特開 2024-36042 モータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024036042

(43)【公開日】2024-03-15

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/16 20160101AFI20240308BHJP

   H02P 21/06 20160101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

H02P21/16

H02P21/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140742

(22)【出願日】2022-09-05

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小原 峻介

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 尚礼

(72)【発明者】

【氏名】谷口 峻

(72)【発明者】

【氏名】三井 利貞

(72)【発明者】

【氏名】松井 大和

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE49

5H505GG04

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ25

5H505JJ26

5H505JJ28

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を向上させる。
【解決手段】モータの制御部１０は、モータの回転数指令値、トルク指令値の何れかに基づいて演算されたｑ軸電圧指令値と、電気角速度と、電流検出値に基づいて演算されたｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値と、を入力し、永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部４０を備える。磁石温度推定部４０は、ｑ軸電圧指令値、電気角速度、ｄ軸電流検出値及びｑ軸電流検出値を入力し、ｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量演算部４１と、ｄ軸磁束変動量を補正した補正後ｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量補正部４２と、磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部４３と、補正後ｄ軸磁束変動量と磁石磁束基準値とに基づいて永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部４４を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石を有するモータを制御する制御部を備えたモータ制御装置において、
前記制御部は、
前記モータの回転数指令値、前記モータのトルク指令値の何れかに基づいて演算され、若しくは前記モータの電圧検出値に基づいて演算されたｑ軸電圧値と、前記モータの電気角に基づいて演算された電気角速度と、前記モータの電圧検出値又は前記モータの電流検出値に基づいて演算され、若しくは指令値に基づいたｄ軸電流値及びｑ軸電流値と、を入力し、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部を備え、
前記磁石温度推定部は、
前記ｑ軸電圧値、前記電気角速度、前記ｄ軸電流値及び前記ｑ軸電流値を入力し、ｄ軸磁束とｄ軸磁束基準値の差分であるｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量演算部と、
前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値に基づいて前記ｄ軸磁束変動量を補正した補正後ｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量補正部と、
前記ｑ軸電流値に基づいて磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部と、
前記補正後ｄ軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて前記永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記ｄ軸磁束変動量演算部は、前記ｑ軸電圧値と前記電気角速度と前記q軸電流値とを入力し、前記ｄ軸磁束を演算するｄ軸磁束演算部と、前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値とを入力し、ｄ軸磁束基準値を演算するｄ軸磁束基準値演算部と、を備え、
前記ｄ軸磁束変動量は、前記ｄ軸磁束と前記ｄ軸磁束基準値との差分から算出することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記ｄ軸磁束変動量補正部は、前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値を入力とし、補正係数を算出する補正係数演算部を備え、前記ｄ軸磁束変動量と前記補正係数とに基づき、前記補正後ｄ軸磁束変動量を算出することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項4】

請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記磁石温度演算部は、前記補正後ｄ軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて算出された磁束変化比率を入力し、前記磁石温度推定値を算出する磁石温度換算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記磁石温度推定値に基づいて、前記トルク指令値、前記ｄ軸電流値、またはq軸電流値の最大値と最小値を制限する指令値リミッタを備えたことを特徴とするモータ制御装置。

【請求項6】

請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記トルク指令値と前記磁石温度推定値に基づいて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を算出する電流指令値演算部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの磁石温度を推定する技術として、例えば特許文献１及び特許文献２に記載の技術が提案されている。

【0003】

特許文献１は、電圧指令値に基づいて異なる時刻間の磁石磁束の変動量を推定、磁石磁束変動量に相当する磁石温度変動量推定値を出力する永久磁石同期電動機の駆動装置を開示している。

【0004】

また、特許文献２は、目標電流値を変化させ、ｄ軸磁束鎖交数に基づいて磁石磁束を算出し、算出した磁石磁束に応じて磁石温度を推定するモータの磁石温度の推定方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－２９４９号公報

【特許文献2】特開２０２１－１６２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の技術は、モータの製造ばらつきなどに起因する個体間の定数誤差の影響を除き、磁石磁束または磁石温度を精度良く推定することを目的としている。そして特許文献１は、ｑ軸電圧指令値と、制御で使用している定数に基づき算出した基準ｑ軸電圧との差分からｄ軸磁束誤差を算出する方法を備え、基準温度におけるｄ軸磁束誤差φ０＿ｅｒｒを算出し、基準温度から磁石温度が変化した際のｄ軸磁束誤差φ１＿ｅｒｒを算出し、φ０＿ｅｒｒとφ１＿ｅｒｒの差から磁石磁束の変動量を算出、磁石磁束変動量に相当する磁石温度変動量推定値を出力する永久磁石同期電動機の駆動装置を開示している。

【0007】

特許文献１では、あるｄ軸電流、ｑ軸電流となっている時にφ０＿ｅｒｒとφ１＿ｅｒｒの差から算出したｄ軸磁束の変動量をそのまま、磁石磁束変動量としている。磁石温度変化によるｄ軸磁束と磁石磁束の変動量には、ｄ軸電流とｑ軸電流によって異なるという電流依存性が存在するため、ｄ軸電流、q軸電流が非ゼロ時の推定では磁石磁束の変動量推定値に誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生するため、改善の余地がある。

【0008】

特許文献２は、目標電流を変化させる前後においてｄ軸磁束を求め、それぞれのｄ軸磁束に基づいて磁石磁束を算出し、算出した磁石磁束に応じて磁石温度を推定するモータの磁石温度の推定方法を開示している。特許文献２では、磁石磁束から磁石温度を推定する際に、磁石磁束、ｄ軸電流、ｑ軸電流のパラメータと磁石温度との対応関係を示すテーブルを用いており、温度変化による磁束変動量の電流依存性も考慮して磁石温度を推定しているが、三パラメータ入力のテーブルを用いるため、テーブルデータ数が大きくなり、テーブル作成のための測定作業時間やテーブル参照の処理負荷が大きいという点で、改善の余地がある。

【0009】

本発明の目的は、磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を向上させるモータ制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために本発明のモータ制御装置は、永久磁石を有するモータを制御する制御部を備えたモータ制御装置において、前記制御部は、前記モータの回転数指令値、前記モータのトルク指令値の何れかに基づいて演算され、若しくは前記モータの電圧検出値に基づいて演算されたｑ軸電圧値と、前記モータの電気角に基づいて演算された電気角速度と、前記モータの電圧検出値又は前記モータの電流検出値に基づいて演算され、若しくは指令値に基づいたｄ軸電流値及びｑ軸電流値と、を入力し、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定部を備え、前記磁石温度推定部は、前記ｑ軸電圧値、前記電気角速度、前記ｄ軸電流値及び前記ｑ軸電流値を入力し、ｄ軸磁束とｄ軸磁束基準値の差分であるｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量演算部と、前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値に基づいて前記ｄ軸磁束変動量を補正した補正後ｄ軸磁束変動量を演算するｄ軸磁束変動量補正部と、前記ｑ軸電流値に基づいて磁石磁束基準値を演算する磁石磁束基準値演算部と、前記補正後ｄ軸磁束変動量と前記磁石磁束基準値とに基づいて前記永久磁石の磁石温度推定値を算出する磁石温度演算部を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、磁石温度推定の際に温度変化による磁束変動量の電流依存性を補正することで、磁石温度推定精度を高めることができる。

