JP2015211569A - 同期機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】界磁として永久磁石を有する同期機を駆動しながら、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度を高い精度で推定することが可能な同期機制御装置を提供する。【解決手段】同期機１の回転速度と電圧指令と電流指令とに基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器６、および永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段７を備え、磁石温度推定手段７が、電流指令と磁束推定器６の出力とを入力し、永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における電流指令と、磁束推定器６によって推定された電機子鎖交磁束推定値と、永久磁石の温度が所定の温度T1を基準に所定の温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の電機子鎖交磁束の変化量とに基づいて永久磁石の温度を推定する。【選択図】図１

Description

この発明は、界磁として永久磁石を有する同期機の制御装置である同期機制御装置に関するものである。

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。
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。

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、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軸電圧操作量をマップとして保持しておき、同期機を比例積分（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、前記マップにより保持された（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た従来の装置がある。（例えば特許文献１）

また、同様な制御装置の他の例として、電機子巻線（ステータ巻線）への通電時に、先ず、基準界磁電流マップに格納されている複数の電源電圧毎のマップデータの中から、電圧検出器から出力されるバッテリの端子電圧に対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに含まれる複数の所定基準磁石温度毎のマップデータの中から、トルクセンサにより検出されるトルクおよび角度演算部から出力される回転数、及びｑ軸電流（後述する本願発明においては界磁電流を意味する）に対応するマップデータを選択し、選択したマップデータに対応する所定基準磁石温度を磁石温度の推定値として設定する磁石温度推定部を有するようにした従来の装置がある。（例えば特許文献２）

また、同様な制御装置の他の例として、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た従来の装置がある。（例えば特許文献３）

特許第４２２３８８０号公報 特許第４６５２１７６号公報 特開２００５−１９２３２５号公報 特許第４６７２２３６号公報 特許第５２９１１８４号公報

特許文献１に示された従来の装置においては、減磁の発生の有無は判断できるものの磁石温度を求める方法については開示されておらず、減磁状態から磁石温度を換算する何らかの方法が別途必要となるといった課題があった。特に、「不可逆減磁」の有無を判定するためには、磁石温度の把握が必要である。

特許文献２に示された従来の装置においては、トルク、回転数および電源電圧を含む多くのパラメータについて、磁石温度を変更しながら計測して磁石温度推定用の多くのマップデータを作成するため、これらのマップデータの作成に大きな労力を必要とするといった課題があった。

特許文献３に示された従来の装置においては、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。

この発明は、従来の同期機制御装置における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、界磁として永久磁石を有する同期機を駆動しながら、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、永久磁石の温度を高い精度で推定す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。

この発明に係る同期機制御装置は、界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、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、電流指令と前記電流検出手段の出力と前記位置検出手段の出力とに基づいて前記電圧指令を生成し前記電力変換手段を介して前記電機子電流を制御する電流制御器、前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令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器、および前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、前記磁石温度推定手段が、前記電流指令と前記磁束推定器の出力とを入力し、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と、前記磁束推定器によって推定された電機子鎖交磁束推定値と、前記永久磁石の温度が前記所定の温度T1を基準に前記所定の温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量とに基づいて前記永久磁石の温度を推定するものである。

この発明は、界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、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、電流指令と前記電流検出手段の出力と前記位置検出手段の出力とに基づいて前記電圧指令を生成し前記電力変換手段を介して前記電機子電流を制御する電流制御器、前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令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器、および前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、前記磁石温度推定手段が、前記電流指令と前記磁束推定器の出力とを入力し、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と、前記磁束推定器によって推定された電機子鎖交磁束推定値と、前記永久磁石の温度が前記所定の温度T1を基準に前記所定の温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量とに基づいて前記永久磁石の温度を推定するので、電流指令に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、変化する電流（負荷）条件下で永久磁石の温度を精度良く推定できるといった従来にない顕著な効果を奏することができるものである。

この発明の実施の形態１を示す図で、同期機制御装置及び同期機１を含めた同期機システムの全体を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、同期機制御装置の他の実施態様及び同期機１を含めた同期機システムの全体を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、磁石温度推定手段７の構成の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、磁石温度推定手段７を構成する第１の磁束マップ７１の概念図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、磁石温度推定手段７を構成する磁束変化マップ７０の概念図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、複数のｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqの条件下での磁石温度上昇１０℃に対するｄ軸磁束の減磁割合の一例を表で示す図である。 この発明の実施の形態２を示す図で、磁石温度推定手段７ａの構成の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２を示す図で、磁石温度推定手段７ａを構成する第２の磁束マップ７２の概念図である。 この発明の実施の形態３を示す図で、磁石温度推定手段７ｂの構成の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３を示す図で、ある一定のｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqの条件下での磁石温度とｄ軸磁束との相関の一例を示す概念図である。 この発明の実施の形態４を示す図で、同期機制御装置及び同期機１を含めた同期機システムの全体を示す図である。 この発明の実施の形態５を示す図で、同期機制御装置及び同期機１を含めた同期機システムの全体を示す図である。 この発明の実施の形態６を示す図で、同期機制御装置及び同期機１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．
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。
本発明における同期機制御装置は、図１に図示しない上位のシステムから電流指令（本発明では、後述の回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上（以下ｄ−ｑ軸上と略記）の電流指令Id*、Iq*に相当）、あるいはさらにその上位のシステムからトルク指令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本発明が適用される場合は、ドライバー（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電流指令あるいはトルク指令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電流指令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、この発明の同期機制御装置において推定する、同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度推定値Tmagを前記上位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良い。ただし、本発明において前記電流指令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前記例示にとどめる。
図１は、実施の形態１に係る同期機制御装置を説明するための、同期機１を含めて示すシステム構成図である。なお、本発明における同期機１は、界磁として永久磁石を有するものである。

