδ軸上の電圧指令（電圧フィードフォワード制御指令）を生成する。ただし、ＰＩ制御器４１で生成されるγδ軸上の電圧指令（電流フィードバック制御指令）と区別するため、電圧フィードフォワード指令生成器４２で生成されるγδ軸上の電圧指令をｖγ１、ｖδ１とする。同時に、ＰＩ制御器４１では、（１５）式によりγδ軸上の電圧指令（電圧フィードバック制御指令）を生成する。ＰＩ制御器４１で生成されるγδ軸上の電圧指令をｖγ２、ｖδ２とする。
【００７８】
電流制御が困難となる運転条件では、（１５）式の電流フィードバック制御を無効、即ち、ｖγ２＝ｖδ２＝０とする。加減算器５１ｇにて、電圧指令生成器２ｂの出力である（最終的な）γδ軸上の電圧指令ｖγ*、ｖδ*を(１７)式に基づいて生成する。
【００７９】
【数１７】
0005357232.tif 000018
【００８０】
電流フィードバック制御を無効とする方法においては、この実施の形態では、電流フィードバック制御の有効／無効を電流制御有効無効切換フラグＦＬに設定し、該フラグＦＬに基づいて、電圧指令生成器２ｂに内包するＰＩ制御器４１の出力の有効／無効を切換スイッチ４３により切り換える構成としたが、本構成と同様な切換機能を有するのであれば本構成以外でも良い。図８に示すように、ＰＩ制御器４１の出力を無効とする時は、ｖγ２＝ｖδ２＝０となるように切換スイッチ４３を切り換える。
【００８１】
なお、切換スイッチ４３を切り換える、即ち、電流フィードバック制御の有効／無効を判定する好適な基準としては、まず、同期機１の回転速度ωがある。これは、同期機１の回転速度ωが上昇するに従い、電力変換手段４が同期機１に印加する電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの周波数も上昇するため、同期機の電流を所望の電流指令に追従させて良好な電流フィードバック制御を行うためには、電力変換手段４のキャリア周波数を大きくし、電力変換手段４のスイッチング素子のスイッチング回数を多くして、細やかな電流制御を行う必要がある。ただし、電力変換手段４のキャリア周波数の上限は、電力変換手段４のスイッチング素子の特性等に依存する。このことを鑑みて、スイッチング素子の特性等を勘案した上で設定するキャリア周波数範囲内で、電流フィードバック制御が安定に動作する速度範囲を予め求めておき、同期機１の回転速度ωが前記速度範囲を超えた場合に電流フィードバック制御を無効とする判定を行う方法がある。
【００８２】
また、他の好適な基準として、同期機１の回転速度ωに対する電力変換手段４のキャリア周波数の比がある。同じ回転速度条件でも、電力変換手段４のキャリア周波数の設定により、同期機の各相に印加される交流電圧１周期に対する電力変換手段４のスイッチング素子のスイッチング回数が変わるため、電流フィードバック制御の安定性が変わる。よって、電力変換手段４のキャリア周波数の設定が逐次変わるような場合、同期機１の回転速度ωのみでは無く、同期機１の回転速度ωに対する電力変換手段４のキャリア周波数の比に基づいて電流フィードバック制御の有効無効を判定する方が望ましい。このようにすれば、キャリア周波数の設定に応じて、電流フィードバック制御の有効無効を切り換える回転速度を適切に変更することも可能となる。
【００８３】
電圧指令生成器２（または２ａ、２ｂ）から出力されるγδ軸上の電圧指令ｖγ*、ｖδ*は、座標変換器１１ａにおいて（１８）式の演算により、磁束演算器８（あるいは８ａ、８ｂ）で推定した推定電機子鎖交磁束の位相∠Φに基づいて電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に変換された上で、電力変換手段４に出力される。
【００８４】
【数１８】
0005357232.tif 000019
【００８５】
ただし、（１８）式において電流検出手段５で検出された同期機１の出力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの値に基づく制御演算が電力変換手段４から出力される三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに反映されるまでの制御演算遅れ時間（無駄時間）を考慮し、回転子位置θに対し、前記制御演算遅れ時間に基づく位相補正量θｄ２分補正した位相で座標変換しても良い。電力変換手段４は前記の通り、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*に基づいて同期機１に電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを印加する。
【００８６】
磁化電流指令生成器９は、（電機子鎖交）磁束誤差ΔΦが０になるように磁束誤差ΔΦに基づいて磁化電流指令ｉγ*を生成する。磁束誤差ΔΦは、加減算器５１ａにより、推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を後述の制御指令生成器１０により生成される電機子鎖交磁束指令Φ*から減じて算出される値であり、該演算式は（１９）式となる。
ΔΦ＝Φ*−|Φ|          ・・・（１９）
γ軸電流ｉγは同期機１の磁化成分である磁化電流であることから、γ軸電流により電機子鎖交磁束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の増減量はγ軸方向インダクタンスＬγを比例係数にして比例関係となり、磁束誤差ΔΦが０になるよう調整するための制御器としては直達項を持たない積分器が好適であり、（２０）式のような積分制御演算を用いて、磁化電流指令ｉγ*を生成する。
【００８７】
【数２０】
0005357232.tif 000020
【００８８】