【0012】

上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにする。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１に係るモータ制御装置１００の概略構成図である。

【図2】ＰＭモータ２０の構造を模式的に示した図である。

【図3】回転子位置θｄと固定子２１の各巻線２５の相との関係を示す図である。

【図4】インバータ３０および電流検出部５０の構成を示すブロック図である。

【図5】交流の電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示す図である。

【図6】電圧指令値演算部１２の構成例を示す図である。

【図7】あるｑ軸電流におけるｄ軸電流に対するｄ軸磁束の関係を示した図である。

【図8】磁石温度推定部４０の制御ブロック図である。

【図9】インバータ３０の出力電圧を測定する電圧センサ７０を備えたブロック図である。

【図10】ｄ軸磁束変動量演算部４１の制御ブロック図である。

【図11】ｄ軸磁束基準値演算部４１２にテーブルまたは数式として記憶される、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdの関係の一例を示す図である。

【図12】ｑ軸電流値Ｉｑと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの関係の一例を示す図である。

【図13】ｄ軸磁束変動量補正部４２の制御ブロック図である。

【図14】補正係数演算部４２１にテーブルまたは数式として記憶される、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対する補正係数Ｋの関係の一例を示す図である。

【図15】磁石温度演算部４４の制御ブロック図である。

【図16】磁石温度換算部４４１にテーブルまたは数式として記憶される、磁束変化比率ＫΨに対する磁石温度推定値Ｔｍ＿ｅｓｔの関係の一例を示す図である。

【図17】ｄ軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。

【図18】ｄ軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合の磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。

【図19】ｄ軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。

【図20】ｄ軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。

【図21】磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を示す図である。

【図22】実施例１の変形例を示す制御ブロック図である。

【図23】本発明の実施例２に係る制御部１０ａの構成を示すブロック図である。

【図24】トルク指令値制限部１６、ｄ軸電流指令値制限部１７、ｑ軸電流指令値制限部１８の構成例を示す図である。

【図25】本発明の実施例３に係る制御部１０ｂの構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。

【0015】

本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

【実施例0016】

＜モータ制御装置の概略構成＞
図１は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置１００の概略構成図である。モータ制御装置１００は、制御部１０、ＰＭモータ２０、インバータ３０、電流検出手段５０、レゾルバやエンコーダ等の角度センサ６０、を備えている。ＰＭモータ２０には、図示はしていないが機械的あるいは磁気的に機械出力を伝える機構が接続されており、モータ制御装置１００によってＰＭモータ２０の回転数またはトルクを所望の値に制御する。

【0017】

以下の説明では、電動機の一例としてＰＭモータ２０、すなわち永久磁石を有する永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）を用いた例で説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。回転子の温度によって永久磁石の磁束が変化する特性を持つ電動機であれば、本発明が適用できる。

【0018】

インバータ３０は、バッテリーなどの直流電圧源１２０（図４参照）と、スイッチング素子から成るブリッジ回路を有し、入力されるドライブ信号に応じてスイッチング素子をスイッチングして電圧を出力する。スイッチング素子のスイッチング動作が遅れ無く理想的に切り替わると仮定して説明すると、インバータ３０から出力される電圧はパルス状の電圧となる。公知のパルス幅変調の考えを用いると、パルス状電圧は交流電圧として見なすことができる。

【0019】

尚、パルス幅変調においては、等価的な交流電圧の周波数（ここでは単相モータの回転周波数に相当する）に対し、スイッチング素子をオンオフする周期、つまりスイッチング周波数を十分に高くすることが一般的である。しかしながら、パルス状電圧の基本波成分を考えることも可能である。例えば、スイッチング周波数がＰＭモータの回転周波数の１～３倍程度といった近い場合においては、パルス状電圧の基本波成分がＰＭモータ２０に印加されているとして考えることができる。従って、本明細書においては、インバータ３０の出力電圧は交流波形であるとして、以下を説明する。

【0020】

尚、直流電圧源ではなく、交流電力源を整流などによって直流電力に変換する構成としても良い。または、ある電圧の直流電圧源を基に、異なる電圧に制御するＤＣ／ＤＣコンバータを用いる構成としても良い。

【0021】

制御部１０は構成例として、電流指令値演算部１１、電圧指令値演算部１２、ＰＷＭ信号生成部１４、座標変換部１３、角速度演算部１５、磁石温度推定部４０を有する。

【0022】

座標変換部１３は、電流検出手段５０によって得られたＰＭモータ２０に流れる電流情報である電流検出値、角度センサ６０によって得られるモータ電気角検出値を入力し、三相のＵＶＷ軸から、定義を後述するｄｑ軸への変換し、ｄ軸電流検出値（ｄ軸電流値）、ｑ軸電流検出値（ｑ軸電流値）を出力する。

【0023】

角速度演算部１５は、角度センサ６０によって得られるモータ電気角検出値を入力し、電気角速度を出力する。

【0024】

電流指令値演算部１１は、回転数指令値またはトルク指令値を入力し、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値を出力する。

【0025】

電圧指令値演算部１２は、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、ｄ軸電流検出値、ｑ軸電流検出値、電気角速度を入力し、これらを基に、ｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値（ｑ軸電圧値）を生成する。

【0026】

ＰＷＭ信号生成部１４は、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を入力し、これら基にインバータ３０を構成するスイッチング素子のオンオフを制御するＰＷＭ信号を出力する。

【0027】

図１において、回転数指令値やトルク指令値は、制御部１０の中に示しているが、例えば、図示していない上位制御系や他の制御系などから得る構成でも構わない。

【0028】

＜ＰＭモータ２０の構造例＞
図２は、ＰＭモータ２０の構造を模式的に示した図である。ＰＭモータ２０は、固定子２１と、固定子２１の内周側に配置された回転子２２から構成されている。固定子２１は、固定子コア（固定子鉄心）２６に巻線（コイル）２５が巻かれた固定子磁極２８を複数有している。回転子２２は永久磁石２７を有している。

