JP2016019457A - Method and device for estimating motor torque - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately estimate a torque of a motor to which demagnetization occurs.SOLUTION: A method is for estimating a torque of a motor where in a rotor, permanent magnets are arranged. At a reference temperature and a target temperature, demagnetization curves of permanent magnets are actually measured and demagnetization functions are acquired. By a magnetic field analysis by a finite element method, position data at operation points on the demagnetization curve at the target temperature where demagnetization can occur to each element of the permanent magnets is calculated at every rotation angle. A minimum value of magnetization of each element is acquired on the basis of the position data of the operation points, the minimum value is substituted for the demagnetization function, and a demagnetization ratio is calculated. The demagnetization curve after demagnetization is acquired by applying the demagnetization ratio to the demagnetization curve at the reference temperature, and a torque is calculated by the magnetic field analysis by the finite element method using the demagnetization curve.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、自動車の駆動モータのように、減磁が生じ易い永久磁石式の同期モータ(PMモータ)のトルクの推定に好適な方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus suitable for estimating the torque of a permanent magnet type synchronous motor (PM motor) that tends to cause demagnetization, such as a drive motor of an automobile.

本発明に関し、減磁後のトルクを高精度で算出できるようにした方法が開示されている(特許文献1)。   Regarding the present invention, a method is disclosed in which the torque after demagnetization can be calculated with high accuracy (Patent Document 1).

そこには、原理上、減磁が生じた後の減磁曲線は実測できないことから、実験データから減磁関数を求め、その減磁関数を用いて減磁後のトルクを算出する方法が開示されている。   In principle, since the demagnetization curve after demagnetization cannot be measured, a method for obtaining a demagnetization function from experimental data and calculating the demagnetization torque using the demagnetization function is disclosed. Has been.

特開2013−165554号公報JP 2013-165554 A

一般的に、PMモータは、ロータの表面に永久磁石を張り付けたSPMモータとロータに永久磁石を埋設したIPMモータに大別できる。特に、後者は、磁石磁束に起因したマグネットトルクに加えて、磁気的な突極性により生じるリラクタンストルクを併用できることから、モータの高トルク化が図れる。特許文献1の方法では、ロータコアの永久磁石を空気層(非磁性体)に置き換え、その状態で磁界解析を行って算出される「リラクタンストルク」が、トルクの算出に際して用いられている。このリラクタンストルクの値は、減磁の前後において不変であり、同一なものとして扱われている。   Generally, PM motors can be broadly classified into SPM motors in which permanent magnets are attached to the surface of the rotor and IPM motors in which permanent magnets are embedded in the rotor. In particular, the latter can use a reluctance torque generated by magnetic saliency in addition to a magnet torque caused by a magnet magnetic flux, so that a high torque of the motor can be achieved. In the method of Patent Document 1, “reluctance torque” calculated by replacing the permanent magnet of the rotor core with an air layer (non-magnetic material) and performing magnetic field analysis in that state is used for calculating the torque. The value of the reluctance torque is unchanged before and after demagnetization and is treated as the same.

また、特許文献1の方法では、減磁後の磁束を算出する際、永久磁石の有限要素法による各要素の磁束の総和と、永久磁石全体の磁束とが等価であるとみなされており、各要素間の磁気的な相互作用については考慮されていない。   Further, in the method of Patent Document 1, when calculating the magnetic flux after demagnetization, the sum of the magnetic fluxes of each element by the finite element method of the permanent magnet and the magnetic flux of the entire permanent magnet are considered to be equivalent. The magnetic interaction between the elements is not considered.

ところが実際には、減磁後にはモータコア内部の磁束密度分布に変化が生じるため、リラクタンストルクも変化するうえ、各要素間の磁気的な相互作用が存在する。従って、特許文献1の方法は、精度の面で改善の余地がある。   In practice, however, the magnetic flux density distribution inside the motor core changes after demagnetization, so that the reluctance torque also changes and there is a magnetic interaction between the elements. Therefore, the method of Patent Document 1 has room for improvement in terms of accuracy.

