旋转电机的驱动装置以及驱动方法与流程

本发明涉及旋转电机的驱动装置，特别适合作为铁道车辆用的永久磁铁同步电动机的驱动装置。

背景技术：

近年来，能够进行大规模输送且能量效率高的铁道车辆受到关注。铁道车辆通过高效率的旋转电机的导入、节能运转控制以及与旋转电机的特性匹配的控制，期待进一步的节能化、效率的提高。

作为这类的技术之一，在铁道车辆中，由于通过多台旋转电机得到动力，因此研究了通过独立地控制多台旋转电机来提高铁道车辆用驱动系统的高效率化、可靠性的技术。

专利文献1以铁道车辆的高效率化为目的而提出了一种铁道车辆用控制装置，所述铁道车辆用控制装置具有在电力变换装置与多台旋转电机各自之间设置有交流切断器，并具备基于来自运转台的运转控制指令独立地控制交流切断器的开闭的切断器控制部的结构，根据车辆所需的转矩减少旋转电机的驱动个数，由此以旋转电机成为高效率的动作条件进行驱动。

专利文献2以即使在开路运转时也维持电车的输出转矩为目的而提出了一种电车控制装置，所述电车控制装置在旋转电机的温度超过了预先设定的允许值时或判断为超过时，在变更为将该旋转电机的温度抑制在允许值内的转矩指令时，在其他旋转电机之中按温度有富余的顺序选定补充转矩的旋转电机，补充发生了温度上升的旋转电机中的输出转矩的不足部分。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-57185号公报

专利文献2：日本专利第5060266号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本申请发明人以铁道车辆用驱动装置的进一步的效率的提高为目的进行了潜心研究，结果得到了如下的见解。

1)在专利文献1中，公开了通过使用切断器对旋转电机的个数进行切换而在旋转电机的效率变高的点使其驱动，从而实现高效率化的技术。而且，选择旋转电机进行驱动以使驱动的旋转电机的温度不会相对于旋转电机的温度变动而偏倚，但是仅仅简单地使温度低的旋转电机动作而使多个旋转电机的损耗均等化，在多台旋转电机中产生的损耗本身并未降低，在高效率化上存在改善的余地。

此外，假设将专利文献1所记载的技术应用于永久磁铁同步电动机的情况下，由于转子具备永久磁铁，所以在交流切断器开路时的转子的自由运转(free-run)中产生铁损，存在永久磁铁同步电动机温度上升的问题。特别是在高速区域中，由于相对于在通常的控制期间中通过弱励磁控制减弱磁通，在开路时的自由运转中不减弱磁通，所以铁损增加。在最高速附近，与通常的控制期间相比，开路期间的情况更有可能增加发热，在冷却性能、可靠性方面也存在课题。

2)在专利文献2中，以即使在开路运转时也维持车辆的输出转矩为目的而公开了如下的技术，即，在旋转电机的温度超过了预先设定的允许值时或判断为超过时，按温度有富余的旋转电机的顺序进行选定，补充转矩。由于仅在温度超过时动作，所以在通常时得不到高效率化的效果，但是假设应用专利文献2的技术，并按温度有富余的顺序分配旋转电机的转矩的情况下，在低速旋转时、高转矩时，由于在旋转电机的损耗内的铜损占支配性的动作条件，所以温度越低电阻值变得越小，可得到高效率化的效果。

但是，在高速旋转时、低转矩时，由于铁损占支配性的动作条件，所以温度越低磁铁磁通越增加，产生效率下降的问题。也就是说，基于永久磁铁同步电动机的温度，仅按温度有富余的顺序分配旋转电机的转矩，对高效率化不充分，根据动作条件存在导致效率的下降的可能性。

3)根据以上的理由，在使用多台旋转电机、特别是使用永久磁铁同步电动机的驱动系统的高效率化上存在改善的余地。

本发明的目的在于，在驱动控制多台旋转电机时，考虑旋转电机的温度依赖性，使转矩操作量分别变化，由此提高通过多台旋转电机得到动力的系统的效率。

用于解决课题的手段

本发明的特征在于，具备：多个电压输出装置，对多个旋转电机输出任意的电压；以及控制装置，对电压输出装置的输出电压进行调整，控制装置获取多个旋转电机的每一个的温度信息，基于每一个的温度信息，从多个旋转电机中选定相对地成为高效率的旋转电机，使针对选定的旋转电机的转矩指令值相对于其他多个旋转电机而相对地增加。