以下、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および、構成要素の機能について説明する。
まず、実施の形態１において同期機１を駆動するために必要な構成について、電力変換手段２の出力側から順に、電力変換手段２の入力側となる電圧指令の生成までの流れを説明する。

本発明の実施の形態１における同期機１を駆動する同期機制御装置の構成において、電源２３から供給される電力を多相交流電力へ変換し、多相交流電圧を出力する周知のＰＷＭ（パルス幅変調）インバータをはじめとする電力変換手段２と同期機１の電機子巻線とが接続され、後述の構成による電流制御器５により得られる電圧指令、厳密には、電流制御器５から出力される電圧指令を、後述の構成による位置検出手段４で得られる同期機１の回転子位置θに基づいて座標変換器２１ｂにて座標変換することで得られる多相交流電圧指令に基づいて電力変換手段２は同期機１に多相電圧を出力し、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。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。
なお、本発明の実施の形態１の電源２３に関し、直流電圧を出力する電源あるいはバッテリなどの電池、または、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を含めて電源２３とする。

同期機１の出力電流である電機子電流は電流センサをはじめとする電流検出手段３によって検出される。なお、電流検出手段３は、同期機１が三相回転機の場合、同期機１の三相の電機子電流iu、iv、iwの内、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２つの相の電機子電流iu、ivを用いて三相平衡状態の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構成でも良い。さらに、各相の電機子電流を直接検出する方法以外に、周知の技術である、電源１３と電力変換手段２との間を流れるＤＣリンク電流に基づいて電機子電流を検出する方法でも良い。

位置検出手段４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、あるいは電圧指令や電機子電流等を用いて演算により推定する。ここで、同期機１の回転子位置θとは、一般的に、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極方向の角度を指す。また、同期機１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）を定義し、慣例同様、ｄ軸を前記永久磁石のＮ極方向、すなわち、界磁磁束方向に定め、ｑ軸はｄ軸に対して90°進んだ直交方向に定める。以下の説明もこの座標軸の定義に従う。

図１における位置検出手段４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を検出する例を示しているが、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から回転子位置θを推定しても良い。
図２は、実施の形態１において、図１とは異なり推定演算により回転子位置θを得る位置検出手段４ａを備えた同期機制御装置と同期機１とを含めて示すシステム構成図である。位置検出手段４ａの構成は、例えば、特許文献４、５に示されている構成で実現可能であることから、本文では省略する。

なお、図１と図２の差異は、位置検出手段４（４ａ）に係る箇所のみであり、その他の構成は同一である。
後述の実施の形態において、図１の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を検出する例に基づいて説明するが、図２の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から回転子位置θを推定する方式にも適用できることは言うまでもない。

座標変換器２１ａは、同期機１の電機子電流iu、iv、iwを回転子位置θに基づいて（１）式の演算によりｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqへ変換する。

電流制御器５は、ｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqを所望の電流指令Id*、Iq*に一致させるようにｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*を出力する。電流制御器５においては、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*とｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqとの偏差に基づいて（２）式の比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、ｄ−ｑ軸上の電圧指令（電流フィードバック制御指令）Vd*、Vq*を生成する。
ここで、Kpdは電流制御ｄ軸比例ゲイン、Kidは電流制御ｄ軸積分ゲイン、Kpqは電流制御ｑ軸比例ゲイン、Kiqは電流制御ｑ軸積分ゲイン、s：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。
また、電流制御器５において、インダクタンス値、抵抗値などのモータパラメータと回転速度ωを用いて電圧フィードフォワード項を演算し、前記電流フィードバック制御指令に加算する周知の電圧非干渉制御を適用して、電圧指令をｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*を求めても良い。

電圧フィードフォワード制御を行うためには、図１（図２）の電流制御器５の入力として記載されていない、回転速度ωを電流制御器５へ入力する必要があり、位置検出手段４（または４ａ）で検出した回転子位置θを用いて微分演算を行い、回転速度ωを得る。
電流制御器５から出力されるｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*は、座標変換器２１ｂにおいて（３）式の演算により、回転子位置θ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２に出力される。
電力変換手段２は前記の通り、電圧指令vu*、vv*、vw*に基づいて周知のＰＷＭ（パルス幅変調）方式等により同期機１に電圧vu、vv、vwを出力する。
以上が、実施の形態１において同期機１を駆動するために必要な構成である。

次に、本発明の特徴である同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度推定に必要な構成である磁束推定器６と磁石温度推定手段７について説明する。
磁束推定器６は、前記回転速度ω、ｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*（Id*、Iq*の代わりにｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqを用いても良い）に基づいて電機子鎖交磁束Φに係る状態量を推定する。なお，電機子鎖交磁束Φとは、永久磁石磁束Φmと前記電機子電流が生成する磁束（電機子反作用磁束）Φaとの合成磁束を指す。

電機子鎖交磁束Φに係る状態量を推定する好適な一手法として、ｄ−ｑ軸上の電圧Vd、Vqと電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd（以下ｄ軸磁束と表記）、同ｑ軸成分Φq（以下ｑ軸磁束と表記）との関係式である（４）式の演算によってΦd、Φq、必要に応じて（５）式の演算によって電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ|を求める方法がある。
ここで、Ld：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：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）、R：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２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、該配線抵抗も考慮した抵抗値とする）である。なお、ラプラス演算子sは１回の時間微分を意味するが、定常状態では微分項を考慮しなくても良い。

実施の形態１における図１、図２の構成では、ｄ−ｑ軸上の電圧Vd、Vqの実際の値が不明であるため、ｄ−ｑ軸上の電圧Vd、Vqの代わりにｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*を用いて（６）式の演算により、電機子鎖交磁束Φの推定値Φeのｄ軸成分Φde（以下ｄ軸磁束推定値と表記）、同ｑ軸成分Φqe（以下ｑ軸磁束推定値と表記）、必要に応じて（７）式の演算によって電機子鎖交磁束Φの推定値Φeの絶対値|Φe|を求める。
その際、同期機１の駆動開始前（停止状態）において、ｑ軸電圧指令Vq*が０であり、Φde＝０となることから、同期機１の駆動開始におけるΦdeの初期値として、所定の永久磁石磁束の値（Φm0とする）を与えておく。