【0029】

図２は、固定子２１の磁極の数（スロット数とも呼ぶ）が６、回転子２２の磁極の数が２の例を示している。固定子２１と回転子２２の磁極の数は自由に選ぶことができ、固定子２１と回転子２２の磁極の数が等しい構成であっても良く、また、固定子２１と回転子２２の磁極の数が異なる構成であっても良い。また、複数ある巻線の接続は、並列接続でも直列接続でも問題無い。本実施例では対向する固定子磁極２８の巻線２５が直列接続されて一相を構成し、ＰＭモータ２０としては三相の巻線で構成されている例として説明する。

【0030】

固定子磁極２８は巻線２５に電流を流す事により、電磁石の要領で磁極が生じ、巻線２５の電流の向きによって極性（Ｎ極、Ｓ極）を変えられる。本実施例では、巻線２５に正の直流電流を流した際に固定子磁極２８がＳ極となり、回転子２２の永久磁石２７のＮ極が引きつけられる際の、回転子２２の回転角度（回転角度位置）をゼロ度と定義する。尚、これ以降、回転子の回転角度位置を回転子位置θｄと表記する。固定子磁極２８が複数ある場合は、いずれかの一つを基準の位置として定める。本実施例では、図２の右側にある巻線２５（Ｕ相との記載に一番近い巻線）を基準位置として説明する。本願においては、回転子２２は反時計回りに回転する方向を正回転と定義する。

【0031】

モータ制御装置１００内における処理では、ＰＭモータ２０の回転子２２の回転子位置θｄの情報を利用するが、角度センサ６０としてレゾルバやエンコーダ等によって位置情報を検出する構成として説明する。当然ながら、ＰＭモータ２０に流れる電流およびＰＭモータ２０への印加電圧からＰＭモータ２０の推定回転角度位置を出力する位置推定手段を用いた位置センサレス制御によって得る構成でも構わない。

【0032】

＜座標軸の説明＞
ここで座標軸の定義について説明する。図３は、回転子位置θｄと固定子２１の各巻線２５の相との関係を示す図である。ＵＶＷの三相の巻線は、電気角で１２０度の差をもって配置されている。回転子２２に設けられた永久磁石の主磁束方向をｄ軸とし、ｄ軸から回転方向に電気的に９０度（電気角９０度）進んだｑ軸とからなるｄ－ｑ軸を定義する。このｄ－ｑ軸は回転座標系である。ｄ軸の定義は、基準の巻線２５に鎖交する永久磁石２７の磁束が最大となる回転角度位置とも言い換えることができる。

【0033】

＜インバータ３０＞
次に、図４に示すブロック図を参照し、インバータ３０および電流検出部５０の構成を説明する。図４は、インバータ３０および電流検出部５０の構成を示すブロック図である。

【0034】

インバータ３０は、図４に示すように、インバータモジュール１３１と、直流電圧源１２０と、ゲートドライバ回路１２３とを有している。ここでは直流電圧源１２０の出力は直流電圧Ｅｄｃとする。

【0035】

インバータモジュール１３１は、スイッチング素子３２ａ～３２ｆ（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ－ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子）と、これらに並列に接続された還流用ダイオードとを有している。なお、スイッチング素子３２ａ～３２ｆを総称して「スイッチング素子３２」と呼ぶ。

【0036】

直流電圧源１２０には、シャント抵抗１３５が直列接続されている。これは、過大な電流が流れないようにスイッチング素子３２を保護するものである。

【0037】

これらのスイッチング素子３２は、２組のスイッチング素子３２が直列に接続されることにより、各相の上下アームを構成している。図４の例においては、スイッチング素子３２ａ，３２ｂによりＵ相、スイッチング素子３２ｃ，３２ｄによりＶ相、スイッチング素子３２ｅ，３２ｆによりＷ相の上下アームが構成されている。各相の上下アームの接続点は、ＰＭモータ２０へ接続されている。

【0038】

ゲートドライバ回路１２３は、図１に示すＰＷＭ信号生成部１４が出力するパルス状のドライブ信号（詳細は後述する）を受信し、これに基づいてドライブ信号３４ａ～３４ｆを出力する。ドライブ信号の生成方法は公知の技術を用いることができるが、その一例を図５に示す。

【0039】

図５は、交流の電圧指令値と、ドライブ信号を生成するための三角波キャリア信号を示す図である。図５に示すように、三角波キャリア信号と各相の電圧指令値の大小関係から、図中のように上アームのドライブ信号Ｇｐおよび下アームのドライブ信号Ｇｎを生成する。

【0040】

インバータモジュール１３１は、これらドライブ信号３４ａ～３４ｆに基づいて、各スイッチング素子３２がスイッチング制御される。

【0041】

上下アームのスイッチングの状態によって、インバータ３０の各相の電圧は、直流電圧Ｅｄｃまたは零電圧の何れかになる。インバータ３０においては、ＰＭモータ２０に現れる交流電圧の周波数よりも充分に高い周波数でスイッチングを行うため、インバータ３０の各相の出力電圧は、上下アームのスイッチングの比率（スイッチングデューティ）を変えることにより自由に調整できる。すなわち、任意の周波数の三相交流電圧をＰＭモータ２０に印加することができ、これによってＰＭモータ２０の可変速駆動や、トルク制御を実現することができる。

【0042】

＜電流検出手段５０＞
電流検出手段５０は、インバータ３０からＰＭモータ２０に流れる三相の交流電流のうち、Ｕ相とＷ相に流れる電流を検出し、その結果を交流電流検出値Ｉu，Ｉｗとして出力する。勿論、全相の交流電流を検出しても差支えないが、キルヒホッフの第１法則から、三相のうち２相が検出できれば、他の１相は検出した２相から算出できる。インバータモジュール１３１の下アームには、例えばＣＴ（カレントトランス）等の電流検出手段５０を設けることができる。

【0043】

電流検出手段５０としては、例えば、ＣＴに代えてインバータモジュール１３０の下アームにシャント抵抗を付加し、シャント抵抗に流れる電流からインバータ３０に流れる各相の電流を検出する相シャント電流方式を採用することができる。電流検出手段５０に代えて又は追加して、インバータ３０の直流側に付加されたシャント抵抗１３５に流れる直流電流から、インバータ３０の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式を採用しても良い。シングルシャント電流検出方式は、インバータ３０を構成するスイッチング素子３２の通電状態によって、シャント抵抗１３５に流れる電流が時間的に変化することを利用している。

【0044】

＜ＰＭモータ２０の駆動方法＞
回転子２２に永久磁石２７を有するモータを駆動する場合、永久磁石２７による磁束に対し、回転方向に電気角９０度進んだ位置に、巻線２５による磁束を発生させると、最小の電流で最大のトルクを得ることができる。このように駆動することにより、モータの小型化や軽量化を実現できるだけでなく、インバータ３０も小型化できる効果がある。