发明效果

根据本发明，在使用多台旋转电机来进行驱动的系统中，考虑旋转电机的效率的温度依赖性，使多台旋转电机的输出转矩分别变化，由此谋求驱动系统的高效率化，能够实现进一步的消耗电力量的降低。

附图说明

图1是示出实施例1涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的功能块的一个例子的图。

图2是示出作为实施例1涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的变形例，在永久磁铁同步电动机设置了温度检测器的一个例子的图。

图3是示出以相同的旋转速度来驱动永久磁铁同步电动机，使转矩和温度进行了变化时的铜损和铁损的比例的变化的图。

图4是示出以相同的转矩来驱动永久磁铁同步电动机，使旋转速度和温度进行了变化时的铜损和铁损的比例的变化的图。

图5是示出在永久磁铁同步电动机的温度比基准值高的情况和低的情况下，永久磁铁同步电动机成为高效率的动作区域的一个例子的图。

图6是示出图1所示的统一控制部具备的转矩运算部的功能块的一个例子的图。

图7是示出搭载本发明涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的铁道车辆的一部分的概略结构的图。

图8是示出实施例2涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的功能块的一个例子的图。

图9是示出在惯性运转再起动时的转矩上升前的转矩零控制期间实施磁铁磁通的推定的随时间的流程的图。

图10是示出在转矩下降后的即将门控截止(gateoff)前的转矩零控制期间实施磁铁磁通的推定的随时间的流程的图。

具体实施方式

以下，作为用于实施本发明的方式，分别按照附图对实施例1以及2进行详细说明。在各实施例中，参照编号相同的构成要件表示为相同的构成要件或具备了类似的功能的构成要件。

另外，以下说明的结构只不过是作为实施例而提示的，本发明涉及的实施方式并不限定于以下的实施例。

实施例1

图1是示出实施例1涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的功能块的一个例子的图。其是将基于永久磁铁同步电动机各自的温度信息对转矩指令值进行调整使得包含多个永久磁铁同步电动机的驱动系统的总效率变高时的结构作为功能块而示出的图。

在图1中，示出了两台永久磁铁同步电动机4a以及4b，但是永久磁铁同步电动机只要是多台，就并不限定于两台。以下，以与两台对应的形式，使用下标a以及b来区分与各自相关的结构部件和功能。

此外，在图1中，设为如下的结构，即，经由受电弓(pantograph)24与架线25进行电力的授受，通过高速断路器23以及断流器22，能够切断架线侧与永久磁铁同步电动机侧的电流。此外，在电压输出装置3a以及3b与架线25之间具备包含滤波电抗器21和滤波电容器20的直流电流平滑用的lc滤波电路。

作为用于驱动控制永久磁铁同步电动机的控制装置，包含统一控制部1和控制部2a以及2b。基于来自控制部2a以及2b的开关指令，电压输出装置3a以及3b输出电压，使永久磁铁同步电动机4a以及4b输出给定的转矩而得到动力。

统一控制部1具备的转矩运算部12根据来自上位的系统控制部(省略图示)的动力指令τm0^*或控制模式的切换指令，分别向控制部2a以及2b输出使永久磁铁同步电动机4a以及4b产生的转矩指令值τm1^*以及τm2^*。

在控制部2a以及2b安装有用于驱动控制作为负载连接的永久磁铁同步电动机4a以及4b的控制程序。控制部2a以及2b输出用于使永久磁铁同步电动机4a以及4b输出给定的转矩的开关指令sw1以及sw2。电压输出装置3a以及3b接受开关指令sw1以及sw2，进行开关控制，输出电压。

在此，图1是仅示出实施例1所需的最小限度的功能块的图，因此对于包含igbt(insulatedgatebiporatransistor，绝缘栅双极型晶体管)等驱动用晶体管、二极管等功率器件的电力变换器以及针对该电力变换器的控制结构，用电压输出装置3a以及3b的框图示出，省略详细的图示。

永久磁铁同步电动机4a以及4b通过磁铁转矩和磁阻转矩产生旋转转矩，该磁铁转矩通过由通过三相交流电压的施加而在定子侧产生的旋转磁场引起的磁极与转子的永久磁铁的磁极的吸引以及排斥而产生，该磁阻转矩通过由定子的旋转磁场引起的磁极与转子的磁性凸极的吸引力产生。