図１（図２）の磁束推定器６の入力の中に、位置検出手段４（または４ａ）で検出した回転子位置θが含まれているが、これは、前記回転子位置θを用いて微分演算を行うことで回転速度ωを得る処理を磁束推定器６の処理の中に含めていることを想定したものであり、当該処理を別の構成部で行うならば、必ずしも磁束推定器６の入力として回転子位置θを含める必要はない。
（６）式の演算において、電流の変化が緩やかであると仮定して（５）式におけるラプラス演算子sを含む項は無視しても良い。

図３は、実施の形態１に係る同期機制御装置における磁石温度推定手段７の構成の一例を示す構成図である。
この発明の実施の形態１による同期機制御装置の特徴に一つである磁石温度推定手段７は、図３に示すように、第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０と磁石温度換算部７９とで構成し、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定するｄ軸磁束推定値Φdeと第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０とに基づいて同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力する。

図４は、第１の磁束マップ７１の概念図であり、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲（図４では、ｄ軸電流指令Id*の範囲を-100[A]〜0[A]、ｑ軸電流指令Iq*の範囲を-100[A]〜+100[A]を想定、以下の図も同様）全てにおいて、同期機１の永久磁石が温度T1の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分(Φd1とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしたものである。
（相関マッピングの際は、電流指令Id*、Iq*の代わりにｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqに対する関連付けでも良く、以下のマッピングにおいても同様である。）
第１の磁束マップ７１に基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T1の条件下における電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd1へ換算し出力する。
マッピングした電流指令条件と同期機１の駆動時に与えられた電流指令とが一致しなければ、線形補間や近似の手法を用いて推定値を出力する。（その他のマップも同様な手法を用いる。）

図５は、磁束変化マップの概念図であり、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てにおいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*が一定であるとの前提で、同期機１の永久磁石が温度T1から温度T1とは異なる温度T2までΔT0分変化した時のｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分の変化量（ΔΦd0とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしたものである。

磁束変化マップ７０に基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T1から温度T1とは異なる温度T2までΔT0分変化した時の電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分の変化量ΔΦd0へ換算し出力する。なお、温度T1、T2は同期機１の駆動によって変化し得る（同期機１の界磁を形成する）永久磁石の温度変化範囲のそれぞれ上下限に設定することが望ましい。なお、本発明において温度T1、T2の大小関係は問わない。

磁石温度換算部７９は、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定する(温度T1の時の)ｄ軸磁束推定値Φdeと第１の磁束マップ７１から得られる電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd1と磁束変化マップ７０から得られる電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分の変化量ΔΦd0とから（８）式に基づいて同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力する。
以上の構成で、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時の同期機１の永久磁石の温度を推定できる。

前記の構成では、ｄ軸磁束推定値Φdeを用いて永久磁石の温度を推定する方式を示したが、ｄ軸磁束推定値Φdeの代わりに電機子鎖交磁束Φの推定値Φeの絶対値|Φe|を用いて推定することも可能である。

この場合、第１の磁束マップ７１ａは、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てにおいて、同期機１の永久磁石が温度T1の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φの絶対値（|Φ1|とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしておく。この第１の磁束マップ７１ａに基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T1の条件下における電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ1|へ換算し出力する。

また、磁束変化マップ７０ａは、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てにおいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*が一定であるとの前提で、同期機１の永久磁石が温度T1から温度T2までΔT0分変化した時のｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φの絶対値の変化量（|ΔΦ0|とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしておく。この磁束変化マップ７０ａに基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T1から温度T2までΔT0分変化した時の電機子鎖交磁束Φの絶対値の変化量|
ΔΦ0|へ換算し出力する。

これらの出力値を用いれば、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定する電機子鎖交磁束推定値Φeの絶対値|Φe|と第１の磁束マップ７１ａから得られる電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ1|と磁束変化マップ７０ａから得られる電機子鎖交磁束Φの絶対値の変化量|ΔΦ0|とから、前記同様に同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力することができる。

次に、前記方法によって同期機１の永久磁石温度を推定する原理について説明する。
ｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqとｄ軸磁束Φd、ｑ軸磁束Φqとの関係式は、ｄ軸インダクタンスLd、ｑ軸インダクタンスLq、永久磁石磁束Φmを用いて表すと（９）式となる。
仮に、ｄ軸電流Idかつｄ軸インダクタンスLdが一定とした時、永久磁石の温度変化により、永久磁石磁束Φmが変化すると該変化はｄ軸磁束Φdにあらわれる。したがって、所定のｄ−ｑ軸上の電流Id、Iq条件下におけるｄ軸磁束Φdと永久磁石の温度Tmとの相関が分かれば永久磁石の温度Tmを推定できる。
ただし、永久磁石磁束Φm、すなわちｄ軸磁束Φdと永久磁石の温度Tmとの相関は電機子電流の大きさに依存して変化する同期機１の磁気飽和状態によって異なる。

例えば、モータに組み込まれていない単体の状態で磁石温度上昇１０℃に対して１％の割合で減磁する特性を有する永久磁石が同期機１の界磁として組み込まれた場合に、磁気飽和が緩和されている状態（ｑ軸電流Iqの絶対値が小さい、軽負荷条件など）では、単体の状態と同様に温度上昇１０℃に対して概ね１％の割合でｄ軸磁束Φdの減磁が発生する。
ただし、ｑ軸電流の絶対値が大きい磁気飽和状態では、温度上昇１０℃に対して０.６〜１.０％の割合で減磁が発生するといったように、磁石温度変化に対するｄ軸磁束Φdの変化は電流条件に対しては一様ではない。（該変化量は、ｑ軸電流Iqのみではなく、ｄ軸電流Idにも依存する。）