特に近年では永久磁石の使用量が減少傾向にある。そのため、総トルクのうち、リラクタンストルクの占める割合が高まりつつあり、特許文献1の方法は、今後更に精度の低下が懸念される。   Particularly in recent years, the amount of permanent magnets used has been decreasing. For this reason, the ratio of the reluctance torque in the total torque is increasing, and there is a concern that the accuracy of the method of Patent Document 1 will further decrease in the future.

そこで本発明の目的は、モータのトルクが高精度に推定できる方法及び装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus that can estimate the torque of a motor with high accuracy.

本発明に係わる方法は、ロータとステータとの対向部位に複数の永久磁石が配置されているモータのトルクを推定する方法である。この方法には、少なくとも基準温度と不可逆減磁が生じ得る対象温度とにおいて、前記永久磁石の減磁曲線を実測し、これら温度別の減磁曲線をデータ化して記憶する材料特性取得工程と、不可逆減磁率と、磁化及び残留磁束密度の比率と、の相関からなる前記永久磁石の減磁関数を取得し、当該減磁関数をデータ化して記憶する減磁関数取得工程と、前記減磁曲線及び前記減磁関数を用いてトルクを推定するトルク推定工程と、が含まれている。   The method according to the present invention is a method for estimating the torque of a motor in which a plurality of permanent magnets are arranged at the facing portion between the rotor and the stator. In this method, at least a reference temperature and a target temperature at which irreversible demagnetization can occur, a demagnetization curve of the permanent magnet is actually measured, and a demagnetization curve for each temperature is converted into data and stored. A demagnetization function acquisition step of acquiring a demagnetization function of the permanent magnet having a correlation between an irreversible demagnetization factor and a ratio of magnetization and residual magnetic flux density, and storing the demagnetization function as data, and the demagnetization curve And a torque estimation step of estimating torque using the demagnetization function.

そして、前記トルク推定工程には、有限要素法による磁場解析により、前記永久磁石に設定される複数の要素の各々について、前記対象温度における減磁曲線上の動作点の位置データを、前記ステータに対する前記ロータの回転角度ごとに算出する動作点情報取得ステップと、算出された前記動作点の位置データに基づいて、前記要素の各々において磁化の最小値を取得し、当該磁化の最小値を前記減磁関数に代入することにより、前記不可逆減磁率を前記要素ごとに算出する要素別減磁率算出ステップと、記憶した前記基準温度の減磁曲線に、前記不可逆減磁率を適用することにより、減磁後の減磁曲線を取得する減磁後減磁曲線取得ステップと、前記減磁後の減磁曲線を用いた有限要素法による磁場解析により、トルクを算出する減磁後トルク算出ステップと、が含まれている。   Then, in the torque estimation step, the position data of the operating point on the demagnetization curve at the target temperature for each of the plurality of elements set in the permanent magnet is obtained with respect to the stator by magnetic field analysis by a finite element method. Based on the operating point information acquisition step calculated for each rotation angle of the rotor and the calculated position data of the operating point, a minimum magnetization value is acquired in each of the elements, and the minimum magnetization value is reduced. Demagnetization by applying the irreversible demagnetization factor to the demagnetization curve of the reference temperature stored in the element and the stored demagnetization curve of the reference temperature by substituting in the magnetic function After demagnetization to calculate torque by obtaining a demagnetization curve after demagnetization to obtain a later demagnetization curve and a magnetic field analysis by a finite element method using the demagnetization curve after demagnetization A torque calculation step includes the.

すなわち、この方法によれば、実測される減磁曲線と減磁関数とを用いて、不可逆減磁率を求め、その不可逆減磁率に基づいて取得される減磁後の減磁曲線を用いた有限要素法による磁場解析によってトルクが算出される。   That is, according to this method, the irreversible demagnetization factor is obtained using the actually measured demagnetization curve and the demagnetization function, and the demagnetization curve after demagnetization obtained based on the irreversible demagnetization factor is used. Torque is calculated by magnetic field analysis by the element method.