电流检测器5a以及5b分别检测流过永久磁铁同步电动机4a以及4b的u相、v相以及w相的三相电流iu1、iv1以及iw1和iu2、iv2以及iw2的波形。但是，未必一定要通过电流检测器5a以及5b检测三相全部的电流，而也可以设为如下的结构，即，检测三相内的任意二相，剩余一相假定三相电流为平衡状态，通过运算求出。

此外，交流接触器6a以及6b设置在电压输出装置3a以及3b与永久磁铁同步电动机4a以及4b之间，在异常时进行切断电流的动作。在此，使交流接触器6a以及6b按照统一控制部1或控制部2a以及2b所输出的控制信号(省略图示)进行开闭动作。

控制部2a以及2b使用电流检测器5a以及5b的电流检测值，推定永久磁铁同步电动机4a以及4b各自的温度信息t1^以及t2^，发送到统一控制部1。

此外，作为实施例1的变形例，在图2示出对永久磁铁同步电动机4a以及4b设置温度检测器40a以及40b，检测温度信息t1^以及t2^的情况下的结构。在温度检测时，也可以设为检测框架温度、绕组温度或永久磁铁温度等的结构。

以下，对成为本发明的要点的永久磁铁同步电动机的温度与效率的关系进行说明。

在永久磁铁同步电动机中产生的损耗大致划分而分类为铜损、机械损耗以及铁损。对于永久磁铁同步电动机，若设输入功率为pin，输出功率为pout，转矩为τm，铜损为ws，铁损为wi，机械损耗为wm，旋转电机的机械角的角频率为ωm，则永久磁铁同步电动机的效率n由数式(1)表示。

[数式1]

此外，永久磁铁同步电动机的转矩τm由数式(2)表示。

[数式2]

τm＝m·pm·ke·iq+m·pm·(ld-lq)·id·iq(2)

在此，设m为相数，pm为极对数，ke为磁铁磁通(发电常数)，id为d轴电流，iq为q轴电流，ld为d轴电感，lq为q轴电感。

数式(2)的第1项为先前的磁铁转矩(通过基于旋转磁场的磁极与转子的永久磁铁的磁极的吸引以及排斥产生的转矩)，数式(2)的第2项为先前的磁阻转矩(通过基于定子的旋转磁场的磁极与转子的磁性凸极的吸引力产生的转矩)。

众所周知的是，由于磁铁转矩由磁铁磁通ke和q轴电流iq的乘积决定，因此因磁铁磁通ke的变动的影响而变动，输出转矩进行增减。如果永久磁铁例如以-0.1％/℃退磁，则若温度上升10℃，则磁铁磁通ke会下降1％。即，在磁铁磁通增加的低温条件下，数式(1)中的分子的输出转矩增加，因此大多被认为成为高效率的动作。

基于这样的见解，在谋求驱动系统的高效率化的情况下，例如，可考虑应用以高效率化为目的的专利文献2所记载的技术，按照旋转电机的温度有富余的顺序补充转矩。

但是，发明人们基于详细的研究，着眼于数式(1)的分母表示的损耗的温度依赖性，发现了并非仅温度低的永久磁铁同步电动机成为高效率，而是根据转矩和频率的动作条件，在温度低时和高时的分别不同的动作区域中成为高效率。

以下，对铜损ws、机械损耗wm以及铁损wi的概要和它们的温度依赖性进行说明。

铜损ws是在定子绕组中产生的损耗，能够根据在永久磁铁同步电动机中流过的电流值和电阻值来计算。关于铜损ws的温度依赖性，由于电阻值按照在定子绕组中使用的材质的温度系数进行变化，所以温度越高，电阻值变得越大，铜损ws成为增加的倾向。

机械损耗wm由基于转子所具备的冷却风扇的压力损耗、将转子支承在永久磁铁同步电动机的框架的轴承的摩擦等而产生，通常，能够作为驱动频率的函数计算。关于机械损耗wm的温度依赖性，严格地说，虽然有在轴承使用的润滑脂的粘度的变化等，但是在铁道车辆用旋转电机中，其是能够忽视的程度的变化。因此，铁道车辆用旋转电机的机械损耗wm大多作为不受温度的影响的损耗来处理。