【0045】

前述のｄ軸およびｑ軸は、ｄ軸が磁石磁束軸、ｑ軸が巻線磁束軸とも言う事が出来、特にｑ軸の電流を適切に制御することが重要である。回転座標軸でモータに流れる電流を界磁成分とトルク成分に分離し、モータの回転速度あるいはトルクを制御するために、電圧の位相と大きさを制御することを一般的にベクトル制御と呼んでいる。尚、ＰＭモータの駆動方法として、ｄｑ軸上で制御を行うが、三相のＵＶＷ軸からｄｑ軸への変換は、公知の座標変換技術を用いることができる。

【0046】

電圧指令値演算部１２としては、例えば特開２００５－３９９１２号公報に記載の構成や手段がある。これを用いた場合の電圧指令値演算部１２の構成例を図６に示す。

【0047】

図６の電圧指令値演算部１２では、電流指令値演算部１１が算出したｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄ^＊およびＩｑ^＊）と、電気角速度ωeを入力し、（１）式、（２）式の様にベクトル演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ^＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を得る。
Ｖｄ^＊＝Ｒ×Ｉｄ^＊＊－ωｅ×Ｌｑ×Ｉｑ^＊＊＿_ｆｉｌ …（１）
Ｖｑ^＊＝Ｒ×Ｉｑ^＊＊＋ωｅ×Ｌｄ×Ｉｄ^＊＊ ＿_ｆｉｌ ＋ ωｅ×Ｋｅ …（２）
なお、（１）式と（２）式で、ＲはＰＭモータ２０（電動機）の１相あたりの巻線抵抗値、Ｌｄはｄ軸のインダクタンス、Ｌｑはｑ軸のインダクタンス、Ｋｅは誘起電圧定数である。

【0048】

ｄｑ軸の電流が指令通りに流れるようにするために、図６ではｄ軸電流制御器１１４ａ、ｑ軸電流制御器１１４ｂの構成を用いている。この図６の回路構成のｄ軸電流制御器１１４ａにおいて、減算器９１ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊からｄｃ軸電流検出値Ｉｄｃを減算する。比例器９２ｃ，９２ｄは、この減算結果に対して、各々所定のゲインＫｐ＿ａｃｒｄ，Ｋｉ＿ａｃｒｄを乗算する。積分器９４ｃは、比例器９２ｄの出力結果、すなわち「Ｋｉ＿ａｃｒｄ×（Ｉｄ^＊－Iｄｃ）」を積分する。加算器９０ｂは、比例器９２ｃの乗算結果と、積分器９４ｃの積分結果とを加算し、その加算結果をｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊＊として出力する。

【0049】

同様に、ｑ軸電流制御器１１４ｂにおいて、減算器９１ｅはｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊からｑｃ軸電流検出値Ｉｑｃを減算する。比例器９２ｅ，９２ｆは、この減算結果に対して、各々ゲインＫｐ＿ａｃｒｑ，Ｋｉ＿ａｃｒｑを乗算する。積分器９４ｄは、比例器９２ｆの出力結果、すなわち「Ｋｉ＿ａｃｒｑ×（Ｉｑ^＊－Ｉｑｃ）」を積分する。加算器９０ｃは、比例器９２ｅの乗算結果と、積分器９４ｄの積分結果とを加算し、その加算結果をｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊＊として出力する。このように、ｄ軸電流制御器１４ａおよびｑ軸電流制御器１４ｂは、各々比例積分演算器を構成している。

【0050】

Ｉｄ^＊＊およびＩｑ^＊＊には乗算器９２ｇ、９２ｉにおいてＰＭモータ２０の１相あたりの巻線抵抗値Ｒが乗算されて、（１）式と（２）式右辺の第１項が求められる。

【0051】

（１）式と（２）式右辺の第２項でｄ軸およびｑ軸電流指令値（Ｉｄｆ^＊＊およびＩｑｆ＊＊）は、ｑ軸およびｄ軸電流指令値（Ｉｑ^＊＊およびＩｄ^＊＊）を図６のフィルタ回路９８ａ，９８ｂでフィルタリングして得た値である。Ｉｄｆ^＊＊およびＩｑｆ^＊＊に対しては乗算器９２ｈ，９２ｊにおいてｑ軸のインダクタンスＬｑ，ｄ軸のインダクタンスＬｄがそれぞれ乗算されるとともに、電気角速度ωeも合わせて乗算して（１）式と（２）式右辺の第２項を求める。さらに乗算器９２ｋでは、電気角速度ωeにｄ軸のインダクタンスＬｄを乗算して（２）式右辺の第３項を求める。

【0052】

減算器９１ｆでは、乗算器９２ｇの出力から、乗算器９２ｈの出力を差し引くことで、（１）式のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を得る。加算器９０ｄでは、乗算器９２ｉの出力と、乗算器９２ｊの出力と、乗算器９２ｋの出力の和を求めることで、（２）式のｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を得る。

【0053】

図６の回路構成例では、電圧指令値演算部１２の中に、ｄ軸電流制御器１１４ａ、ｑ軸電流制御器１１４ｂが電圧演算に直列に入っている点、電動機の電気時定数相当の遮断周波数を有する一次遅れフィルタ（低域通過フィルタ）９８ａおよび９８ｂがある点が特長である。これらによって電動機の逆モデルを成立させているため、制御部１０の演算周期に制約がある場合においても理想的なベクトル制御を実現できる効果がある。

【0054】

＜トルク高精度化の課題＞
モータ制御装置１００はＰＭモータ２０の回転数またはトルクを所望の値に制御をするが、ＰＭモータの駆動においては、磁石の温度が変わると温度に応じて磁束が変わるため、何らかの対応をしない場合はトルク精度が悪化するという課題がある。

【0055】

磁石温度が測定できる場合は、電流指令値を温度によって調整することで、トルク精度を向上させることが可能である。しかし、回転子内に存在する磁石に温度センサを直接接続することは、耐久性や生産性の問題で困難である。そこで、磁石温度を推定することが有効策である。磁石温度の推定については、例えば、前述の特許文献１（特開２０２１－２９４９号公報）や特許文献２（特開２０２１－１６２２６号公報）等に記載の構成や手段がある。

【0056】

特許文献１では、課題の欄でも述べたように、磁石温度変化による磁束の変動量には、ｄ軸電流とｑ軸電流によって異なるという電流依存性が存在するため、ｄ軸電流、q軸電流が非ゼロ時の推定では磁石磁束の変動量推定値に誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生するという課題がある。

【0057】

また、特許文献２では、磁石磁束から磁石温度を推定する際に、磁石磁束、ｄ軸電流、ｑ軸電流のパラメータと磁石温度との対応関係を示すテーブルを用いており、温度変化による磁束変動量の電流依存性も考慮して磁石温度を推定しているが、三パラメータ入力のテーブルを用いるため、テーブルデータ数が大きくなり、テーブル作成のための測定作業時間やテーブル参照の処理負荷が大きいという課題がある。以下、この課題を解決するための手段について説明する。