次に、この実施の形態の特徴部分である制御指令生成器１０について説明する。図９は、制御指令生成器１０の構成図の一例である。制御指令生成器１０は、トルク電流指令生成器２５、トルク電流指令制限器２６と、第１の磁束指令生成器２１、第２の磁束指令生成器２２、指令配分設定器２３、磁束指令調整器２４とから構成される。トルク電流指令生成器２５は、同期機制御装置外部から与えられるトルク指令τ*と後述の磁束指令調整器２４から出力される電機子鎖交磁束指令Φ*とに基づいて、（２１）式により、トルク電流指令ｉδ*を算出する。
【００８９】
【数２１】
0005357232.tif 000021
【００９０】
磁化電流指令生成器９（図１参照）において（電機子鎖交）磁束誤差ΔΦが０になるよう調整されているとすると、（２１）式の演算において電機子鎖交磁束指令Φ*の代わりに磁束演算器８（８ａ、８ｂ）から得られる推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を用いても良い。
【００９１】
【数２２】
0005357232.tif 000022
【００９２】
トルク電流指令制限器２６は、トルク電流指令ｉδ*と磁化電流指令ｉγ*との合成電流が電力変換手段４の仕様等に基づいて決定される電流制限値ｉｍａｘに制限するため、電流制限値ｉｍａｘと磁化電流指令ｉγ*に基づいてトルク電流指令ｉδ*を制限する。トルク電流指令ｉδ*の上限値ｉδ*ｍａｘは（２３）式で得られ、ｉδ*ｍａｘを逐次求めながら、ｉδ*の絶対値|ｉδ*|がｉδ*ｍａｘ以下となるようにｉδ*を制限する。
【００９３】
【数２３】
0005357232.tif 000023
【００９４】
第１の磁束指令生成器２１は、入力されたトルク電流指令ｉδ*に対して好適な第１の磁束指令Φ１*を出力する。該磁束指令生成器２１においては、同期機１の電機子巻線における電流ベクトルｉの絶対値|ｉ|一定の条件下において、最大のトルクを出力するような第１の磁束指令Φ１*を出力する。このような条件で同期機１を駆動すると、同期機１の電機子巻線や同期機１と電力変換手段４との間の配線で発生する銅損が小さくなり、また、電力変換手段４で発生する導通損も小さくなることから、同期機１と電力変換手段４の変換効率を上げることができる。
なお、電流ベクトルの絶対値とｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑ、γδ軸上の電流ｉγ、ｉδとの関係は（２４）式となる。
【００９５】
【数２４】
0005357232.tif 000024
【００９６】
次に、前記条件を満たすトルク電流指令ｉδ*と第１の磁束指令Φ１*との関係について考える。永久磁石を有する永久磁石同期機、回転子の磁気的突極性を利用してトルクを発生させるリラクタンス電動機等の同期機や界磁磁束が一定である界磁巻線を有する界磁巻線型同期機においては、図１０に示すように、絶対値一定の電流ベクトルｉのｄ軸からの位相ρを変化させると、同図（ｂ）に示すように、トルクが最大となる位相が存在する。
【００９７】
永久磁石同期機のようなｄ軸よりｑ軸のインダクタンスが大きい逆突極性（Ｌｑ＞Ｌｄ）のモータの場合を一例として挙げると、図１０（ｂ）に示すように、電流ベクトルｉの位相ρが９０°より大きいある角度でトルクが最大になる。鉄心の磁気飽和がなければ、この好適な電流位相ρは、電機子電流の大きさに拘わらず一定であるが、実機では磁気飽和によりインダクタンスが変化するため、好適な電流位相ρは、リラクタンストルクに起因して電機子電流の大きさにより変化する。電機子電流が小さい状態では磁気飽和が発生せず、位相ρは９０°より大きく（例えば１１０°程度）にした方が、電流ベクトルｉの絶対値一定の条件下ではトルクが大きくなる。
【００９８】
電機子電流を大きくして電流ベクトル絶対値の条件を変えると、主に電流が流れているｑ軸方向に磁気飽和が発生し、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの差が小さくなり、このため位相ρを小さく（例えば１００°程度）した方が、トルクが大きくなるケースがある。ここで、この好適電流位相状態での電機子電流と磁束の関係について考えると、図１１の同期機（主に永久磁石同期機）のベクトル図に示すように、電機子鎖交磁束Φｓ（前記推定電機子鎖交磁束Φと区別するためΦsと表記）は、電流ベクトルｉにより生じる電機子反作用磁束Φａと界磁（永久磁石）磁束Φｍとの合成で表され、この電機子鎖交磁束Φｓに直交する方向がδ軸であることから、電流ベクトルｉのδ軸方向成分がδ軸電流ｉδである。したがって、電機子電流絶対値と該絶対値より決まる好適電流位相ρからなる電流ベクトルｉが決まれば、δ軸電流ｉδおよび電機子鎖交磁束Φsの絶対値が一意に決定されることになる。このことから、トルク最大条件においては、δ軸電流ｉδと電機子鎖交磁束絶対値|Φs|との間に一対一の関係が成り立つことが分かる。なお、これまで示した電機子鎖交磁束絶対値|Φｓ|の決定に際し、電力変換手段４の仕様によって制限される電圧制限値については考慮していない。
【００９９】
図９に戻り、第１の磁束指令生成器２１は、δ軸電流ｉδと電機子鎖交磁束絶対値|Φｓ|との関係を前記考え方に基づいて求めて、これらの関係を（２５）式に示すようにΦ１*をｉδ*の関数として数式化あるいはテーブルデータの形で予め格納した上で、入力されたトルク電流指令ｉδ*に従い好適な電機子鎖交磁束絶対値である第１の磁束指令Φ１*を出力する。
Φ１*＝ｆ(ｉδ*)          ・・・（２５）
【０１００】
第２の磁束指令生成器２２では、入力されたトルク電流指令ｉδ*と同期機１の回転速度（電気角周波数）ωとに対して好適な第２の磁束指令Φ２*を出力する。該磁束指令生成器２２においては、入力されたトルク電流指令ｉδ*に対して速度依存性を有する同期機１の渦電流損やヒステリシス損を含む鉄損を小さくするような第２の磁束指令Φ２*を出力する。
【０１０１】