铁损wi是与施加交流磁场而用于定子铁芯、转子铁芯的磁性材料中的磁通变化时的磁滞回线的面积对应的磁损耗，被定义为磁滞损耗和涡流损耗之和，通常，能够作为磁通密度和频率的函数来计算。关于铁损wi的温度依赖性，在永久磁铁同步电动机中对铁损造成大幅影响的磁铁磁通本身具有温度依赖性，在温度上升时，如上所述，例如以-0.1％/℃左右退磁。

进而，在铁损wi内，大多认为磁滞损耗几乎没有温度依赖性。但是，关于涡流损耗，若因温度上升而铁芯的电阻增加，则其损耗存在降低的倾向。因此，永久磁铁同步电动机中的铁损wi成为温度越高则越减少的倾向。

如以上那样，永久磁铁同步电动机的损耗在温度低时，铜损降低而铁损增加，相反地，在温度高时，铜损增加而铁损减少。即，铜损和铁损相对于温度成为折衷的关系，因此在考虑了某动作条件下的温度变化时的损耗的变化的情况下，根据铁损和铜损的比例，在低温和高温的哪个条件下作为旋转电机的损耗变小是不同的。

图3是示出以相同的旋转速度来驱动永久磁铁同步电动机，使转矩和温度进行了变化时的铜损和铁损的比例的变化特性的图。

图3的(a)是高转矩时的基于各磁场解析的计算结果，图3的(b)是中转矩时的基于各磁场解析的计算结果，图3的(c)是低转矩时的基于各磁场解析的计算结果，即使在温度变化时，也对电流值进行调整以使输出转矩相同。此外，各图的数值以在各条件下铜损和铁损的合计成为最大的温度条件的损耗进行了标准化。另外，假定电阻和磁铁温度同样地变化。

高转矩时，如图3的(a)那样，在转矩大的动作条件下流过大电流，因此相对于图3的(b)以及(c)，铜损的比例变大。此外，在温度上升时，与铁损的减少相比，铜损的增加变得更大，永久磁铁同步电动机的温度低的情况成为高效率。

中转矩时，如图3的(b)那样，是与图3的(a)相比负载转矩变小且电流也变小的条件，因此旋转电机的温度高的情况效率稍微变得优异。

低转矩时，是转矩大致为零的动作条件，在这样的条件下，如图3的(c)那样，高温时的情况相对于低温时能够使铜损和铁损的合计降低3成左右。

即，可知在负载转矩小的动作条件下，在多台永久磁铁同步电动机内，特意使温度高的永久磁铁同步电动机的转矩指令值增加，相反地，使温度低的永久磁铁同步电动机的转矩指令值降低，由此，作为整体能够以高效率驱动。

图4是示出以相同的转矩驱动永久磁铁同步电动机，使旋转速度和温度变化时的铜损和铁损的比例的变化特性的图。

图4的(a)是低速旋转时的基于各磁场解析的计算结果，图4的(b)是中速旋转时的基于各磁场解析的计算结果，图4的(c)是高速旋转时的基于各磁场解析的计算结果，即使在温度变化时，也对电流进行调整以使输出转矩相同。此外，各图的数值以在各条件下铜损和铁损的合计成为最大的温度条件的损耗进行了标准化。另外，假定电阻和磁铁温度同样地变化。

低速旋转时，如图4的(a)那样，在旋转速度低的动作条件下，由于铁损小，铜损的比例相对地变高。此外，在温度上升时，与铁损的降低相比，铜损的增加变得更大，永久磁铁同步电动机的温度低的情况成为高效率。

中速旋转时，如图4的(b)那样，是旋转速度比图4的(a)高且铁损的比例相对地变大的条件，因此成为即使旋转电机的温度变化效率也几乎不变化的区域。

高速旋转时，旋转速度比图4的(b)更高，在这样的条件下，如图4的(c)那样，高温时的情况相对于低温时能够使铜损和铁损的合计降低1成左右。

即，可知在旋转速度高的条件下，在多台永久磁铁同步电动机内，特意使温度高的永久磁铁同步电动机的转矩指令值增加，相反地，使温度低的永久磁铁同步电动机的转矩指令值降低，由此，作为整体能够以高效率驱动。