【0058】

＜本発明の構想＞
本発明では、まずｄ軸磁束とｄ軸磁束基準値の差分であるｄ軸磁束変動量を算出する。次にｄ軸電流値とｑ軸電流値に基づいてｄ軸磁束変動量を、ｄ軸電流ゼロ時相当の変動量に補正する。q軸電流値に基づき磁石磁束基準値を演算し、補正後のｄ軸磁束変動量と磁石磁束基準値とに基づき磁石温度推定値を算出する。

【0059】

＜本発明における磁石温度推定の動作の概略＞
定常状態におけるｑ軸電圧方程式は、微分項を無視すると共に各値を平均値とすると次式で表せる。

【0060】

Ｖq^＊ ＝ Vdrop_q ＋ ωe×Ψd …（３）
ここで、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊、電気角速度ωe、ｄ軸磁束Ψｄ、ｑ軸電圧降下成分Ｖdrop_qである。Ｖdrop_qは、速度起電力（誘起電圧）であるωｅΨｄと、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊との差分であり、巻線抵抗による電圧降下、スイッチング素子３２での電圧降下、デッドタイムに起因する誤差電圧、ＰＷＭ方式に起因する誤差電圧等を包含したｑ軸における全体の電圧降下成分である。ｄ軸磁束Ψｄは次式で表せる。

【0061】

Ψd＝Ｌｄ×Ｉｄ＋Ψｄ０ …（４）
ここで、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｄ軸電流値Ｉｄ、磁石磁束Ψｄ０である。（４）式から、Ｉｄがゼロの時、ｄ軸磁束Ψｄは磁石磁束Ψｄ０となる。

【0062】

次に図７を用いて、磁石温度推定の動作の概略を説明する。図７は、あるｑ軸電流におけるｄ軸電流に対するｄ軸磁束の関係を示した図である。（４）式において、ｄ軸インダクタンスＬｄと磁石磁束Ψｄ０は、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑによって変化する。そのため、ｄ軸磁束Ψｄはｄ軸電流だけでなくｑ軸電流によっても値が変化する。そのため、図４におけるｄ軸磁束曲線は、ｑ軸電流の値により変化する。

【0063】

まず、事前に基準温度時のｄ軸磁束であるｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを測定し記憶しておく。図７における基準温度時ｄ軸磁束曲線を測定・記憶することに相当するが、前述した通りｄ軸磁束はｑ軸電流値Ｉｑによっても変化するため、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束を測定し、Ψｄ＿stdとして記憶する。

【0064】

次に磁石温度推定時の動作を説明する。推定時の磁石温度が基準温度と異なる場合、図７に示すように推定時のd軸磁束曲線は基準温度時ｄ軸磁束曲線と異なる。ネオジム磁石のような磁石温度が低下すると磁石磁束が大きくなる磁石を使用したモータでは、基準温度に比べて推定時磁石温度が低いと、図７に示すように推定時ｄ軸磁束曲線は基準温度時ｄ軸磁束曲線よりｄ軸磁束軸正方向に移動する。逆に、基準温度に比べて推定時磁石温度が高い場合は、推定時ｄ軸磁束曲線は基準温度時ｄ軸磁束曲線よりｄ軸磁束軸負方向に移動する。

【0065】

推定時はｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑがトルク指令値や回転数指令値に従って制御されているため、推定時ｄ軸磁束曲線を全て測定することはできない。そこで、まず推定時のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑにおけるｄ軸磁束Ψｄを次式（５）で算出する。

【0066】

Ψｄ＝（Ｖｑ^＊－Ｖdrop_q）／ωｅ …（５）
ｑ軸電圧降下成分Ｖdrop_qは様々な要因による電圧降下を含んでいるが、最も支配的な成分となる巻線、ケーブル、スイッチング素子３２などの全抵抗成分による電圧降下のみを考えると、次式（６）で算出できる。

【0067】

Ｖdrop_q＝Ｒall×Ｉｑ …（６）
ここで、Ｒallは巻線、ケーブル、スイッチング素子３２などを含む全抵抗値である。全抵抗値Ｒallは測定により求めても良いし、巻線・ケーブルの導体断面積・長さ、スイッチング素子の電流電圧特性から計算しても良い。

【0068】

推定時のｄ軸電流、ｑ軸電流に基づいて、事前に記憶してあるｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを算出する。そして次式（７）よりｄ軸磁束変動量ΔΨｄを算出する。

【0069】

ΔΨｄ＝Ψｄ―Ψｄ＿std …（７）
ｄ軸磁束変動量ΔΨｄは、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑによって異なるという電流依存性を持つ。これは、磁石温度変化により磁石磁束が変化し、モータ内部の鉄心の磁束密度が変化した結果、インダクタンスが変化することが主要因である。したがってｄ軸磁束変動量ΔΨｄから磁石温度を推定する場合、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄの電流依存性を考慮する必要がある。

【0070】

そこで、推定時のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑにおけるｄ軸磁束変動量ΔΨｄを、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０相当になるように補正を行う。補正後のｄ軸磁束変動量を補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpとする。ΔΨｄ_cmpは、ΔΨｄ、Ｉｄ、Ｉｑから算出する。ΔΨｄ_cmpとΔΨｄ０の差分が小さいことが望ましい。

【0071】

ΔΨｄ_cmpのΔΨｄ、Ｉｄ、Ｉｑからの算出方法を説明する。まず、事前にある温度条件２条件において算出したΔΨｄ０とΔΨｄの比率を、補正係数Ｋとして記録する。補正係数Ｋは次式（８）で表される。

【0072】

Ｋ＝ΔΨｄ０／ΔΨｄ …（８）
ΔΨｄ０はｑ軸電流値Ｉｑによって変化し、ΔΨｄはｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑによって変化するため、補正係数Ｋをｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに対して記録する。

【0073】

推定時には次式（９）でΔΨｄ_cmpを算出する。

【0074】

ΔΨｄ_cmp＝ΔΨｄ×Ｋ …（９）
補正係数Ｋを求めた際の温度条件２条件と基準温度と推定時温度が一致する場合は、ΔΨｄ_cmpはΔΨｄ０と一致するが、補正係数Ｋを求めた際の温度条件２条件と基準温度と推定時温度が異なる場合、ΔΨｄ_cmpはΔΨｄ０は一致しない。しかし、温度条件２条件の選択によらず、ΔΨｄ０とΔΨｄの比率である補正係数Ｋはほぼ一定となるため、補正係数Ｋを求めた際の温度条件２条件と、基準温度と推定時温度が一致しない場合でも、ΔΨｄ_cmpとΔΨｄ０の差分は小さい。