このような条件で同期機１を駆動すると、特に回転速度が高い時に顕著となる同期機１で発生する鉄損が小さくなり、主に高回転速度域における同期機１の変換効率を上げることができる。
【０１０２】
トルク電流指令ｉδ*と同期機１の回転速度（電気角周波数）ωとに対して好適な第２の磁束指令Φ２*を求める方法の一例として、回転速度ωをある速度ω１に固定し、電流ベクトルｉをある値ｉ１に固定した状態で電流位相ρを振り（ｑ軸電流ｉｑを固定した状態でｄ軸電流ｉｄを振る等の方法でも良い）、電流位相ρに対する鉄損の変化を求める。鉄損は、予め周知の磁界解析のツールを用いるか、あるいは実測によって求めておいても良く、鉄損を求める手段は問わない。このようにすれば、ある速度ω＝ω１、電流ベクトルｉ＝ｉ１において鉄損が最も小さくなる電流位相ρが求まり、電流ベクトルｉと電流位相ρの関係からｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑが求められることから、ある速度ω１、電流ベクトルｉ１において鉄損が最も小さくなるｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑの組ｉｄ１、ｉｑ１が求められる。前記ｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑの組ｉｄ１、ｉｑ１に対するｄｑ軸上の磁束Φｄ、Φｑの組Φｄ１、Φｑ１が分かると、（２６）〜（２８）式の関係からこの条件における電機子鎖交磁束絶対値|Φｓ|＝|Φｓ１|とδ軸電流ｉδ＝ｉδ１とを求めることができ、鉄損最小となるδ軸電流ｉδと電機子鎖交磁束絶対値|Φｓ|との関係を求めることができる。
【０１０３】
【数２６】
0005357232.tif 000025
【０１０４】
【数２７】
0005357232.tif 000026
【０１０５】
【数２８】
0005357232.tif 000027
【０１０６】
この時の前記|Φｓ１|が、入力されたトルク電流（指令ｉδ１*）と同期機１の回転速度ω１とに対して好適な第２の磁束指令Φ２*（＝Φ２１*＝|Φｓ１|）となる。
【０１０７】
前記ｄｑ軸上の電流ｉｄ、ｉｑの組ｉｄ１、ｉｑ１に対するｄｑ軸上の磁束Φｄ、Φｑの組Φｄ１、Φｑ１を求める例としては、前記同様、予め周知の磁界解析のツールを用いたり、あるいは、実測で求めるならば電圧が分かれば前記（７）式の関係を用いてｄｑ軸上の磁束Φｄ、Φｑを求めたりすれば良い。この作業を複数の電流ベクトル（ｉ＝ｉ２、ｉ３、・・・）、回転速度（ω＝ω２、ω３、・・・）について行えば、入力されたトルク電流指令ｉδ*（ｉδ*＝ｉδ２*、ｉδ３、・・・）と同期機１の回転速度（電気角周波数）とに対して好適な第２の磁束指令（Φ２*＝Φ２２、Φ２３、・・・）の関係を得ることができる。
【０１０８】
図１２は、トルク電流指令ｉδ*に対する第１の磁束指令Φ１*の関係（点線）と、トルク電流指令ｉδ*と同期機１の複数の回転速度ω１、ω２、ω３（ω１＜ω２＜ω３）とに対する第２の磁束指令Φ２*の関係（３本の実線曲線）を示した図の一例である。ただし、図１２において電力変換手段４の仕様によって制限される電圧制限値については考慮していない。
【０１０９】
トルク電流指令ｉδ*と同期機１の回転速度（電気角周波数）ωとに対して第２の磁束指令Φ２*を得る場合は、図１２の関係をテーブル・マップ化、あるいは（２９）式に示すようにΦ２*をｉδ*とωの関数として数式化すれば良い。
Φ２*＝ｆ(ｉδ*、ω)          ・・・（２９）
【０１１０】
電機子鎖交磁束を小さくすると概ね鉄損は小さくなる傾向が知られており、第２の磁束指令生成器２２で得られた第２の磁束指令Φ２*のみに基づいて同期機１を駆動する場合、電機子鎖交磁束を弱めるための電流（特に同期機１が永久磁石同期機である場合は顕著）が必要となる。よって、同一トルクを発生するために必要な電流の値は、第１の磁束指令生成器２１で得られた第１の磁束指令Φ１*のみに基づいて同期機１を駆動する場合と比較して大きくなり、反対に、同一トルクを発生するために必要な電機子鎖交磁束の値は、第１の磁束指令Φ１*のみに基づいて同期機１を駆動する場合と比較して小さくなる。
【０１１１】
前記例では、入力されたトルク電流指令ｉδ*に対して速度依存性を有する同期機１の渦電流損やヒステリシス損を含む鉄損を小さくするような第２の磁束指令Φ２*を出力する第２の磁束指令生成器２２を示したが、鉄損と、同期機１の電機子巻線や同期機１と電力変換手段４との間の配線で発生する銅損との合計損失、さらには風損をはじめとする機械損をも含めた同期機１で発生する全ての損失を最小化するようなトルク電流指令ｉδ*に対する第２の磁束指令Φ２*を出力する構成にしても良い。このようにすれば、同期機１で発生する全ての損失を考慮することができ、より同期機１の変換効率を上げることができる。
【０１１２】
磁束指令調整器２４は、後述の指令配分設定器２３によって設定される配分係数Ｋに基づいて、第１の磁束指令Φ１*と第２の磁束指令Φ２*の重み付けを（３０）式に基づいて逐次オンラインで行い、電機子鎖交磁束指令Φ*を出力する。
Φ*＝Φ１*・（１−Ｋ）＋Φ２*・Ｋ          ・・・（３０）
即ち、Ｋ＝１に近づくに従い鉄損を含めた同期機１の損失最小（変換効率最大）運転が優先され、Ｋ＝０に近づくに従い電流最小運転が優先されることを意味する。
【０１１３】
指令配分設定器２３は、同期機制御装置外部から与えられる運転目標指令に基づいて第１の磁束指令Φ１*と前記第２の磁束指令Φ２*の２つの磁束指令の配分比に相当する配分係数Ｋを設定する。
【０１１４】