従って、この方法によれば、減磁後の減磁曲線を用いた磁場解析によって、トルクが算出されることから、永久磁石の減磁に起因したモータコア内部の磁束密度分布の変化に加えて、磁石の各要素間の磁気的な相互作用の影響も考慮されるため、リラクタンストルクを含む、モータの総トルクを高精度に推定することが可能である。   Therefore, according to this method, since the torque is calculated by the magnetic field analysis using the demagnetization curve after demagnetization, in addition to the change in the magnetic flux density distribution inside the motor core due to the demagnetization of the permanent magnet, Since the influence of the magnetic interaction between each element of the magnet is also taken into consideration, the total torque of the motor including the reluctance torque can be estimated with high accuracy.

前記減磁関数取得工程は、前記永久磁石の試験片を用いた熱減磁試験により、温度別の不可逆減磁率を実測する実測ステップと、各温度時の前記試験片の磁化を、有限要素法による磁場解析によって算出する解析ステップと、を含むようにするのが好ましい。   The demagnetization function acquisition step includes an actual measurement step of measuring an irreversible demagnetization factor for each temperature by a thermal demagnetization test using a test piece of the permanent magnet, and a magnetization of the test piece at each temperature by a finite element method. It is preferable to include an analysis step that is calculated by magnetic field analysis according to the above.

そうすれば、試験片の磁化の算出誤差が、近似式により算出した試験片の平均パーミアンス係数と減磁曲線を用いるのに比べて小さくなるため、より高精度な減磁関数を取得することができる。   Then, since the calculation error of the test piece magnetization is smaller than using the average permeance coefficient and demagnetization curve of the test piece calculated by the approximate expression, it is possible to obtain a more accurate demagnetization function. it can.

特に、前記モータが、弱め磁束制御が行われるモータである場合には、前記動作点情報取得ステップにおいて、前記動作点の位置データの算出に、前記弱め磁束制御時の電流及び電流位相条件を入力条件として与えるのが好ましい。   In particular, when the motor is a motor that performs flux-weakening control, in the operating point information acquisition step, the current and current phase conditions during the flux-weakening control are input to the calculation of the position data of the operating point. It is preferable to provide it as a condition.

そうすれば、熱負荷による不可逆減磁だけでなく、外部磁界による不可逆減磁も考慮してトルクの推定ができるので、減磁後のトルクを、よりいっそう精度高く推定できる。   Then, torque can be estimated in consideration of not only irreversible demagnetization due to a thermal load but also irreversible demagnetization due to an external magnetic field, so that the torque after demagnetization can be estimated with higher accuracy.

更に、前記モータが自動車の駆動モータである場合には、前記永久磁石はNd−Fe−B系焼結磁石とするのが好ましい。   Furthermore, when the motor is an automobile drive motor, the permanent magnet is preferably an Nd—Fe—B based sintered magnet.

Nd−Fe−B系焼結磁石であれば、自動車の駆動モータに適したモータ特性を得ることができるが、その一方で温度の影響で減磁が生じ易いという特質があり、減磁を考慮しないと、トルクを適切に推定できないからである。   With Nd-Fe-B sintered magnets, motor characteristics suitable for automobile drive motors can be obtained, but on the other hand, there is a characteristic that demagnetization is likely to occur due to the influence of temperature, and demagnetization is considered. This is because the torque cannot be estimated properly.

この場合、前記対象温度は、−40〜200℃の範囲内で選定するのが好ましい。   In this case, the target temperature is preferably selected within a range of −40 to 200 ° C.

自動車の駆動モータにおいて、減磁が生じ得る実用的な温度範囲であるため、自動車の駆動モータのトルクを適切に評価することができる。   Since the motor drive motor has a practical temperature range in which demagnetization can occur, the torque of the car drive motor can be appropriately evaluated.