【0075】

以上により、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄから、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０相当である補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpを算出できる。

【0076】

次に、推定時のｑ軸電流値Ｉｑに基づいて、基準温度における磁石磁束である磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを算出する。ｄ軸電流値Ｉｄがゼロ時のｄ軸磁束である磁石磁束は、ｑ軸電流値Ｉｑによって変化する。磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄは事前に基準温度において測定して記憶しておいても良く、またはｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdにおいてｄ軸電流値Ｉｄがゼロ時のデータから取得しても良い。

【0077】

最後に、補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄから磁石温度推定値Ｔｍ_estを算出する。ΔΨｄ_cmpとΨｄ０＿ｓｔｄの比率である磁束変化比率ＫΨを次式（１０）で算出する。

【0078】

ＫΨ＝ΔΨｄ_cmp／Ψｄ０＿ｓｔｄ …（１０）
磁束変化比率ＫΨと磁石温度の関係から、磁石温度推定値を算出する。磁束変化比率ＫΨと磁石温度の対応関係は、事前に磁石温度を変化させ磁束変化比率ＫΨを測定または電磁界シミュレーションにより算出して記憶しておき、テーブルとして実装する。または、磁束変化比率ＫΨを入力とする数式により磁石温度を算出しても良い。

【0079】

以上により本発明における磁石温度推定動作の概略を説明した。次に、磁石温度推定部４０の構成と動作の詳細を説明する。

【0080】

＜磁石温度推定部の構成と動作＞
図８は、磁石温度推定部４０の制御ブロック図である。図９は、インバータ３０の出力電圧を測定する電圧センサ７０を備えたブロック図である。以下モータを駆動中に磁石温度を推定する際の動作を説明する。

【0081】

ｑ軸電圧値Ｖｑ、電気角速度ωｅ、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑから磁石温度推定値Ｔｍ＿estを算出する。各ブロックの詳細については後述する。

【0082】

まず、ｄ軸電流値、ｑ軸電流値については、図１の接続のようにｄ軸電流検出値、ｑ軸電流検出値とするか、指令値に基づいたｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値としても良い。また、ｑ軸電圧値は図１の接続のようにｑ軸電圧指令値とするか、図９に示すように電圧センサ７０によりインバータ３０の出力電圧を測定し、電圧検出値を制御部１０に入力し、座標変換部１３aにより電圧検出値を三相のＵＶＷ軸からｄｑ軸へ変換し、ｄ軸電圧検出値とｑ軸電圧検出値を得る構成として、ｑ軸電圧値をq軸電圧検出値としても良い。

【0083】

ｄ軸磁束変動量演算部４１において、ｑ軸電圧値Ｖｑと電気角速度ωｅとd軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑからｄ軸磁束変動量ΔΨｄを算出する。ΔΨｄは推定時のｄ軸磁束Ψｄと、基準温度におけるｄ軸磁束であるｄ軸磁束基準値Ψｄ＿ｓｔｄとの差分である。

【0084】

次に、ｄ軸磁束変動量補正部において、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに基づいて、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄをＩｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０相当に補正し、補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ＿ｃｍｐを算出する。

【0085】

磁石磁束基準値演算部４３において、ｑ軸電流値Ｉｑに基づき磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを算出する。

【0086】

最後に磁石温度演算部４４において、補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ＿ｃｍｐと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄから磁石温度推定値Ｔｍ＿estを算出する。

【0087】

＜ｄ軸磁束変動量演算部の構成と動作＞
図１０は、ｄ軸磁束変動量演算部４１の制御ブロック図である。ｄ軸磁束演算部４１１は、ｑ軸電圧値Ｖｑ、電気角速度ωｅ、ｑ軸電流値Ｉｑを入力として、ｄ軸磁束Ψｄを演算する。

【0088】

ｄ軸磁束Ψｄの演算方法の一つとして、（５）式、（６）式に基づく方法がある。また、（６）式に示したように、電圧降下成分のうち全抵抗成分Ｒａｌｌによる電圧降下だけではなく、スイッチング素子３２のｑ軸電流値Ｉｑに対する非線形な電圧降下成分もＶdrop_qに加算することで、ｄ軸磁束Ψｄの算出精度を向上できる。この場合は、ｑ軸電流値Ｉｑを入力としてスイッチング素子３２の電圧降下を出力とするテーブルや、数式を用いる。また、デッドタイムに起因する誤差電圧、ＰＷＭ方式に起因する誤差電圧を、ｑ軸電流値Ｉｑや、図１０においてｄ軸磁束演算部４１１の入力として、図示していないｄ軸電流値Ｉｄ、ＤＣ電圧Ｅｄｃ、スイッチング周波数ｆｓｗに基づいて算出し、Ｖdrop_qに加算しても良い。

【0089】

ｄ軸磁束基準値演算部４１２は、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに基づいて、基準温度におけるｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを演算する。ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑからｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを算出できれば良く算出方法は問わない。

【0090】

ｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdの算出方法の一例として、事前にｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束を測定または電磁界シミュレーションにより算出、記憶しておき、ＩｄとＩｑをパラメータするΨｄ＿stdのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。数式を用いる例として、基準温度時におけるｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸インダクタンスＬｄ＿ｓｔｄの関係を記憶しておき、次式（１１）でｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを算出する構成がある。

【0091】

Ψｄ＿ｓｔｄ＝Ｌｄ＿ｓｔｄ×Ｉｄ＋Ψｄ０＿ｓｔｄ …（１１）
また、モータ駆動中に磁石温度が基準温度とみなせる場合において、その時のｄ軸磁束演算部が出力するｄ軸磁束Ψｄを、その時のｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdとして記憶し、Ψｄ＿stdのテーブルを更新、Ψｄ＿stdを算出する数式の更新を行っても良い。

【0092】

ｄ軸磁束変動量演算部４１では最後に、（７）式に基づいてｄ軸磁束Ψｄとｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdの差分から、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄを算出する。

【0093】

ｄ軸磁束基準値演算部４１２にテーブルまたは数式として記憶される、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対するｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdの関係の一例を図１１に示す。ｄ軸電流が負に大きくなるほど、磁石磁束を弱める磁束が発生するように設計された磁石モータでは、図１１に示すようにｄ軸電流値が負に大きくなるほど、ｄ軸磁束が減少する。

【0094】

また、ｑ軸電流値によってもｄ軸磁束は変化する。磁石磁束を一定とする、またはｄ軸インダクタンスを一定としてｄ軸磁束基準値を算出すると、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄには誤差が発生し、磁石温度推定値にも誤差が発生する。ｄ軸電流、ｑ軸電流によって変化するｄ軸磁束基準値Ψｄ＿stdを記憶しておき、推定時にｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに基づいて算出することで、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄを正確に算出できる。