ここで運転目標とは、例えば、同期機１あるいは電力変換手段４の効率最大、発熱最小等、同期機１を駆動するにあたりどのような目標で運転すべきかを示す指令である。同期機１を駆動する上で、例えば、電力変換手段４の熱容量に余裕があり、同期機１の熱容量に余裕がない場合においては、同期機１の発熱を最小、即ち、常に同期機１の変換効率を最大となるように運転する必要があるため、第２の磁束指令Φ２*に基づいて同期機１を駆動する。この場合、常にＫ＝１を設定する。なお、反対に、電力変換手段４の熱容量に余裕が無く、同期機１の熱容量に余裕がある場合においては、電力変換手段４の発熱を最小、即ち、電力変換手段４から同期機１へ出力される電流、即ち同期機１の電機子電流をできるだけ小さくする必要があるため、第１の磁束指令Φ１*に基づいて同期機１を駆動する。この場合常にＫ＝０を設定する。
【０１１５】
同期機１と電力変換手段４の熱容量に偏りがない場合は、同期機１の変換効率を優先することを運転目標として、Ｋ＝１と設定して第２の磁束指令Φ２*に基づいて同期機１を駆動する。あるいは、電力変換手段４の変換効率が判明している場合は、同期機１と電力変換手段４のトータルの変換効率を優先することを運転目標として、電力変換手段４の変換効率をも考慮しながら、Ｋの値を逐次調整し駆動する。さらには、同期機１あるいは電力変換手段４の温度変化の最適化を優先することを運転目標として、各々をモニタリングしながら、温度状態に応じてＫの値を逐次調整し駆動する等、状況に応じて適宜運転目標を設定しながら、第１の磁束指令Φ1*と第２の磁束指令Φ２*の重み付けを行えば良い。
【０１１６】
以上が、制御指令生成器１０の説明であるが、前記（２３）式のように電流制限値ｉｍａｘと磁化電流指令ｉγ*に基づいてトルク電流指令ｉδ*を制限する場合、トルク電流指令生成器２５〜磁束指令調整器２４との間で計算が循環的になる。即ち、トルク指令τ*→（トルク電流指令生成器２５、トルク電流指令制限器２６）→トルク電流指令ｉδ*→（第１の磁束指令生成器２１、第１の磁束指令生成器２２、磁束指令調整器２４）→電機子鎖交磁束指令Φ*→（トルク電流指令生成器２５）→トルク電流指令ｉδ*・・・というループが出来ており、入力されたトルク指令τ*に対するトルク電流指令ｉδ*および電機子鎖交磁束指令Φ*を確定するには、トルク電流指令生成器２５〜磁束指令調整器２４間の演算を繰り返し行い収束させる必要があり、演算処理が困難となる。
【０１１７】
対策として、実際の装置で前記処理をマイコンによって所定の演算周期で行う際において、例えば、トルク電流指令生成器２５が使用する電機子鎖交磁束指令Φ*として前回（１演算周期前）の演算結果を用い、該指令値を用いて計算したトルク電流指令ｉδ*によって今回の電機子鎖交磁束指令Φ*を算出する、あるいは磁束指令調整器２４において、電機子鎖交磁束指令Φ*の値を適切なフィルタを通して出力すること等により演算処理の安定性を高める方法があり、実際の装置に適用しても良い。また、図１において、制御指令生成器１０の代わりに以下に示す制御指令生成器１０ａを用いても良い。
【０１１８】
図１３は、制御指令生成器１０ａの構成図の一例である。制御指令生成器１０においては、第１の磁束指令Φ１*と第２の磁束指令Φ２*とをトルク電流指令ｉδ*ではなく、トルク指令τ*に基づいて生成する構成である。
第１の磁束指令生成器２１ａは、入力されたトルク指令τ*に対して好適な第１の磁束指令Φ１*を出力する。同様に、第２の磁束指令生成器２２ａは、入力されたトルク指令τ*に対して好適な第２の磁束指令Φ２*を出力する。図１２の横軸を（３１）式の関係を用いてトルク指令に変換すれば、入力されたトルク指令τ*と同期機１の回転速度ωとに対する第１の磁束指令Φ１*、第２の磁束指令Φ２*を得ることができる。
τ*＝Ｐｍ・Φ*・ｉδ*          ・・・（３１）
【０１１９】
図１４は、（３１）式の変換によって得たトルク指令τ*に対する第１の磁束指令Φ１*の関係（点線）と、トルク指令τ*と同期機１の複数の回転速度ω１、ω２、ω３（ω１＜ω２＜ω３）とに対する第２の磁束指令Φ２*の関係（３本の実線曲線）を示した図の一例である。ただし、図１４においても電力変換手段４の仕様によって制限される電圧制限値については考慮していない。
【０１２０】
前記第１の磁束指令生成器２１、前記第２の磁束指令生成器２２と同様に、制御指令生成器１０ａにおける第１の磁束指令生成器２１ａ、第２の磁束指令生成器２２ａについても、トルク指令τ*と同期機１の回転速度ωとに対して第１の磁束指令Φ１*、第２の磁束指令Φ２*を得る場合は、図１４の関係をテーブル・マップ化、あるいは（３２）、（３３）式に示すようにΦ１*をτ*の関数、Φ２*をτ*とωの関数として数式化すれば良い。
Φ１*＝ｆ(τ*)              ・・・（３２）
Φ２*＝ｆ(τ*、ω)          ・・・（３３）
なお、制御指令生成器１０ａにおける、指令配分設定器２３、磁束指令調整器２４、トルク電流指令生成器２５、トルク電流指令制限器２６の動作は、前記制御指令生成器１０と同じである。
【０１２１】
以上が、実施の形態１における同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、同一トルク指令の条件においても同期機１や電力変換手段４等の状態（主に温度）に応じて、適切な運転目標（同期機あるいは電力変換手段の効率最大・発熱最小等）が変わることを踏まえ、同期機１や電力変換手段４等の状態（主に温度）に適した運転目標指令を生成した上で、逐次オンラインで同期機１の変換効率を考慮した上で運転目標を満足する制御指令（電機子鎖交磁束指令）を生成し、高効率かつ同期機あるいは電力変換手段４の損失と発熱とを効果的に抑制しながら同期機1を駆動できる効果がある。
【０１２２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による同期機制御装置を図１５に基づいて説明する。図１５は、実施の形態２による同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