図６は、複数のｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqの条件下での磁石温度上昇１０℃に対するｄ軸磁束Φdの減磁割合の一例を示す表である。
また、実際には永久磁石の温度変化により、永久磁石磁束Φmが変化して磁気飽和状態も僅かに変わるため、ｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqが一定の条件下においても、永久磁石の温度が変わるとｄ軸インダクタンスLd、ｑ軸インダクタンスLqの値にも変化が生じる。

よって、永久磁石の温度Tmが変化すると、ｄ軸インダクタンスLd、永久磁石磁束Φmともに変化し、さらに、磁石温度変化に対する該変化の大きさはｄ−ｑ軸電流Id、Iq（すなわち負荷条件）によって異なる。
すなわち、（６）式からｄ軸磁束推定値Φdeを求めた際、ｄ軸インダクタンスLdとｄ軸電流Idとに起因する電機子反作用磁束（Ld・Id）と永久磁石磁束Φmとに分離することは困難であり、永久磁石温度Tmと永久磁石磁束Φmとの直接的な相関を求めることは容易ではない。

このことから、永久磁石の温度を精度良く推定するためには、永久磁石の温度Tmとｄ軸磁束Φdとの相関を、様々なｄ−ｑ軸上の電流Id、Iq条件毎に把握する必要がある。
そこで、この発明の実施の形態１では、磁石状態推定手段７において、第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０と磁石温度換算部７９とで構成し、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定するｄ軸磁束推定値Φdeと第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０とに基づいて同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力する構成とした。

本発明の実施の形態１の永久磁石温度推定において、界磁磁束と同一方向であるｄ軸磁束推定値Φdeに基づいて永久磁石温度推定を行うと、（９）式からわかるように磁石温度変化に対する磁束変化がｄ軸側に表れるため、磁石温度変化に対する磁束変化の感度を向上させる事ができ、永久磁石の温度推定精度が向上する。
ただし、（５）式と（９）式との関係からわかるように、永久磁石の温度変化に起因する変化は電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|にもあらわれるため、前記の通り、電機子鎖交磁束のｄ軸成分の代わりに絶対値|Φ|を用いて永久磁石の温度を推定できることは言うまでもない。

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１によれば、電流指令（同期機の磁気飽和状態）に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を正確に把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、あらゆる電流（負荷）条件で永久磁石の温度を精度良く推定できる効果がある。
また、界磁磁束と同一方向であるｄ軸成分の電機子鎖交磁束に基づいて永久磁石温度推定を行うと、磁石温度変化に対する磁束変化の感度を向上させる事ができ、永久磁石の温度推定精度が向上する効果も得られる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る同期機制御装置について説明する。
実施の形態２におけるシステム構成図は図１と同様となるが、磁石温度推定手段７が、以下に示す磁石温度推定手段７ａの構成に置き換わる点が実施の形態１と異なる。
以下、実施の形態１と異なる磁石温度推定手段７ａの構成を中心に説明し、他の同一部分については、適宜説明を省略する。

図７は、実施の形態２に係る同期機制御装置における磁石温度推定手段７ａの構成の一例を示す構成図である。
この発明の実施の形態２による同期機制御装置の特徴の一つである磁石状態推定手段７ａは、図７に示すように、第１の磁束マップ７１と第２の磁束マップ７２と磁石温度換算部７９ａとで構成し、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定するｄ軸磁束推定値Φdeと第１の磁束マップ７１と第２の磁束マップ７２とに基づいて同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力する。
なお、第１の磁束マップ７１については、実施の形態１の図４に示したものと同じ構成であり、説明を省略する。

前述の実施の形態１では、磁石状態推定手段７において、「同期機１の永久磁石が温度T1の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd1との相関」と「同期機１の永久磁石が温度T1からT2までΔT0分変化した時のｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分の変化量ΔΦd0との相関」との２つの相関情報から、永久磁石の温度を精度良く推定するために必要な、様々なｄ−ｑ軸上の電流Id、Iq条件での永久磁石の温度Tmとｄ軸磁束Φdとの相関を求めている。

それに対し、ここで説明する実施の形態２では、磁石状態推定手段７ａにおいて、「同期機１の永久磁石が温度T1の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd1との相関（実施の形態１と同じ）」と「同期機１の永久磁石が温度T2の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分(Φd2とする)との相関」との２つの相関情報から、永久磁石の温度を精度良く推定するために必要な、様々なｄ−ｑ軸上の電流Id、Iq条件での永久磁石の温度Tmとｄ軸磁束Φdとの相関を求めている点が実施の形態１と異なる。

図８は、第２の磁束マップ７２の概念図であり、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てにおいて、同期機１の永久磁石が温度T1の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd2との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしたものである。

第２の磁束マップ７２に基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T2の条件下における電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd2へ換算し出力する。
磁石温度換算部７９ａは、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定するｄ軸磁束推定値Φdeと第１の磁束マップ７１から得られる電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd1と第２の磁束マップ７２から得られる電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分Φd2とから（１０）式に基づいて同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力する。
以上の構成で、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時の同期機１の永久磁石の温度を推定できる。

また、発明の実施の形態２においても、ｄ軸磁束推定値Φdeの代わりに電機子鎖交磁束Φの推定値Φeの絶対値|Φe|を用いて推定することも可能である。
この場合、第２の磁束マップ７２ａは、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てにおいて、同期機１の永久磁石が温度T2の状態におけるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φの絶対値（|Φ2|とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしておく。この第２の磁束マップ７２ａに基づいて、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を、同期機１の永久磁石が温度T2の条件下における電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ2|へ換算し出力する。

これらの出力値を用いれば、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*で同期機１を駆動した時に、磁束推定器６で推定する電機子鎖交磁束推定値Φeの絶対値|Φe|と第１の磁束マップ７１ａから得られる電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ1|と第２の磁束マップ７２ａから得られる電機子鎖交磁束Φの絶対値|Φ2|とから、前記同様に同期機１の永久磁石温度推定値Tmagを出力することができる。