图5是示出相对于速度(横轴)和转矩(纵轴)，在永久磁铁同步电动机的温度比基准值高的情况和低的情况下，永久磁铁同步电动机成为高效率的动作区域的一个例子的图。

如图3以及图4所示，在以温度的规格范围的中央值作为基准的情况下，根据温度成为高效率的区域，相对于转矩和速度具有边界。也就是说，在通过至少两台以上的永久磁铁同步电动机得到动力的情况下，如果根据温度、速度以及转矩来变更转矩指令值的分配以使总的效率成为最大，则能够实现系统的高效率化。

在此，图6是示出图1所示的统一控制部1具备的转矩运算部12的功能块的一个例子的图。

具体地，使用图6对图1所示的转矩指令值τm1^*以及τm2^*进行说明。如图6的(b)以及(c)所示，转矩运算部12使用转矩操作量运算部26而构成，按照表示永久磁铁同步电动机的温度变化时的效率的图表(map)或求出效率的计算式，对动力指令τm0^*相加转矩操作量而输出转矩指令值。表示上述的效率的图表或求出效率的计算式是通过实测值、磁场解析而导出的，预先在统一控制部1或转矩运算部12中适当地设置存储装置(省略图示)进行记录。

例如，在应用于两个马达单位的情况下，如(b)所示，将δτm1^*以及δτm2^*与动力指令τm0^*相加，计算转矩指令值τm1^*以及τm2^*。

此外，在应用于四个马达单位的情况下，如(c)所示，将δτm1^*、δτm2^*、δτm3^*以及δτm4^*与动力指令τm0^*相加，计算转矩指令值τm1^*、τm2^*、τm3^*以及τm4^*。

转矩操作量运算部26基于永久磁铁同步电动机各自的温度推定值，判别成为高效率的永久磁铁同步电动机，根据判别结果决定转矩操作量。但是，相对于图6的(a)所示的以往的结构，为了不使从驱动系统输出的转矩的总量变化，如图6的(b)或(c)所示，进行调整以使转矩补偿量的和大致为零(δτm1^*+δτm2^*＝0或δτm1^*+δτm2^*+δτm3^*+δτm4^*＝0)，换言之，以使驱动系统中的转矩指令值的总量大致恒定。

在此，图6所示的转矩指令值δτm1^*～δτm4^*的操作量的运算、其补偿法只不过是一个例子，只要是考虑旋转电机的温度依赖性，并根据速度、频率分别调整转矩操作量的结构，则并不限定于图6所示的结构。

此外，在实施例1中，示出了对转矩指令值进行操作的例子，但是也可以设为对相当于转矩指令值的电流指令值、电压指令值进行操作的结构。

但是，在低转矩时、高速旋转时，由于积极地使用温度高的旋转电机，所以担心温度上升。但是，在铁道车辆中，由于不是在同一频率、转矩的动作点始终持续进行运转，而是反复进行停止、加速、减速以及停止的动作，所以不会仅偏向高温的旋转电机进行驱动，因此不产生异常的发热等。但是，在预测到会超过考虑了永久磁铁的不可逆退磁等的温度允许值的情况下，使得不增加温度高的旋转电机的转矩指令值，而设置针对温度的限制器来停止补偿。

另一方面，在使用感应电动机作为旋转电机的驱动系统的情况下，由于作为旋转电机而未使用永久磁铁，所以在温度上升时磁通不会减少。因此，铁损(去除了在转子中产生的二次铜损的磁损耗)不依赖于温度而大致恒定。也就是说，在感应电动机的情况下，通过仅对温度低的旋转电机(感应电动机)增大转矩指令的分配，能够提高驱动系统的总效率。

图7是示出搭载本发明涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的铁道车辆的一部分的概略结构的图。通过逆变器30驱动的多个永久磁铁同步电动机4a、4b、4c以及4d经由减速齿轮(省略图示)与铁道车辆的车轴连结。铁道车辆通过在与车轴连接的车轮27与导轨28之间产生的切向力行驶。

在铁道车辆中，起因于如下情况等，每个旋转电机的温度产生偏差，即，由于重心根据行进方向进行变化，所以使用相对于行进方向按每个轴使转矩的分配变更的控制的情况，受到行驶风向旋转电机的触碰方式的影响的情况，受到旋转电机的通风管道的污损状态的影响情况。因此，通过将本发明应用于铁道车辆，可得到使铁道车辆的驱动系统高效率化的效果。