このようなトルクの推定方法を用いることにより、モータのトルクの推定が可能な装置が容易に実現できる。具体的には、その装置が、前記減磁曲線及び前記減磁関数の各データと、前記各データを用いて減磁解析を実行する減磁解析プログラムと、前記磁場解析を実行する磁場解析プログラムと、を記憶する記憶部と、前記記憶部と協働して前記トルク推定工程の各ステップの演算処理を行う演算部と、を備えるようにすればよい。   By using such a torque estimation method, a device capable of estimating the motor torque can be easily realized. Specifically, the apparatus includes each data of the demagnetization curve and the demagnetization function, a demagnetization analysis program that executes demagnetization analysis using the data, and a magnetic field analysis program that executes the magnetic field analysis. And a calculation unit that performs calculation processing of each step of the torque estimation step in cooperation with the storage unit.

そうすれば、この装置を用いて簡単に高精度なトルクの評価ができるので、利便性に優れる。   If it does so, since highly accurate torque evaluation can be easily performed using this apparatus, it is excellent in convenience.

本発明の方法等によれば、モータのトルクが高精度に推定できるようになる。   According to the method of the present invention, the torque of the motor can be estimated with high accuracy.

磁界等を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a magnetic field etc. FIG. ヒステリシスカーブを説明するための図である。It is a figure for demonstrating a hysteresis curve. 減磁曲線や動作点等を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a demagnetization curve, an operating point, etc. FIG. 本発明が対象とするモータの一例を示す概略図(断面図)である。It is the schematic (sectional drawing) which shows an example of the motor which this invention makes object. 本実施形態のトルク推定装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the torque estimation apparatus of this embodiment. 本実施形態のトルク推定方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the torque estimation method of this embodiment. 減磁関数の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a demagnetizing function. 動作点情報取得ステップでの磁場解析を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the magnetic field analysis in an operating point information acquisition step. 要素別減磁率算出ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the demagnetization factor calculation step classified by element. 減磁後減磁曲線取得ステップを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the demagnetization curve acquisition step after a demagnetization.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature and does not limit the present invention, its application, or its use.

<本発明の関連技術>
(磁界等)
図1に、板状の永久磁石の断面を示す。この永久磁石は、厚み方向に着磁されており、永久磁石の周囲には、N極からS極に向かう磁界(磁場)が形成されている。ここでは永久磁石が着磁される方向の磁界の強さを記号Hで表す。
<Related art of the present invention>
(Magnetic field, etc.)
FIG. 1 shows a cross section of a plate-like permanent magnet. The permanent magnet is magnetized in the thickness direction, and a magnetic field (magnetic field) from the north pole to the south pole is formed around the permanent magnet. Here, the strength of the magnetic field in the direction in which the permanent magnet is magnetized is represented by the symbol H.

磁界は、永久磁石の外部だけでなく内部にも形成される。この永久磁石の内部の磁界は、永久磁石を減磁させる方向に働くため、反磁界と呼ばれる。反磁界の強さ(Hd)は、永久磁石の形状や寸法、永久磁石の部位によっても異なる。通常、永久磁石の厚みが薄くなるほど、反磁界の強さHdは大きくなる。   The magnetic field is formed not only outside the permanent magnet but also inside. The magnetic field inside the permanent magnet is called a demagnetizing field because it works in the direction of demagnetizing the permanent magnet. The strength (Hd) of the demagnetizing field varies depending on the shape and size of the permanent magnet and the location of the permanent magnet. Normally, the demagnetizing field strength Hd increases as the thickness of the permanent magnet decreases.

図中の矢印線は、磁力線の束である磁束線を表している。磁束は、磁界の流束であり、ここでは永久磁石の表面における単位面積当たりの磁束の密度(磁束密度)を記号Bで表す。   Arrow lines in the figure represent magnetic flux lines that are bundles of magnetic field lines. The magnetic flux is the flux of the magnetic field. Here, the magnetic flux density per unit area (magnetic flux density) on the surface of the permanent magnet is represented by the symbol B.