以上が、実施の形態２における同期機制御装置の説明である。
この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、電流指令（同期機の磁気飽和状態）に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を正確に把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、あらゆる電流（負荷）条件で永久磁石の温度を精度良く推定できる効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る同期機制御装置について説明する。
実施の形態３におけるシステム構成図は図１と同様となるが、磁石温度推定手段７が、以下に示す磁石温度推定手段７ｂの構成に置き換わる点が実施の形態１、２と異なる。
以下、実施の形態１、２と異なる磁石温度推定手段７ｂの構成を中心に説明し、他の同一部分については、適宜説明を省略する。

図９は、実施の形態２に係る同期機制御装置における磁石温度推定手段７ｂの構成の一例を示す構成図である。
この発明の実施の形態３による同期機制御装置の特徴の一つである磁石状態推定手段７ｂは、第１の磁束マップ７１、第２の磁束マップ７２に加え、前記永久磁石の温度が温度T1、T2とは異なる温度の条件下における、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分との相関を示す磁束マップを有することが特徴である。

図９において、第３の磁束マップ７３は、前記永久磁石の温度が温度T1、T2とは異なる温度T3において、第１の磁束マップ７１、第２の磁束マップ７２同様に、同期機１を全運転領域で駆動するために必要なｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の範囲全てのｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分(Φd3とする)との相関を、実機実験的あるいは周知の磁界解析のツールなどを用いて求めてマッピングしたものである。

さらに加えて、温度T1、T2、T3とは異なる温度の条件下における、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分との相関を示す磁束マップを有するような構成としても良いが、マップ数が多大となると作成に大きな労力を必要とするため、マップ数は必要最低限にとどめる。

先述の通り、ｑ軸電流の絶対値が大きい磁気飽和状態では、磁石温度変化に対するｄ軸磁束Φdの変化は電流条件に対しては一様ではなく、また、同期機１の駆動によって変化し得る（同期機１の界磁を形成する）永久磁石の温度変化範囲が大きい場合、電流条件を固定としても、磁石温度変化に対するｄ軸磁束Φdの変化は電流条件に対しては一様ではなくことがある。概ね、永久磁石の温度が高くなるに従い、磁石温度変化に対するｄ軸磁束Φdの変化が大きくなる傾向にあり、該現象を鑑み、前記磁束マップを３温度条件以上について求めることで、このような現象に対しても永久磁石の温度を精度良く推定できるようにする。

図１０は、ある一定のｄ−ｑ軸上の電流Id、Iqの条件下での磁石温度Tmとｄ軸磁束との相関の一例を示す概念図である。該図の例では、同期機１の駆動によって変化し得る（同期機１の界磁を形成する）永久磁石の温度変化範囲がT1〜T3であり、かつ、温度T2近傍で磁石温度変化に対するｄ軸磁束Φdの変化（割合）が変わる特性を持つような同期機１を示している。このようなケースでは、温度T1、T2、T3の３つの磁石温度条件下における、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*と電機子鎖交磁束Φのｄ軸成分との相関を示す磁束マップを有するような構成が望ましい。

以上が、実施の形態３における同期機制御装置の説明である。
この実施の形態３によれば、各々異なる永久磁石温度の条件下における電流指令に対する磁束マップを複数備えることで、同期機１の駆動によって変化し得る永久磁石の温度変化範囲が大きい場合においても、電流指令に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化をより正確に補正することができることから、永久磁石の温度推定精度が向上する効果がある。

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について説明する。
図１１は、実施の形態４に係る同期機制御装置を説明するための、同期機１を含めて示すシステム構成図である。

この発明の実施の形態４による同期機制御装置は、図１１に示すように、同期機１の電機子巻線温度を検出する温度検出手段８を追加し、磁束推定器６ａにおいて、前記回転速度と前記電圧指令と前記電流指令と前記電機子巻線温度とに基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定するようにしたものである。

以下、実施の形態１から３と異なる磁束推定器６ａと新たに追加した温度検出手段８の構成を中心に説明し、他の同一部分については、適宜説明を省略する。
磁束推定器６ａは、回転速度ω、ｄ−ｑ軸上の電圧指令Vd*、Vq*、ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*に基づいて（６）式の演算により、ｄ軸磁束推定値Φde、ｑ軸磁束推定値Φqeを求める。その際、新たに抵抗Rの温度変化を考慮する点が実施の形態１〜３と異なる。

同期機１の抵抗Rの主成分である電機子巻線の抵抗は、電機子巻線温度Taによって抵抗値が変化する温度特性を有する。抵抗Rの温度変化に伴うｑ軸電圧指令Vq*の変化が、ｄ軸磁束推定値Φdeに対して影響を及ぼさないレベルであれば、抵抗Rの温度変化を考慮しなくても良いが、電機子巻線の抵抗が大きい場合、ｄ軸磁束推定値Φdeに誤差が生じ易くなる。

したがって、電機子巻線の抵抗が大きい場合に、抵抗Rの温度変化分を補正して（６）式の演算を行い、誤差の小さいｄ軸磁束推定値Φdeが得られるようにするため、電機子巻線温度Taを温度検出手段８にて推定し、推定した該温度に基づいて抵抗（値）Rの温度補正を施す。
温度検出手段８は、周知の温度センサ等を用い、電機子巻線温度Taと抵抗Rとの相関を予め求めておくことで、抵抗（値）Rの温度補正を行う。

以上が、実施の形態４における同期機制御装置の説明である。
この実施の形態４によれば、電機子巻線温度を検出し、該温度を同期機１の電機子鎖交磁束推定動作に反映させることで、電機子鎖交磁束の推定精度が向上し、その結果、永久磁石の温度推定精度が向上する効果がある。

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について説明する。
図１２は、実施の形態５に係る同期機制御装置を説明するための、同期機１を含めて示すシステム構成図である。