【0095】

＜磁石磁束基準値演算部の構成と動作＞
磁石磁束基準値演算部４３は、ｑ軸電流値Ｉｑに基づき磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを演算する。ｑ軸電流値Ｉｑと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの関係の一例を図１２に示す。磁石磁束基準値演算部４３では、ｑ軸電流値Ｉｑから磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを算出できれば良く算出方法は問わない。

【0096】

磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの算出方法の一例として、事前に基準温度におけるｑ軸電流値Ｉｑに対する磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを測定または電磁界シミュレーションにより算出、記憶しておき、ＩｑをパラメータするΨｄ０＿stdのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、ｑ軸電流値Ｉｑに対する磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。また、磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄは、ｄ軸磁束基準値演算部４１２において記憶される基準ｄ軸磁束Ψｄ＿stdにおけるｄ軸電流値Ｉｄがゼロ時の磁束値と同値である。そのため、ｄ軸磁束基準値演算部４１２において基準ｄ軸磁束Ψｄ＿stdを演算する際に、ｄ軸電流値Ｉｄがゼロ時の磁束値を算出し、磁石磁束基準値演算部４３の出力である磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄとしても良い。

【0097】

＜ｄ軸磁束変動量補正部の構成と動作＞
図１３は、ｄ軸磁束変動量補正部４２の制御ブロック図である。推定時のｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに基づき、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄから、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０相当である補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpを算出する。補正係数演算部４２１は、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを入力として、補正係数Ｋを演算する。補正係数演算部４２１は、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑから補正係数Ｋを算出できれば良く算出方法は問わない。

【0098】

補正係数Ｋの算出方法の一例として、事前にある温度条件２条件においてｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに対して測定または電磁界シミュレーションにより算出したΔΨｄ０とΔΨｄから、式（８）に基づいて補正係数Ｋを算出・記憶しておき、Ｉｄ、Ｉｑをパラメータする補正係数Ｋのテーブルを作成し、推定時に用いる構成がある。または、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対する補正係数Ｋの関係を数式化しておき、推定時に用いる構成としても良い。

【0099】

ｄ軸磁束変動量補正部４２では最後に、式（９）に基づいて補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpを算出する。

【0100】

補正係数演算部４２１にテーブルまたは数式として記憶される、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑに対する補正係数Ｋの関係の一例を図１４に示す。補正係数Ｋは、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄとＩｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０の比率であるため、ｄ軸電流値Ｉｄがゼロの直線上では補正係数Ｋは１となる。モータの構造によって特性は異なるが、ｄ軸電流が負に大きくなるほど、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄの絶対値が大きくなるモータの場合は、図１４のように、ｄ軸電流が負に大きくなるほど補正係数Ｋは小さくなる。また、ｑ軸電流によってもｄ軸磁束変動量ΔΨｄは変化するため、補正係数Ｋもｑ軸電流によって異なる値となる。

【0101】

ΔΨｄ０とΔΨｄの比率である補正係数Ｋを用いる構成を説明したが、ΔΨｄ_cmpは、別の補正方法を用いてΔΨｄ、Ｉｄ、Ｉｑから算出しても良い。補正方法を問わず、ΔΨｄ０相当のΔΨｄ_cmpを算出できれば良い。

【0102】

＜磁石温度演算部の構成と動作＞
図１５は、磁石温度演算部４４の制御ブロック図である。補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄから磁石温度推定値Ｔｍ_estを算出する。まず、（１０）式に基づいてΔΨｄ_cmpとΨｄ０＿ｓｔｄの比率である磁束変化比率ＫΨを算出する。次に磁石温度換算部４４１において、磁束変化比率ＫΨと磁石温度の関係から、磁石温度推定値Ｔｍ＿ｅｓｔを算出する。

【0103】

磁束変化比率ＫΨと磁石温度の対応関係は、事前に磁石温度を変化させ磁束変化比率ＫΨを測定または電磁界シミュレーションにより算出して記憶しておき、テーブルとして実装する。または、磁束変化比率ＫΨを入力とする数式により磁石温度を算出しても良い。

【0104】

磁石温度換算部４４１にテーブルまたは数式として記憶される、磁束変化比率ＫΨに対する磁石温度推定値Ｔｍ＿ｅｓｔの関係の一例を図１６に示す。磁束変化比率ＫΨがゼロであるとき、磁石温度変化に起因する磁束変化がゼロであることから、磁石温度推定値Ｔｍ＿ｅｓｔは基準磁石温度と等しい。温度変化に対する磁束変化比率は、磁石の温度特性によって異なる。ネオジム磁石のように温度が高くなると磁石磁束が減少する特性を持つ場合は、図１６に示すように、磁束変化比率が正方向に大きくなるにつれ、磁石温度推定値は小さくなる関係となる。

【0105】

補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpと磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの比率である磁束変化比率ＫΨを算出し、磁石温度換算部４４１によって磁石温度推定値Ｔｍ＿ｅｓｔを算出する構成を説明したが、Ｔｍ＿ｅｓｔは、別の算出方法を用いてΔΨｄ_cmpとΨｄ０＿ｓｔｄから算出しても良い。

【0106】

＜本発明の効果＞
本発明における磁石温度推定の構成と動作では、基準温度と推定時磁石温度の差によって、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０と磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄの比率がほぼ一意に定まることを利用している。Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０とは異なるｄ軸磁束変動量ΔΨｄを、そのまま磁石温度推定に用いると推定温度誤差が発生するため、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０相当である補正後ｄ軸磁束変動量ΔΨｄ_cmpを用いる。さらに、磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを一定として磁石温度推定に用いると推定温度誤差が発生するため、Ψｄ０＿ｓｔｄはｑ軸電流値Ｉｑに基づいて算出した値を用いる。ΔΨｄのΔΨｄ０相当であるΔΨｄ_cmpへの補正と、ｑ軸電流値Ｉｑに基づいたΨｄ０＿ｓｔｄの算出により、温度変化によるｄ軸磁束変動量ΔΨｄの電流依存性を適切に補正することができ、磁石温度推定精度を高めることができる。

【0107】

さらに、ｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑの２パラメータに基づいてｄ軸磁束変動量ΔΨｄを補正、ｑ軸電流値Ｉｑに基づいて磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄを算出するため、ｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸磁束Ψｄまたは磁石磁束の３パラメータを入力として磁石温度を直接算出する方式と比較して、事前に必要な調整作業の負担や時間と推定時の処理負荷が大幅に小さい。
次に、ΔΨｄのΔΨｄ０相当であるΔΨｄ_cmpへの補正と、ｑ軸電流値Ｉｑに基づいたΨｄ０＿ｓｔｄの算出による、磁石温度推定値の精度向上について説明する。