磁化(磁気分極)は、永久磁石それ自体による単位面積当たりの磁束であり、記号Jで表す。磁束密度Bは、磁化Jに外部磁界の強さが加わったものであり、B=μ・H+J(μ:真空の透磁率)の関係がある。 Magnetization (magnetic polarization) is a magnetic flux per unit area by the permanent magnet itself, and is represented by the symbol J. The magnetic flux density B is obtained by adding the strength of the external magnetic field to the magnetization J, and has a relationship of B = μ 0 · H + J (μ 0 : permeability of vacuum).

(ヒステリシスカーブ)
図2に、磁性体のヒステリシスカーブ(磁気履歴曲線)を模式的に示す。実線が、縦軸を磁束密度Bで表したB−H曲線であり、破線は、そのB−H曲線を換算して得られる、縦軸を磁化Jで表したJ−H曲線である。ヒステリシスカーブは、直流磁化特性測定装置(B−Hトレーサー)等を用いて測定することができる。
(Hysteresis curve)
FIG. 2 schematically shows a hysteresis curve (magnetic history curve) of the magnetic material. The solid line is a BH curve with the vertical axis represented by magnetic flux density B, and the broken line is a JH curve with the vertical axis represented by magnetization J, obtained by converting the BH curve. The hysteresis curve can be measured using a DC magnetization characteristic measuring device (BH tracer) or the like.

具体的には、磁性体に磁界を加えて、磁気飽和させる(図中のa点)。その状態から磁界を減少させていくと、磁界の強さHが0になっても磁化Jは、残存する(図中のb点)。このときの磁化Jを残留磁束密度といい、記号Brで表す。更に、磁界を減少させていくと、磁化は、0になる(図中のc点)。このときの磁界の強さHを保磁力といい、記号Hcjで表す。 Specifically, a magnetic field is applied to the magnetic material to cause magnetic saturation (point a in the figure). When the magnetic field is decreased from this state, the magnetization J remains (point b in the figure) even when the magnetic field strength H becomes zero. The magnetization J at this time is called a residual magnetic flux density and is represented by the symbol Br. Further, when the magnetic field is decreased, the magnetization becomes 0 (point c in the figure). The magnetic field strength H at this time is called coercive force, and is represented by the symbol H cj .

更に磁界の強さHを逆向きに増加させていくと、逆向きに磁気飽和し(図中のd点)、その状態から、磁界の方向を反転して磁界の強さHを増加させることで、当初と同様に磁気飽和してヒステリシスカーブが得られる。このヒステリシスカーブのうち、特に、第2象限の部分を減磁曲線と呼ぶ。   When the magnetic field strength H is further increased in the reverse direction, the magnetic saturation is performed in the reverse direction (point d in the figure), and from this state, the magnetic field direction is reversed to increase the magnetic field strength H. As in the beginning, the magnetic saturation occurs and a hysteresis curve is obtained. Of this hysteresis curve, the portion in the second quadrant is called a demagnetization curve.

(減磁曲線)
図3に、減磁曲線(B−H曲線)を模式的に示す。減磁曲線は温度によって変化し、C1は常温の減磁曲線を、C2は100℃以上の高温の減磁曲線を、それぞれ表している。L1,L2は、傾きが、反磁界Hdと磁束密度Bとの比(B/Hd)である動作線を表している。これら動作線L1,L2の傾きは、磁石の形状や寸法等によって定まり、パーミアンス係数と呼ばれる。
(Demagnetization curve)
FIG. 3 schematically shows a demagnetization curve (BH curve). The demagnetization curve changes with temperature, C1 represents a demagnetization curve at room temperature, and C2 represents a demagnetization curve at a high temperature of 100 ° C. or higher. L1 and L2 represent operation lines whose slope is a ratio (B / Hd) between the demagnetizing field Hd and the magnetic flux density B. The inclinations of these operation lines L1 and L2 are determined by the shape and dimensions of the magnet and are called permeance coefficients.