実施の形態２による同期機制御装置は、電源の電源電圧を検出する電圧検出手段を設け、同期機の回転速度と前記電源電圧とに基づいて電機子鎖交磁束指令に制限を加える磁束指令制限器を制御指令生成器に追加したものである。
【０１２３】
図１６は、実施の形態１で説明した制御指令生成器１０（図９参照）に対して磁束指令制限器２７を追加した制御指令生成器１０ｂの構成図の一例であり、図１７は、実施の形態１で説明した制御指令生成器１０ａ（図１３参照）に対して該磁束指令制限器２７を追加した構成図の一例である。図１６、図１７において、磁束指令制限器２７の構成は両図とも同じであり、磁束指令制限器２７で制限される前の電機子鎖交磁束指令をΦ３*、磁束指令制限器２７出力の電機子鎖交磁束指令をΦ*として区別している。
【０１２４】
電力変換手段４には、該手段４の仕様と電源電圧Ｖｐｎとに依存する出力可能電圧最大値Ｖｍａｘ（実効値換算）があり、同期機１の電機子で発生する誘起電圧をＶｍａｘ以下に抑制するように電機子鎖交磁束指令Φ*を制限する必要がある。該誘起電圧は、同期機１の抵抗Ｒの電圧降下を無視すれば同期機１の回転速度ωと電機子鎖交磁束Φsとの積で決まることから、電力変換手段４の出力可能最大電圧値Ｖｍａｘに基づいて、同期機１の回転速度ωに応じた磁束指令最大値Φｍａｘを（３４）式により逐次演算し、磁束指令調整器２４の出力をΦｍａｘで制限した値を電機子鎖交磁束指令Φ*とする。なお、ΔＶは制御余裕電圧である。
【０１２５】
【数３４】
0005357232.tif 000028
【０１２６】
以上が、実施の形態２による同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、電力変換手段４へ入力する電源３の電源電圧や同期機１の回転速度に応じて電機子鎖交磁束指令の上限が決まり、電機子鎖交磁束指令を該上限以下にする必要があることから、運転目標に応じて調整された電機子鎖交磁束指令を上限以下に制限することで、出力電圧に余裕のない電力変換手段４の場合に、運転目標や電源３の電源電圧と同期機１の回転速度とが変化したとしても、常に運転目標に適した電機子鎖交磁束指令を生成できる効果がある。また、電力変換手段４の利用率が向上し、同期機制御システムを小型化できる効果がある。
【０１２７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による同期機制御装置を図１８に基づいて説明する。図１８は、実施の形態３による同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。また、図１９は、実施の形態３による他の同期機制御システムを示すものである。
【０１２８】
実施の形態３による同期機制御装置は、図１８、図１９に示すように、温度検出手段３１あるいは３１ａと、運転目標指令生成器１３あるいは１３ａとを有し、温度検出手段３１、３１ａで検出した温度に基づいて運転目標指令生成器１３において前記運転目標指令を生成するものである。なお、実施の形態３に係る図おいて、実施の形態２に示した電圧検出手段１２と磁束指令制限器２７の２つは示されていないが、これらを追加する構成でも勿論良く、後述する実施の形態４以降についても同様である。
【０１２９】
同期機１には、絶縁性能、あるいは同期機１が永久磁石同期機ならば磁石性能確保の視点から許容される温度（Ｔｍｏｍａｘとする）が定められており、同期機１を運転する際は許容温度以下で運転することが望ましい。そこで、図１８に示すように、温度検出手段３１を同期機１の固定子または回転子に配置して温度を検出し、検出した同期機１の温度に基づいて高温時に温度上昇を抑制するように、同期機１の発熱を少なくする損失最小（変換効率最大）運転を行うための前記運転目標指令を運転目標指令生成器１３にて生成する。
【０１３０】
方法の一例として、検出した同期機１の温度（Ｔｍｏとする）が許容温度Ｔｍｏｍａｘに対して温度余裕分（ΔＴとする）低めに設定したＴｍｏｘ（＝Ｔｍｏｍａｘ−ΔＴ）を超えると、同期機１の発熱（損失）最小（変換効率最大）運転を行うようにすれば良い。この場合は予め、トルク電流指令ｉδ*（あるいはトルク指令τ*）に対して鉄損と、同期機１の電機子巻線や同期機１と電力変換手段４との間の配線で発生する銅損との合計損失を含めて最小とするような第２の磁束指令Φ２*を出力する構成にしておき、同期機１の温度ＴｍｏがＴｍｏｘを超えると配分係数Ｋを強制的に１にするようにするような前記運転目標指令を生成する。
【０１３１】
他の好適な事例として、同期機１の電機子巻線の温度が特に問題となる場合は、温度検出手段３１を同期機１の電機子巻線近傍に配置して温度を検出し、該検出温度Ｔｍｏが前記Ｔｍｏｘを超えると、銅損（電流）最小運転を行うように配分係数Ｋを強制的に０にするような前記運転目標指令を生成すれば良い。
【０１３２】
さらに、構造等の制約により同期機１に直接温度検出手段３１を取り付けられない場合は、同期機１に近接した所に温度検出手段３１を配置し、同期機１の周辺温度を同期機１の温度として代用しても良い。同期機１を冷却する冷却装置が取り付けられている場合は、冷却装置または水等の冷媒の温度を検出し、該検出温度を同期機１の温度として代用しても良い。同期機１に直接温度検出手段３１を取り付けるよりも温度検出精度は低下するものの同質の効果が得られる。
【０１３３】
また、電力変換手段４においても、構成するスイッチング素子の特性から許容される温度（Ｔｉｎｍａｘとする）が定められており、同期機１を運転する際は電力変換手段４が許容温度以下となるように運転することが望ましい。そこで、図１９に示すように温度検出手段３１ａを電力変換手段４に配置して温度を検出し、検出した電力変換手段４の温度（Ｔｉｎとする）に基づいて高温時に温度上昇を抑制するように、電力変換手段４の発熱を少なくする発熱（損失）最小（変換効率最大）運転を行うための前記運転目標指令を運転目標指令生成器１３ａにて生成する。