【0108】

図１７は、ｄ軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。ｄ軸磁束変動量補正部が存在せず、磁石磁束基準値演算部４３aは一定値の磁石磁束基準値を出力する。d軸磁束変動量演算部４１aはd軸磁束変動量演算部４１と同一である。

【0109】

ｄ軸磁束変動量補正部を備えず、磁石磁束基準値を定数とする場合の磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を図１８に示す。推定時磁石温度真値を基準温度とは異なる値に設定した場合の推定結果であり、回転数とトルクに対して磁石温度推定値から推定時磁石温度真値を引いた、推定温度誤差をプロットしている。ｄ軸磁束変動量補正を行わず、磁石磁束基準値を一定としているため、１００℃と大きな推定誤差が発生している。特に、q軸電流が大きくなる高トルク領域では、磁石磁束基準値の誤差が大きくなり、磁石温度推定値にも大きな誤差が発生している。

【0110】

図１９は、ｄ軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の構成例を示す制御ブロック図である。
ｄ軸磁束変動量補正部が存在しないが、磁石磁束基準値演算部４３ｂは磁石磁束基準値演算部４３と同一、d軸磁束変動量演算部４１aはd軸磁束変動量演算部４１と同一である。

【0111】

ｄ軸磁束変動量補正部を備えない場合における磁石温度推定部の磁石温度推定誤差の例を図２０に示す。推定時磁石温度真値の条件、プロット方法は図１８と同一である。図１８と比較すると、磁石磁束基準値をｑ軸電流に基づいて算出することにより、推定温度誤差が小さくなっている。しかし、Ｉｄゼロ時のｄ軸磁束変動量ΔΨｄ０とは異なるｄ軸磁束変動量ΔΨｄを、そのまま磁石温度推定に用いているため、２０℃程度の推定温度誤差が発生している。

【0112】

磁石温度推定部４０による磁石温度推定結果の例を図２１に示す。ΔΨｄのΔΨｄ０相当であるΔΨｄ_cmpへの補正と、ｑ軸電流値Ｉｑに基づいたΨｄ０＿ｓｔｄの算出により、温度変化によるｄ軸磁束変動量ΔΨｄの電流依存性を適切に補正することができ、推定温度誤差は５℃程度と小さくなる。

【0113】

＜実施例１の変形例＞
上記の説明では、補正係数Ｋと、磁石磁束基準値Ψｄ０＿ｓｔｄをそれぞれ別の演算部で算出する構成としていた。（９）式と（１０）式より磁束変化比率ＫΨは次式（１２）で表される。

【0114】

ＫΨ＝ΔΨｄ×Ｋ／Ψｄ０＿ｓｔｄ …（１２）
ここで、Ｋ／Ψｄ０＿ｓｔｄを一つの変換係数Ｋｔとしてまとめ、変換係数Ｋｔをｄ軸電流値とｑ軸電流値から演算する構成とすることもできる。この場合のｄ軸磁束変動量から磁束変化比率を算出する箇所の制御ブロック図を図２２に示す。（１２）式に基づいて変換係数演算部４５で変換係数Ｋｔを算出し、ｄ軸磁束変動量ΔΨｄに掛けることで、磁束変化比率ＫΨを算出できる。

【実施例0115】

本発明の実施例２について説明する。実施例１と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0116】

本実施例の構成は、下記の点を除き実施例１と同様にできる。本実施例は、磁石温度推定部４０で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する制御部１０に関する。

【0117】

回転子に永久磁石を有するモータの課題として、永久磁石の熱減磁がある。永久磁石の温度が一定以上に上昇すると、不可逆的な減磁に至ることがある。永久磁石が減磁してしまうと、モータの回転数またはトルクを所望の値に制御をすることが難しくなる。また、発生トルクを確保するために、モータやインバータに流れる電流が増加する場合もある。

【0118】

図２３は、本発明の実施例２に係る制御部１０ａの構成を示すブロック図である。実施例２の制御部１０ａでは、磁石温度推定の情報を用いる手段を有している。

【0119】

図２３に示す構成では、トルク指令値制限部１６と、ｄ軸電流指令値を制限するｄ軸電流指令値制限部１７と、ｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流指令値制限部１８を有している。トルク指令値制限部１６は、制御部１０ａの中、あるいは図示していない上位制御系や他の制御系などから得る速度指令値やトルク指令を磁石温度推定部４０で推定した磁石温度推定値により、トルク指令値を制限する。

【0120】

図２４は、トルク指令値制限部１６、ｄ軸電流指令値制限部１７、ｑ軸電流指令値制限部１８の構成例を示す図である。磁石温度推定部４０で推定した磁石温度推定値を指令リミット値演算部１０１に入力する。指令リミット値演算部１０１は、入力された磁石温度推定値に応じて指令リミット値を出力する。

【0121】

例えば、熱減磁の恐れのない磁石温度推定値が判定閾値Ｔｈ以下の場合には、指令リミット値は十分に磁石温度が低い場合と同じ値とし、磁石温度推定値が判定閾値Ｔｈを超えたら、指令リミット値を減少させて出力する。磁石温度推定値が高く熱減磁の恐れが高い場合は、指令値リミット値をゼロとして、モータ出力をゼロとしても良い。

【0122】

指令値リミッタ１０２では、指令値リミット値に基づいてトルク指令値またはｄ軸電流指令値またはｑ軸電流指令値の最大値と最小値を制限する。ここで、最大値と最小値の制限値を符号は異なるが絶対値が指令値リミット値として設定しても良い。または、最大値用の指令値リミット値演算部と最小値用指令値リミット値演算部を備え、別の値に最大値と最小値の制限値を設定しても良い。

【0123】

このように、磁石温度推定部４０で推定した磁石温度推定値の情報を用いる手段を有する構成とすることにより、ＰＭモータの永久磁石の熱減磁や、ＰＭモータやインバータ３０に流れる電流の過度な増加を事前に防止することができる。つまり、信頼性の高いモータ制御装置を提供することができる。ここで、トルク指令値制限部１６、ｄ軸電流指令値制限部１７、ｑ軸電流指令値制限部１８のうち少なくとも一つ有する構成としても良い。一つの指令値制限部でＰＭモータの永久磁石の熱減磁や、ＰＭモータやインバータ３０に流れる電流の過度な増加を事前に防止することができるが、冗長性の確保や段階的な出力低減を目的として、複数の指令値制限部を備える構成としても良い。

【0124】

また、ＰＭモータの永久磁石温度を推定する手段を持たない場合は、熱減磁を防止するために連続定格出力を最大出力に対してマージンを取った小さな値に設定することがある。本実施例により、磁石温度推定値に基づいて指令値を制限し出力を抑制する手段を有する場合は、最大出力に対するマージンを最小化して連続定格出力を設定可能である。つまり、モータ構造は同一としたまま連続定格出力を向上可能である。