如以上那样，在实施例1中，考虑每一个永久磁铁同步电动机的温度依赖性而使转矩操作量分别变化，由此能够使多台永久磁铁同步电动机的总效率提高。

实施例2

实施例2与实施例1相比，不同点在于，作为永久磁铁同步电动机的温度信息，使用了在无传感器控制下驱动中的转矩零控制时的推定磁铁温度。由此，不需要图2所示的温度传感器，并且对于永久磁铁同步电动机的电感、电阻的常数误差，能够稳健(robust)地推定永久磁铁的温度。

图8是示出实施例2涉及的永久磁铁同步电动机的驱动装置的功能块的一个例子的图。

实施例2的控制部2a在内部具备pwm控制部7a、坐标变换器8a、电流控制部9a、电流指令运算部10a、温度推定部11a以及速度推定部31a。

电流指令运算部10a基于来自统一控制部1的转矩指令值τm1^*，输出电流指令值id1^*以及iq1^*。

坐标变换器8a使用相位角θ1将由电流检测器5a检测到的永久磁铁同步电动机3的三相电流iu1、iv1以及iw1变换为旋转坐标系的dq坐标，作为id1以及iq1输出到电流控制部9a。

电流控制部9a输出电压指令值vd1^*以及vq1^*，使得通过pi(proportional-integral，比例积分)控制等使电流偏差收敛于零，以使d轴电流检测值id1以及q轴电流检测值iq1相对于id1^*以及iq1^*一致。

pwm控制部7a基于电压指令值vd1^*以及vq1^*，输出用于控制电压输出装置3a的开关指令sw1。

速度推定部31a基于电流检测值id1以及iq1和电压指令值vd1^*以及vq1^*，推定转子的角频率ω1^*。

温度推定部11a基于电流指令值id1^*以及iq1^*或电流检测值id1以及iq1、电压指令值vd1^*以及vq1^*、以及角频率ω1^*，输出磁铁温度推定值t1^或磁铁磁通推定值ke1^。也可以设为如下的结构，即，设磁铁温度以及磁铁磁通相对于基准值以-0.1％/℃的换算来计算，并将任一个作为推定值输出。以下，使用磁铁磁通推定值ke1^进行说明。

此外，由于控制部2b的内部的框图是与控制部2a相同的结构，所以省略图示。

以下，对高精度地推定永久磁铁的温度的原理进行说明。永久磁铁同步电动机的电压方程式由以下数式(3)以及(4)表示。

[数式3]

[数式4]

假设能够正确地掌握永久磁铁同步电动机的实际的电压、电流、电阻值以及电感的各状态量，则由数式(5)能够计算磁通的推定值ke^。

[数式5]

若通过数式(5)考虑磁铁磁通的常数ke^的计算，则只要电压vd以及vq参照电压输出装置3的电压指令值vd^*以及vq^*，电流使用电流检测值id以及iq即可。可是，电阻r1和电感ld以及lq依赖于永久磁铁同步电动机的绕组温度、铁芯所使用的磁性材料的磁饱和特性、马达构造以及电流条件，因此难以正确地掌握。

因此，发明人们为了不受常数误差的影响而推定磁铁磁通ke，将d轴以及q轴的电流指令值id1^*以及iq1^*有意地设为零，在将数式(2)所示的转矩控制为零的状态下，使用在使控制稳定的状态下的电压指令值vq^*以及角频率ω1^*，由此发现了能够在不受电阻r1和电感ld以及lq的常数误差的影响的情况下推定磁铁磁通ke。

若在数式(2)以及(3)中，将电流指令值id^*以及iq^*设定为零，将基于电流控制部10的电流控制的误差视为零，则稳定的状态的电压指令值vd^*以及vq^*成为以下数式(6)以及(7)。

[数式6]

[数式7]

即，磁铁磁通的推定值ke^能够通过以下数式(8)来计算。

[数式8]

若使电流指令值id^*以及iq^*为零，并使由电流控制引起的误差为零，则q轴的电压指令值vq^*成为输出消除了由实际的磁铁磁通ke引起的感应电压的相应量的电压的状态。因而，可知数式(7)不包含电阻r1和电感ld以及lq的项，电压指令值vq^*能够仅通过ω1^*和ke来计算。