この発明の実施の形態５による同期機制御装置は、図１２に示すように、磁石温度推定手段７で推定する永久磁石温度推定値Tmagに基づいてｄ−ｑ軸上の電流指令を制限する電流指令制限手段９を追加したものである。
図１２のｄ−ｑ軸上の電流指令において、便宜上、電流指令制限手段９の入力側の制限前の該指令をId0*、Iq0*、制限後の電流指令制限手段９の出力側の該指令をId*、Iq*としている。
以下、新たに追加した電流指令制限手段９の構成を中心に説明し、他の同一部分については、適宜説明を省略する。

同期機１の永久磁石の温度Tmを推定する目的の１つに、不可逆減磁が発生する許容温度以下に抑制する点がある。
同期機１の電機子電流（実効値）が増加すると、同期機１で発生する熱（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１の全体の温度も上昇し、永久磁石の減磁がより進行する。さら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に至る可能性がある。

そこで、同期機１の温度が上昇した際、電流指令制限手段９においてｄ−ｑ軸上の電流指令を永久磁石温度推定値Tmagに応じて制限し、電機子電流（実効値）を小さくすることで、さらなる温度上昇を抑制するような構成とする。
永久磁石温度推定値Tmagと電流指令制限値との相関は、鉄損と関係がある同期機１の回転速度などの駆動条件、同期機１の熱容量や冷却性能に応じて設定する。

簡便な方法としては、（１１）式に示されるように、前記Id*とIq*の二乗和平方根が永久磁石温度推定値Tmagの関数として表わされる電流制限値（Ilimとする）以下となるようにｄ−ｑ軸上の電流指令Id*とIq*とを調整すれば良い。

以上が、実施の形態５における同期機制御装置の説明である。
この実施の形態５によれば、同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度上昇時に電流指令を制限することから、その結果磁石温度上昇を引き起こす電機子電流（実効値）を小さくでき、永久磁石の不可逆減磁を防止することができる効果がある。

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について説明する。
図１３は、実施の形態６に係る同期機制御装置を説明するための、同期機１を含めて示すシステム構成図である。
この発明の実施の形態６による同期機制御装置は、図１３に示すように、磁石温度推定手段７で推定する永久磁石温度推定値Tmagに基づいて同期機１に対するトルク指令を制限するトルク指令制限手段１０と、前記制限されたトルク指令に基づいて前記電流指令を生成する電流指令生成手段１１とを追加したものである。

図１３の同期機１に対するトルク指令において、便宜上、トルク指令制限手段１０の入力側の制限前の該指令をτ0*、制限後の電流指令制限手段９の出力側の該指令をτ*としている。
以下、新たに追加したトルク指令制限手段１０、電流指令生成手段１１の構成を中心に説明し、他の同一部分については、適宜説明を省略する。

先述の実施の形態５では、同期機１の温度が上昇した際、電流指令制限手段９においてｄ−ｑ軸上の電流指令を永久磁石温度推定値Tmagに応じて制限し、電機子電流（実効値）を小さくすることで、さらなる温度上昇を抑制するような構成とした。
これに対して、この発明の実施の形態６では、トルク指令制限手段１０において同期機１に対するトルク指令を永久磁石温度推定値Tmagに応じて制限し、電機子電流（実効値）を小さくすることで、さらなる温度上昇を抑制するような構成とする。

トルク指令制限手段１０は、先述の実施の形態１に示したような上位のシステムにおける（制限前の）トルク指令τ0*を永久磁石温度推定値Tmagに応じて制限し、（制限後の）トルク指令τ*を出力する。
永久磁石温度推定値Tmagとトルク指令制限値との相関は、鉄損と関係がある同期機１の回転速度などの駆動条件、同期機１の熱容量や冷却性能に応じて設定する。

例えば、永久磁石温度推定値Tmagがある域値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を下げる、極端には「０」にするなどの処理を施した上で、（制限後の）トルク指令τ*を出力するといった形態にする。また、永久磁石温度推定値Tmagが上昇するに従いトルク指令の制限値を段階的に逓減するような形態としても良い。

図１３における電流指令生成手段１１は、（制限後の）トルク指令をτ*に基づいて、制御指令であるｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を生成する。本発明のような界磁として永久磁石を有する同期機１の場合、同一のトルクを発生させることの可能なｄ軸電流Idとｑ
軸電流Iqとの組み合わせが無数に存在することが知られており、（制限後の）トルク指令τ*に対し、所望の条件（例えば、効率最大条件、電流最小条件など）に合致する適切な
ｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を出力すれば良いが、より効果的に同期機１の温度上昇を抑制し、不可逆減磁を防止するためには、同一トルクに対する電流が最小となる条件となるようにId*、Iq*を選択すればより好適となる。

また、同期機１の種々のトルクに対応するｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*の最適値を事前に測定してマップ化しておき、運転中に（制限後の）トルク指令τ*を該マップに随時参照して、τ*に応じたｄ−ｑ軸上の電流指令Id*、Iq*を得る方法でも良い。

以上が、実施の形態６における同期機制御装置の説明である。
この実施の形態６によれば、同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度上昇時にトルク指令を制限することから、その結果磁石温度上昇を引き起こす電機子電流（実効値）を小さくでき、永久磁石の不可逆減磁を防止することができる効果がある。