動作線L1,L2と減磁曲線C1,C2との交点は、動作点Pwと呼ばれる。この動作点Pwは、永久磁石の減磁を評価するうえで重要な要素となる。   The intersection of the operation lines L1, L2 and the demagnetization curves C1, C2 is called an operation point Pw. This operating point Pw is an important factor in evaluating the demagnetization of the permanent magnet.

すなわち、減磁曲線には、減磁曲線C2に示すように、磁束密度Bの減少が急に大きくなる変曲点(クニック点Kという)があり、このクニック点Kに対する動作点Pwの位置により、可逆減磁か不可逆減磁かが判定されるからである。   That is, as shown in the demagnetization curve C2, the demagnetization curve has an inflection point (called a knick point K) at which the decrease of the magnetic flux density B suddenly increases. Depending on the position of the operating point Pw with respect to the knick point K, This is because it is determined whether reversible demagnetization or irreversible demagnetization.

具体的には、動作線L1を見た場合、常温からC2の温度に加熱すると、その磁束密度Bは、B1からB2に減少する。C1及びC2のいずれにおいても、動作点Pwはクニック点Kの上側に位置しているため、常温に戻れば、磁束密度BもほぼB1に回復する(可逆減磁)。   Specifically, when the operation line L1 is viewed, when the heating line is heated from room temperature to C2, the magnetic flux density B decreases from B1 to B2. In both C1 and C2, since the operating point Pw is located above the knick point K, the magnetic flux density B recovers to almost B1 when the temperature returns to room temperature (reversible demagnetization).

ところが、動作線L2のように、C2において動作点Pwがクニック点の下側に入り込むと、常温に戻っても、磁束密度Bは元通りに回復せず、一定の不可逆な減磁が生じてしまう(不可逆減磁)。   However, when the operating point Pw enters the lower side of the knick point in C2 as in the operating line L2, the magnetic flux density B does not recover to the original state even if the operating temperature returns to room temperature, and a certain irreversible demagnetization occurs. (Irreversible demagnetization).

不可逆減磁は、減磁量が増加する方向にのみ進む。すなわち、減磁が生じた後に、それよりも減磁量の小さい減磁が生じても減磁は進まないが、それよりも減磁量が大きい減磁が生じると、その減磁量の増加分だけ減磁が進む。   Irreversible demagnetization proceeds only in the direction in which the amount of demagnetization increases. That is, after demagnetization occurs, demagnetization does not proceed even if demagnetization with a smaller demagnetization amount occurs, but if demagnetization with a larger demagnetization amount occurs, the demagnetization amount increases. Demagnetization proceeds by the amount.

このような不可逆減磁(以下、単に減磁ともいう)は、加熱だけでなく冷却でも生じ得るし、また、逆向きに作用する外部磁界によっても生じ得る。   Such irreversible demagnetization (hereinafter also simply referred to as demagnetization) can be caused not only by heating but also by cooling, and can also be caused by an external magnetic field acting in the opposite direction.

モータの磁極を構成している永久磁石に減磁が生じると、トルクも減少する。従って、減磁が生じ得る条件の下で用いられるモータの場合、使用開始後のトルクは、使用開始前のトルクよりも減少するため、設計時に、実効のあるトルクを高精度に推定するためには、その推定に減磁の影響を反映させることが必要になる。   When demagnetization occurs in the permanent magnet that constitutes the magnetic pole of the motor, the torque also decreases. Therefore, in the case of a motor that is used under conditions where demagnetization can occur, the torque after the start of use is less than the torque before the start of use, so in order to estimate the effective torque with high accuracy at the time of design. Therefore, it is necessary to reflect the effect of demagnetization in the estimation.

<本発明が対象とするモータ>
本発明では、減磁が生じ得る永久磁石式のモータ(PMモータ)を主たる対象とする。
<Motor targeted by the present invention>
The main object of the present invention is a permanent magnet motor (PM motor) that can cause demagnetization.