此外，若以在同一频率下磁铁磁通变动的情况为例，则根据数式(7)，在永久磁铁的温度上升而实际的磁铁磁通ke减少的情况下，稳定的状态的vq^*也减少。相反地，在永久磁铁的温度下降而实际的磁通ke增加的情况下，稳定的状态的vq^*也增加。这样，基于使电流指令值id^*以及iq^*为零时的q轴电压指令值vq^*，能够推定磁铁磁通ke。但是，根据数式(8)，在永久磁铁同步电动机的转子速度ω1为零的条件下，实施例2的推定法原理上不能应用。

在此，在实施例2的推定法中，由于需要基于电流控制的电流偏差为零，所以使电流指令值id^*以及iq^*为零而进行驱动控制，使用在使控制稳定的状态下的q轴电压指令值vq^*以及角频率指令值ω1^*。此外，为了去除噪声的影响，也可以实施滤波处理、移动平均处理或积分处理。

接着，在该转矩零控制期间实施的磁铁磁通的推定，使用从门控截止且转子自由运转(惯性运转)中再起动永久磁铁同步电动机时的转矩上升前的转矩零控制期间来实施，或使用转矩下降后的即将门控截止前的转矩零控制期间来实施。

图9是示出在惯性运转再起动时的转矩上升前的转矩零控制期间实施磁铁磁通的推定的随时间的流程的图。此外，图10是示出在转矩下降后的即将门控截止前的转矩零控制期间实施磁铁磁通的推定的随时间的流程的图。

但是，也可以设为如下的结构，即，在转矩零指令时，不使电流严格地为零，而使微小的d轴电流流过。在电压输出装置3a以及3b中，为了防止设置在各相的上下臂所具备的igbt等元件的短路，设置使上下的输出元件同时截止的期间，因此在不施加电压补偿的情况下，该同时截止期间的输出电压不足。因此，通过作为公知而已知的空载时间(deadtime)补偿技术，基于电流检测值或电流指令值的极性对电压指令值施加补偿，以使能够输出指令值那样的电压。

特别是，在永久磁铁同步电动机的感应电压低且调制率低的低速区域中，成为输出大量细宽度的电压脉冲的状态，因此相对于输出电压该同时截止期间占据的比例相对地变大，对输出电压造成的影响容易变大。

即，在低速区域中，在使实施例1所示的d轴电流指令值id^*和q轴电流指令值iq^*两者为零的情况下，如上所述，如果不能正确地掌握在空载时间补偿中使用的电流检测值或电流指令值的极性，而基于错误的极性进行了电压补偿，则通过空载时间补偿相反地使电压误差增加，存在使推定精度下降的可能性。

相对于此，在使q轴电流指令值为零的同时，对d轴电流指令值有意地赋予微小的值，以使能够判断电流指令值或电流检测值的极性。由此，即使在转矩零指令时，也能够进行电流的极性的判别，能够使空载时间补偿正确地动作，能够使电压输出精度提高。

其中，如数式(10)所示，关于微小的电流指令值id的大小，使得由电枢反作用引起的磁通(ld和id的乘积)相对于磁铁磁通ke成为1/5左右以下，以使得不受d轴电感ld的常数误差的影响。例如，在设为1/5以下的情况下，对于在控制器中设定的发电常数的设定值(基准值)ke^*和d轴电感ld^*，使微小的电流指令值id^*的大小在数式(11)的范围内即可。

[数式9]

[数10]

ke＞＞ld·id(10)

[数11]

如以上那样，在实施例2中，通过在将无传感器控制下的转矩指令值控制为零的期间计算磁铁温度(或磁铁磁通)，能够在不使用温度传感器的情况下，高精度地得到温度信息。此外，实施例2能够正确地分配实施例1所记载的转矩操作量的分配，与实施例1相比，能够实现进一步的高效率化以及系统的简化。

附图标记说明

1：统一控制部，2：控制部，3：电压输出装置，4：永久磁铁同步电动机，5：电流检测器，6：交流接触器，7：pwm控制部，8：坐标变换器，9：电流控制部，10：电流指令运算部，11：磁铁温度推定部，12：转矩指令运算部，20：滤波电容器，21：滤波电抗器，22：断流器，23：高速断路器，24：受电弓，25：架线，26：转矩补偿运算部，27：车轮，28：导轨，30：逆变器，31：速度推定运算部，40：温度检测器。