本発明には、前述の記載から明白なように、例えば以下のような特徴がある。
特徴Ａ１：実施の形態１（図１から図６）等に例示のように、界磁として永久磁石を有する同期機１に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段２と、同期機１の電機子電流を検出する電流検出手段３と、同期機１の回転子位置を推定あるいは検出する位置検出手段４と、電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器５と、前記回転子位置の変化から算出される同期機１の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器６と、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段７とを備え同期機制御装置であって、磁石温度推定手段７は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップ７１と、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1を基準に、温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束変化量との相関を示す磁束変化マップ７０とを備え、磁束推定器６にて推定される前記電機子鎖交磁束推定値と第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０とに基づいて前記永久磁石の温度を推定する同期機制御装置であり、電流指令（同期機の磁気飽和状態）に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を正確に把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、あらゆる電流（負荷）条件で永久磁石の温度を精度良く推定できる。
特徴Ａ２：実施の形態１（図１から図６）等に例示のように、特徴Ａ１の同期機制御装置において、磁束推定器６で推定する同期機１の電機子鎖交磁束は界磁磁束と同一方向であるｄ軸成分の電機子鎖交磁束であり、磁石温度推定手段７は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束のｄ軸成分との相関を示す第１の磁束マップ７１と、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束のｄ軸成分の変化量との相関を示す第２の磁束変化マップ７０とを備え、磁束推定器６にて推定される前記電機子鎖交磁束推定値のｄ軸成分と第１の磁束マップ７１と磁束変化マップ７０とに基づいて前記永久磁石の温度を推定する同期機制御装置であり、界磁磁束と同一方向であるｄ軸成分の電機子鎖交磁束に基づいて永久磁石温度推定を行うことで、磁石温度変化に対する磁束変化の感度を向上させる事ができ、永久磁石の温度推定精度が向上する。
特徴Ａ３：実施の形態２（図７および図８）等に例示のように、界磁として永久磁石を有する同期機１に対して、電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段２と、同期機１の電機子電流を検出する電流検出手段３と、同期機１の回転子位置を推定あるいは検出する位置検出手段４と、電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器５と、前記回転子位置の変化から算出される同期機１の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令とに基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定する磁束推定器６と、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段７ａとを備えた同期機制御装置であって、磁石温度推定手段７ａは、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップ７１と、前記永久磁石の温度が温度T1とは異なる温度T2の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第２の磁束マップ７２とを備え、磁束推定器６にて推定される前記電機子鎖交磁束推定値と第１の磁束マップ７１と第２の磁束マップ７２とに基づいて前記永久磁石の温度を推定する同期機制御装置であり、電流指令（同期機の磁気飽和状態）に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を正確に把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、あらゆる電流（負荷）条件で永久磁石の温度を精度良く推定できる。
特徴Ａ４：実施の形態３（図９および図１０）等に例示のように、特徴Ａ３の同期機制御装置において、磁石温度推定手段７ｂは、第１の磁束マップ７１、第２の磁束マップ７２に加え、前記永久磁石の温度が温度T1、T2とは異なる温度の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す磁束マップを複数備え、磁束推定器６にて推定される前記電機子鎖交磁束推定値と第１の磁束マップ７１と第２の磁束マップ７２を含む前記複数の磁束マップとに基づいて前記永久磁石の温度を推定する同期機制御装置であり、各々異なる永久磁石温度の条件下における電流指令に対する磁束マップを複数備えることで、同期機１の駆動によって変化し得る永久磁石の温度変化範囲が大きい場合においても、電流指令に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化をより正確に補正することができることから、永久磁石の温度推定精度が向上する。
特徴Ａ５：実施の形態４（図１１）等に例示のように、特徴Ａ１からＡ４の何れか一の同期機制御装置において、同期機１の電機子巻線温度を検出する温度検出手段８を備え、磁束推定器６ａは、前記回転速度と前記電圧指令と前記電流指令と前記電機子巻線温度とに基づいて同期機１の電機子鎖交磁束を推定する同期機制御装置であり、電機子巻線温度を検出し、該温度を同期機１の電機子鎖交磁束推定動作に反映させることで、電機子鎖交磁束の推定精度が向上し、その結果、永久磁石の温度推定精度が向上する。
特徴Ａ６：実施の形態５（図１２）等に例示のように、特徴Ａ１からＡ５の何れか一の同期機制御装置において、推定した前記永久磁石の温度に応じて前記電流指令を制限する電流指令制限手段９を備えた同期機制御装置であり、同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度上昇時に電流指令を制限することから、その結果磁石温度上昇を引き起こす電機子電流（実効値）を小さくでき、永久磁石の不可逆減磁を防止することができる。
特徴Ａ７：実施の形態６（図１３）等に例示のように、特徴Ａ１からＡ５の何れか一の同期機制御装置において、推定した前記永久磁石の温度に応じて同期機１に対するトルク指令を制限するトルク指令制限手段１０と前記制限されたトルク指令に基づいて前記電流指令を生成する電流指令生成手段１１とを備えた同期機制御装置であり、同期機１の界磁を形成する永久磁石の温度上昇時にトルク指令を制限することから、その結果磁石温度上昇を引き起こす電機子電流（実効値）を小さくでき、永久磁石の不可逆減磁を防止することができる。
特徴Ｂ１：実施の形態１から６（図１から１３）等に例示のように、界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、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、電流指令と前記電流検出手段の出力と前記位置検出手段の出力とに基づいて前記電圧指令を生成し前記電力変換手段を介して前記電機子電流を制御する電流制御器、前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令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器、および前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、前記磁石温度推定手段が、前記電流指令と前記磁束推定器の出力とを入力し、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と、前記磁束推定器によって推定された電機子鎖交磁束推定値と、前記永久磁石の温度が前記所定の温度T1を基準に前記所定の温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量とに基づいて前記永久磁石の温度を推定するので、電流指令に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、変化する電流（負荷）条件下で永久磁石の温度を精度良く推定できるといった従来にない顕著な効果を奏することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができ、また、各実施の形態を必要に応じて組み合わせることもできる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示し、実施の形態２から６については、先述の実施の形態と同一部分については説明を割愛し、先述の実施の形態と異なる点を主体として説明してある。