図4に、そのようなモータの一例を示す(モータ50)。このモータ50は、埋込磁石型のインナーロータ型モータであり、シャフト51やロータ52、ステータ53、これらを収容するモータケース54などで構成されている。   FIG. 4 shows an example of such a motor (motor 50). The motor 50 is an embedded magnet type inner rotor type motor, and includes a shaft 51, a rotor 52, a stator 53, a motor case 54 that accommodates these, and the like.

ロータ52は、主として、電磁鋼板等の軟磁性材料を積層して円柱状に形成されたロータコア52aと、複数の板状の永久磁石55とを有している。ロータコア52aは、モータケース54に回転自在に軸支されたシャフト51に、中心を一致させた状態で固定されている。永久磁石55は、ロータ52の外周部分に、回転軸の方向に延びるように埋設されており、等間隔でN極とS極とが周方向に交互に並ぶように配置されている。   The rotor 52 mainly includes a rotor core 52a formed in a cylindrical shape by stacking soft magnetic materials such as electromagnetic steel plates, and a plurality of plate-like permanent magnets 55. The rotor core 52a is fixed to a shaft 51 that is rotatably supported by the motor case 54 in a state where the centers coincide with each other. The permanent magnet 55 is embedded in the outer peripheral portion of the rotor 52 so as to extend in the direction of the rotation axis, and is arranged such that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction at equal intervals.

ロータ52の外周面と僅かな隙間を隔てて対向するステータ53の内周部分には、複数のティース53aが等間隔で突出しており、これらティース53aの各々にワイヤを巻き付けることによって複数のコイル56が形成されている。これらコイル56に、制御された電流が印加されることにより、ロータ52が回転し、シャフト51を通じてその回転力が出力される。   A plurality of teeth 53a project at equal intervals on the inner peripheral portion of the stator 53 facing the outer peripheral surface of the rotor 52 with a slight gap therebetween, and a plurality of coils 56 are wound by winding a wire around each of the teeth 53a. Is formed. When a controlled current is applied to these coils 56, the rotor 52 rotates and the rotational force is output through the shaft 51.

本発明の場合、ロータの磁極に永久磁石が用いられているモータであれば、その型は限定されない。永久磁石の個数や形状、配置、あるいはコイルの個数、ワイヤの巻き方など、モータの構造も特に限定されない。   In the present invention, the type of the motor is not limited as long as the motor uses a permanent magnet for the magnetic poles of the rotor. The structure of the motor is not particularly limited, such as the number, shape, and arrangement of permanent magnets, the number of coils, and the manner of winding the wire.

本発明は、特に自動車の駆動モータに好適である。   The present invention is particularly suitable for an automobile drive motor.

すなわち、自動車の駆動モータは、高トルク低回転から低トルク高回転まで、幅広い駆動条件に対応したモータ特性が求められる。更に、用いられる永久磁石は、例えば−40℃〜200℃の幅広い温度条件に耐え得る耐熱性が求められ、減磁の影響が大きいからである。   In other words, a drive motor for an automobile is required to have motor characteristics corresponding to a wide range of driving conditions from high torque low rotation to low torque high rotation. Furthermore, the permanent magnet used is required to have heat resistance that can withstand a wide temperature range of, for example, −40 ° C. to 200 ° C., and the influence of demagnetization is large.

例えば、永久磁石としては、Nd−Fe−B系焼結磁石が好ましい。Nd−Fe−B系焼結磁石の場合、高い残留磁束密度Brが得られるため、自動車の駆動モータに適したモータ特性を得ることができる。その一方で、Nd−Fe−B系焼結磁石は、温度の影響を受け易く、減磁を生じ易いという特質があり、トルクの推定精度が低下し易い。   For example, as the permanent magnet, an Nd—Fe—B sintered magnet is preferable. In the case of the Nd—Fe—B based sintered magnet, a high residual magnetic flux density Br is obtained, so that motor characteristics suitable for a drive motor of an automobile can be obtained. On the other hand, the Nd—Fe—B based sintered magnet is susceptible to temperature and has the property of easily causing demagnetization, and the torque estimation accuracy is likely to decrease.