【０１３４】
方法の一例として、電力変換手段４の温度Ｔｉｎが許容温度Ｔｉｎｍａｘに対して温度余裕ΔＴ分低めに設定したＴｉｎｘ（＝Ｔｉｎｍａｘ−ΔＴ）を超えると、電力変換手段４の損失最小（変換効率最大）運転を行うようにすれば良い。この場合、電力変換手段４の発熱（損失）を最小、即ち、電力変換手段４から同期機１へ出力される電流、即ち同期機１の電機子電流をできるだけ小さくする必要があるため、電流最小運転を行うように配分係数Ｋを強制的に０にするような前記運転目標指令を生成すれば良い。
【０１３５】
さらに、構造等の制約により電力変換手段４に直接温度検出手段３１ａを取り付けられない場合は、電力変換手段４に近接した所に温度検出手段３１ａを配置し、電力変換手段４の周辺温度を電力変換手段４の温度として代用しても良い。電力変換手段４を冷却する冷却装置が取り付けられている場合は、冷却装置または水等の冷媒の温度を検出し、該検出温度を電力変換手段４の温度として代用しても良い。電力変換手段４に直接温度検出手段３１ａを取り付けるよりも温度検出精度は低下するものの同質の効果が得られる。 
【０１３６】
また、図示していないが、同期機１と電力変換手段４各々に温度検出手段３１、３１ａを取りつけ、各々の検出温度に基づいて前記運転目標指令を生成しても良い。方法の一例として、同期機１の検出温度Ｔｍｏと該許容温度Ｔｍｏｘとの差分、電力変換手段４の検出温度Ｔｉｎと該許容温度Ｔｉｎｘとの差分とを比較して、差分の小さい方を優先して前記運転目標指令を生成する等の方法がある。これらの検出温度と許容温度との差分比較において、各々の差分値に対し、優先度に応じて異なった係数を乗算して重み付けを行うような処置を施しても良い。
【０１３７】
以上が、実施の形態３に係る同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、温度検出手段３１を同期機１の固定子または回転子に配置して温度を検出し、検出した同期機１の温度に基づいて前記運転目標指令を生成することにより、同期機１の温度が高いときは同期機１の発熱を少なくする電機子鎖交磁束指令を生成するための運転目標指令を生成し、同期機１の発熱と損失とを抑制しながら同期機１を駆動できる効果がある。また、温度検出手段３１ａを電力変換手段４に配置して温度を検出し、検出した電力変換手段４の温度に基づいて前記運転目標指令を生成することにより、電力変換手段４の温度が高いときは電力変換手段４の発熱を少なくする電機子鎖交磁束指令を生成するための運転目標指令を生成し、電力変換手段４の発熱と損失とを抑制しながら同期機１を駆動できる効果を有する。
【０１３８】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る同期機制御装置を図２０に基づいて説明する。図２０は、実施の形態４に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【０１３９】
実施の形態４に係る同期機制御装置は、図２０に示すように、電機子電流と電圧指令とに基づいて同期機１の抵抗の大きさを推定する抵抗推定器３２を設け、該抵抗推定器３２で推定した同期機１の抵抗推定値に基づいて運転目標指令生成器１３ｃにおいて前記運転目標指令を生成するものである。
【０１４０】
同期機１の抵抗Ｒは温度に応じて抵抗値が変化する。（前記の通り、同期機１の電機子巻線の抵抗が主であり、同期機１と電力変換手段４との間の配線抵抗の影響が無視できないぐらい大きい場合は、該配線抵抗も考慮する。）この性質を利用して、実施の形態３のように温度検出手段３１を用いる代わりに、同期機１の抵抗Ｒの大きさを抵抗推定器３２で推定し、該抵抗推定値（Ｒｅｓとする）に基づいて同期機１の温度に相当する値を推定しても良い。
【０１４１】
同期機１の抵抗Ｒの大きさを推定する方法として、電力変換手段４が各相に直流電圧を印加し、（例えば、所定の直流量をＥｄｃとして、Ｖｕ*＝Ｅｄｃ、Ｖｖ*＝Ｖｗ*＝−Ｅｄｃ／２となるような電圧指令を電圧指令生成器２において生成すれば良い。）その時の電機子電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを電流検出手段５にて検出し、前記電圧指令と電機子電流に基づいて抵抗推定器３２において、以下の演算により同期機１の抵抗Ｒの大きさＲｅｓを推定する。
Ｒｅｓ＝Ｖｕ*/ｉｕ          ・・・（３５）
【０１４２】
（３５）式において、Ｒｅｓ＝Ｖｖ*／ｉｖ、または、Ｒｅｓ＝Ｖｗ*／ｉｗを用いても良いが、印加する直流電圧が大きい程、外乱の影響を受けることなく精度良く推定できるため、前記例ではｕ相で推定するのが好適である。
運転目標指令生成器１３ｂは、抵抗推定値Ｒｅｓに基づいて同期機１の温度（相当）を求め、前記運転目標指令を生成する。
【０１４３】
推定した抵抗推定値Ｒｅｓから同期機１の温度相当値に換算する際は、予め両者の相関を数式化、あるいはテーブルデータの形で格納しておけば良い。このようにすれば、温度検出手段３１を用いなくても同期機１の温度（相当）を求めることができる。同期機１の温度（相当）が求まれば、実施の形態３に示した方法に従い、前記運転目標指令を生成する。（勿論、抵抗推定値Ｒｅｓと前記運転目標指令とを直接関連づけておいても良い。）
ただし、この方法で同期機１の抵抗を推定する際は、電力変換手段４から直流電圧を出力することから、同期機１の駆動中よりも、同期機１の駆動開始前に抵抗推定器３２で抵抗推定を行い、駆動開始時の電機子鎖交磁束指令を設定する時に好適な方法である。
【０１４４】
以上が、実施の形態４に係る同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、抵抗推定器３２により同期機１の抵抗を推定し、推定した同期機１の抵抗推定値に基づいて前記運転目標指令を生成することにより、特に同期機１の駆動開始時に、同期機１の温度が高いときは同期機１の発熱を少なくする電機子鎖交磁束指令を生成するための運転目標指令を生成し、同期機１の発熱と損失とを抑制しながら同期機１を駆動できる効果がある。