１ 永久磁石同期機、 ２ 電力変換手段、
３ 電流検出手段、 ４、４ａ 位置検出手段、
５ 電流制御器、 ６、６ａ 磁束推定器、
７，７ａ，７ｂ 磁石温度推定手段、 ８ 温度検出手段、
９ 電流指令制限手段、 １０ トルク指令制限手段、
１１ 電流指令生成手段、 ２１ａ，２１ｂ 座標変換器、
２２ 加減算器、 ２３ 電源、
７０ 磁束変化マップ、 ７１ 第１の磁束マップ、
７２ 第２の磁束マップ、 ７３ 第３の磁束マップ、
７９，７９ａ，７９ｂ 磁石温度換算部。

この発明に係る同期機制御装置は、界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、
前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、
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、
電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器、
前記回転子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と前記電流指令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器、および
前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、
前記磁石温度推定手段は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップと、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1を基準に、温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量との相関を示す磁束変化マップとを備え、
前記磁束推定器にて推定される前記電機子鎖交磁束の推定値と第１の磁束マップと磁束変化マップとに基づいて前記永久磁石の温度を推定するものである。

この発明は、界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、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、電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて該回転直交二軸（ｄ−ｑ軸）座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器、前記回転子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と前記電流指令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器、および前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、前記磁石温度推定手段は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップと、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1を基準に、温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量との相関を示す磁束変化マップとを備え、前記磁束推定器にて推定される前記電機子鎖交磁束の推定値と第１の磁束マップと磁束変化マップとに基づいて前記永久磁石の温度を推定するので、電流指令に応じて異なる磁石温度変化に対する電機子鎖交磁束の変化を把握しながら磁石温度を推定することから、永久磁石に直接温度検出器を取り付けることなく、変化する電流（負荷）条件下で永久磁石の温度を精度良く推定できるといった従来にない顕著な効果を奏することができるものである。

Claims (8)

1. 界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、
   前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、
   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、
   電流指令と前記電流検出手段の出力と前記位置検出手段の出力とに基づいて前記電圧指令を生成し前記電力変換手段を介して前記電機子電流を制御する電流制御器、
   前記同期機の回転速度と前記電圧指令と前記電流指令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器、および
   前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、
   前記磁石温度推定手段が、前記電流指令と前記磁束推定器の出力とを入力し、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と、前記磁束推定器によって推定された電機子鎖交磁束推定値と、前記永久磁石の温度が前記所定の温度T1を基準に前記所定の温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量とに基づいて前記永久磁石の温度を推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
2. 請求項１に記載の同期機制御装置において、
   前記磁石温度推定手段は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップと、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1を基準に温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束の変化量との相関を示す磁束変化マップとを備え、
   前記電機子鎖交磁束推定値と前記第１の磁束マップと前記磁束変化マップとに基づいて前記永久磁石の温度を前記磁石温度推定手段が推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
3. 請求項１に記載の同期機制御装置において、
   前記磁束推定器で推定する前記同期機の電機子鎖交磁束は、界磁磁束と同一方向であるｄ軸成分の電機子鎖交磁束であり、
   前記磁石温度推定手段は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束のｄ軸成分との相関を示す第１の磁束マップと、前記電流指令と前記永久磁石の温度が温度T1とは異なる温度T2まで変化した時の前記電機子鎖交磁束のｄ軸成分の変化量との相関を示す磁束変化マップとを備え、
   前記磁束推定器によって推定される前記電機子鎖交磁束の推定値のｄ軸成分と前記第１の磁束マップと前記磁束変化マップとに基づいて前記永久磁石の温度を前記磁石温度推定手段が推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
4. 界磁として永久磁石を有する同期機に電圧指令に基づいて電圧を出力する電力変換手段、
   前記同期機の電機子電流を検出する電流検出手段、
   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、
   電流指令と前記回転子位置に基づいて回転直交二軸座標上へ座標変換した前記電機子電流とに基づいて前記回転直交二軸座標上で電流制御を行うことにより前記電圧指令を生成する電流制御器、
   前記回転子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と前記電流指令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器、および
   前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定手段を備え、
   前記磁石温度推定手段は、前記永久磁石の温度が所定の温度T1の条件下における前記電
   流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第１の磁束マップと、前記永久磁石の温度が温度T1とは異なる温度T2の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す第２の磁束マップとを備え、
   前記磁石温度推定手段は、前記電流指令と前記磁束推定器の出力とを入力し、前記磁束推定器によって推定される電機子鎖交磁束推定値と前記第１の磁束マップと前記第２の磁束マップとに基づいて前記永久磁石の温度を推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
5. 請求項４に記載の同期機制御装置において、
   前記磁石温度推定手段は、前記第１の磁束マップ、前記第２の磁束マップに加え、前記永久磁石の温度が温度T1、T2とは異なる温度の条件下における前記電流指令と前記電機子鎖交磁束との相関を示す複数の磁束マップを備え、
   前記磁束推定器によって推定される前記電機子鎖交磁束推定値と、前記第１の磁束マップおよび前記第２の磁束マップを含む前記複数の磁束マップとに基づいて前記永久磁石の温度を前記磁石温度推定手段が推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
6. 請求項１から５の何れか一に記載の同期機制御装置において、
   前記同期機の電機子巻線の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記磁束推定器は、前記回転速度と前記電圧指令と前記電流指令と前記電機子巻線の温度とに基づいて前記電機子鎖交磁束を推定する
   ことを特徴とする同期機制御装置。
7. 請求項１から６の何れか一に記載の同期機制御装置において、
   前記磁束推定器が推定した前記永久磁石の温度に応じて前記電流指令を制限する電流指令制限手段を備えている
   ことを特徴とする同期機制御装置。
8. 請求項１から６の何れか一に記載の同期機制御装置において、
   前記磁束推定器が推定した前記永久磁石の温度に応じて前記同期機に対するトルク指令を制限するトルク指令制限手段、および
   前記トルク指令制限手段によって制限されたトルク指令に基づいて前記電流指令を生成する電流指令生成手段を備えている
   ことを特徴とする同期機制御装置。