【０１４５】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る同期機制御装置を図２１に基づいて説明する。図２１は、実施の形態５に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【０１４６】
実施の形態５に係る同期機制御装置は、図２１に示すように、同期機が永久磁石同期機１ａであり、磁束演算器８ｃは永久磁石同期機１ａの永久磁石の温度を推定し、推定した永久磁石の温度に基づいて前記運転目標指令を生成するものである。
【０１４７】
永久磁石同期機１ａに使用されている永久磁石の種類により特性の差異はあるものの、概ね永久磁石が発生する磁石磁束は温度によって変化し、高温になるに従い減磁する性質を有する。この性質を利用して、実施の形態３のように温度検出手段３１を用いる代わりに、磁束演算器８ｃにおいて、永久磁石同期機１ａの永久磁石の温度を推定し、推定した永久磁石の温度を同期機１の温度に相当する値をとしても良い。
【０１４８】
実施の形態１の同期機制御装置における磁束演算器８、８ａ、８ｂは、推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０を推定している。（２）式に示されるように実電機子鎖交磁束のｄ軸成分Φｄは、永久磁石磁束Φｍとｄ軸電流ｉｄによって生成される磁束Ｌｄ、ｉｄとに分解できる。ｄ軸電流ｉｄによって生成される磁束Ｌｄ、ｉｄは温度依存性が小さいとされており、推定電機子鎖交磁束のｄ軸成分ｐｄ０からＬｄ、ｉｄの値を除けば、永久磁石磁束が求まる。該演算により求めた永久磁石磁束と予め判明している永久磁石磁束の温度特性とを比較すれば、永久磁石の温度を推定することができる。該推定温度をＴｍａｇとし、また、求めた永久磁石磁束から推定温度Ｔｍａｇに換算する際は、予め両者の相関を数式化、あるいはテーブルデータの形で格納しておけば良い。
【０１４９】
ただし、ｄ軸インダクタンスは温度依存性が小さいものの、前記の通り磁気飽和のために永久磁石同期機１ａの出力電流により値が変化することが知られており、予め出力電流とｄ軸インダクタンスとの関係を数式あるいはテーブルの形で記憶しておき、出力電流に応じて変化させることにより、インダクタンス変動による磁束推定の誤差を低減させる構成にすれば、永久磁石の温度推定精度を向上できる。
【０１５０】
このようにすれば、温度検出手段３１を用いなくても永久磁石同期機１ａの永久磁石の推定温度Ｔｍａｇを求めることができ、実施の形態１乃至４の同期機制御装置における磁束演算器８、８ａ、８ｂに前記永久磁石温度推定機構を追加した構成がこの実施の形態における磁束演算器８ｃとなる。
【０１５１】
永久磁石同期機１ａの永久磁石の推定温度Ｔｍａｇを同期機１の温度（相当）として、実施の形態３に示した方法に従い、運転目標指令生成器１３ｃにおいて前記運転目標指令を生成する。ただし、磁石性能確保の点から、トルク精度より磁石性能確保、減磁防止が優先される場合（例えば、永久磁石の温度上昇に伴う減磁が大きい場合等）には、永久磁石の（推定）温度が上昇した際に、トルク指令を制限し、永久磁石同期機１ａの出力トルク、即ち、トルク発生に必要な電機子電流を抑制することで更なる温度上昇を抑制する方が望ましい。
【０１５２】
図２２は、実施の形態５の他の例を示す図で、永久磁石同期機１ａと同期機制御装置を含めた同期機制御システムにおいて、トルク指令制限器３３を備えた構成図である。この構成では、永久磁石の推定温度Ｔｍａｇに基づいて、所定のトルク制限τｌｉｍ*を設定し、トルク指令τ*を制限するトルク指令制限器３３を備えている。図２２において、トルク指令制限器３３で制限される前のトルク指令をτ*、トルク指令制限器３３出力のトルク指令をτ０*として区別している。
【０１５３】
なお、トルク指令を制限する本方式は実施の形態３において、温度検出手段３１で検出した同期機１の温度に基づいて行う方法でも良い。
【０１５４】
以上が、実施の形態５に係る同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、永久磁石同期機１ａの永久磁石の推定温度が高いときは永久磁石同期機１ａの発熱を少なくする電機子鎖交磁束指令を生成するための運転目標指令を生成することにより、永久磁石同期機１ａの発熱と損失とを抑制しながら同期機１を駆動できる効果がある。また、永久磁石同期機１ａの永久磁石の推定温度が高いときに永久磁石同期機１ａが出力するトルクを制限することで、永久磁石の温度上昇を抑制し、永久磁石の減磁を防止する効果がある。
【０１５５】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る同期機制御装置を図２３に基づいて説明する。図２３は、実施の形態６に係る同期機制御装置を説明する図で、同期機と同期機制御装置とを含めた同期機制御システムを示す図である。
【０１５６】
実施の形態６に係る同期機制御装置は、図２３に示すように、トルク指令τ*に対するトルク指令補償量Δτを同期機１の回転速度ωと推定電機子鎖交磁束（ｄ軸成分ｐｄ０、ｑ軸成分ｐｑ０）とに基づいて演算し、トルク指令τにトルク指令補償量Δτを加減算するトルク指令補償器３４を追加したものである。図２３において、トルク指令補償器３４で補償される前のトルク指令をτ*、トルク指令補償器３４出力のトルク指令をτ１*として区別している。
【０１５７】
実施の形態６に係る磁束演算器８ｄは、実施の形態１乃至５の同期機制御装置における磁束演算器８、８ａ、８ｂ、８ｃにおいて、ｄｑ軸上の推定電機子鎖交磁束ｐｄ０、ｐｑ０を出力するようにしたもので、機能、演算処理内容は磁束演算器８、８ａ、８ｂ、８ｃに準ずる。
【０１５８】
好適な同期機制御システムおいて、トルク指令τ*と同期機１が出力するトルクτとは一致すべきであるが、電力変換手段４によって同期機１へ入力する電力が全て同期機１においてトルクへ変換されず、一部が同期機１の渦電流損やヒステリシス損を含む鉄損、あるいは機械損、風損として熱エネルギーとして放出される。これらの損失が顕著である場合、トルク指令τ*に対して同期機１が出力するトルクτが減少する。そこで、トルク指令τ*に対して、これらの損失によって減少するトルク分を補償し、トルク指令τ*と同期機１が出力するトルクτとは一致させるようにする。
【０１５９】
実施の形態６においては、主に渦電流損やヒステリシス損を含む鉄損と機械損、風損に起因するトルク減少分を補償する方法を示すが、これらの損失以外のトルク減少要因について別途補償しても良い。
【０１６０】
鉄損に関しては、ヒステリシス損は同期機１の回転速度ωに比例、渦電流損は回転速度ωの２乗に比例することが知られており、また、鉄損は電機子鎖交磁束にも依存することから、鉄損推定値をＷｉとすれば、（３６）式のように鉄損をｄｑ軸上の推定電機子鎖交磁束ｐｄ０、ｐｑ０とωとの関数として数式化することで求められる。
Ｗｉ＝ｆ(ω、ｐｄ０、ｐｑ０)          ・・・（３６）
また、若干の演算精度の低下を許容し、（３６）式の関数を単純化する場合は、（３７）式のように鉄損を推定電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|とωとの関数として数式化しても良い。
Ｗｉ＝ｆ(ω、|Φ|)          ・・・（３７）
【０１６１】
機械損、風損は、同期機１の回転速度ωの関数で表されることが知られており、これらの損失推定値をＷｍとすれば、（３８）式に示すようにＷｍをωの関数として数式化することで求められる。
Ｗｍ＝ｆ(ω)          ・・・（３８）
これらの損失を（３６）〜（３８）式のように数式化する際は、予め周知の磁界解析のツールを用いるあるいは実測によって求めても良く、損失を求める手段は問わない。
【０１６２】
前記の方法で鉄損Ｗｉ、機械損、風損Ｗｍを推定できれば、トルク指令補償器３４においてトルク指令τ*に対して補償すべきトルク指令補償量Δτは（３９）式、トルク指令補償器３４の出力τ１*は（４０）式となる。
【０１６３】
【数３９】
0005357232.tif 000029
【０１６４】
τ１*＝τ*＋Δτ          ・・・（４０）
なお、実施の形態６の構成は、実施の形態１乃至５の全てに対して追加することができる。
【０１６５】
以上が、実施の形態６に係る同期機制御装置の説明である。この実施の形態によれば、トルク指令補償器３４において、同期機１で発生する鉄損等の同期機損失に起因して発生するトルク指令と出力トルクとの誤差を演算、補償することが可能となるため、トルク制御精度が向上する効果がある。
【符号の説明】
【０１６６】
１  同期機
１ａ  永久磁石同期機
２、２ａ、２ｂ  電圧指令生成器
３  電源
４  電力変換手段
５  電流検出手段
６、６ａ  位置検出手段
７  速度演算器
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  磁束演算器
９  磁化電流指令生成器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  制御指令生成器
１１ａ〜ｄ  座標変換器
１２  電圧検出手段
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  運転目標指令生成器
２１、２１ａ  第１の磁束指令生成器
２２、２２ａ  第２の磁束指令生成器
２３  指令配分設定器
２４  磁束指令調整器
２５  トルク電流指令生成器
２６  トルク電流指令制限器
２７  磁束指令制限器
３１、３１ａ  温度検出手段
３２  抵抗推定器
３３  トルク指令制限器
３４  トルク指令補償器
４１  ＰＩ制御器
４２  電圧フィードフォワード指令生成器
４３  切換スイッチ
５１ａ〜ｇ  加減算器
８１  電流型磁束演算器
８２  電圧形磁束演算器
８３  適応オブザーバ
８４  同期機モデル
８５  速度推定器
８６  ゲイン設定器
８７  偏差増幅器
８８  電機子鎖交磁束換算器
【図１】
0005357232.tif 000030
【図２】
0005357232.tif 000031
【図３】
0005357232.tif 000032
【図４】
0005357232.tif 000033
【図５】
0005357232.tif 000034
【図６】
0005357232.tif 000035
【図７】
0005357232.tif 000036
【図８】
0005357232.tif 000037
【図９】
0005357232.tif 000038
【図１０】
0005357232.tif 000039
【図１１】
0005357232.tif 000040
【図１２】
0005357232.tif 000041
【図１３】
0005357232.tif 000042
【図１４】
0005357232.tif 000043
【図１５】
0005357232.tif 000044
【図１６】
0005357232.tif 000045
【図１７】
0005357232.tif 000046
【図１８】
0005357232.tif 000047
【図１９】
0005357232.tif 000048
【図２０】
0005357232.tif 000049
【図２１】
0005357232.tif 000050
【図２２】
0005357232.tif 000051
【図２３】
0005357232.tif 000052