それに対し、本発明の方法や装置であれば、減磁の影響を適切に反映させることができるので、ロータの永久磁石がNd−Fe−B系焼結磁石であっても、トルクを高精度で推定することができる。   In contrast, the method and apparatus of the present invention can appropriately reflect the effect of demagnetization, so that even if the permanent magnet of the rotor is an Nd-Fe-B sintered magnet, the torque can be accurately measured. Can be estimated.

その場合、永久磁石の保磁力Hcjは、20〜35kOeの範囲内であるのが好ましい。保磁力Hcjが、この範囲内にあれば、減磁が生じた場合でも、自動車の駆動モータに要求されるモータ特性を維持できるし、本発明の方法等が効果的に適用できる。 In that case, the coercivity H cj of the permanent magnet is preferably in the range of 20 to 35 kOe. If the coercive force H cj is within this range, even if demagnetization occurs, the motor characteristics required for the drive motor of the automobile can be maintained, and the method of the present invention can be effectively applied.

更に、弱め磁束制御がそのモータで行われる場合に、より効果的である。   Furthermore, it is more effective when the flux-weakening control is performed by the motor.

ロータ側の永久磁石で発生する磁束は一定である。そのため、モータの回転数の上昇に伴い、その磁束によって生じる逆起電圧は増加する。そして、この逆起電圧が、ステータ側のコイルに印加される電圧と等しくなると、電流が流れなくなってそれ以上に回転数が上がらなくなるという現象が発生する。   The magnetic flux generated by the permanent magnet on the rotor side is constant. Therefore, the counter electromotive voltage generated by the magnetic flux increases with the increase in the rotational speed of the motor. When this counter electromotive voltage becomes equal to the voltage applied to the stator side coil, a phenomenon occurs in which the current stops flowing and the rotational speed does not increase any more.

弱め磁束制御では、この逆起電圧の増加を抑制するために、コイルへ供給する電流の位相を進角させ、ステータ側から永久磁石に逆向きの磁界を作用させる。それにより、モータは、より高い回転数まで上げられるようになる。   In the flux weakening control, in order to suppress the increase in the counter electromotive voltage, the phase of the current supplied to the coil is advanced, and a reverse magnetic field is applied to the permanent magnet from the stator side. Thereby, the motor can be increased to a higher rotational speed.

ところが、この場合、永久磁石に逆向きの磁界(外部磁界)が作用することで、永久磁石に減磁が生じ得る。従って、対象とされるモータで弱め磁束制御が行われる場合には、温度だけでなく、この外部磁界による減磁の影響も考慮する必要がある。   However, in this case, a demagnetization can occur in the permanent magnet due to a reverse magnetic field (external magnetic field) acting on the permanent magnet. Therefore, when the flux weakening control is performed by the target motor, it is necessary to consider not only the temperature but also the influence of demagnetization by the external magnetic field.

それに対し、本発明の方法では、この外部磁界による減磁の影響も反映されるようになっているため、弱め磁束制御が行われるモータであっても、トルクを高精度に推定することができる。   On the other hand, in the method of the present invention, since the influence of demagnetization due to the external magnetic field is also reflected, the torque can be estimated with high accuracy even for a motor that performs flux-weakening control. .

<トルク推定装置>
図5に、本実施形態のトルク推定装置の一例を示す(以下、単に装置1ともいう)。この装置1のハードウエアは、いわゆるコンピュータシステムであり、CPU2(演算部に相当)、ROM、RAM、HDD等のメモリ3(記憶部に相当)、ディスプレイ4(表示部)、キーボード5やマウス6等(入力部)などで構成されている。
<Torque estimation device>
FIG. 5 shows an example of the torque estimation device of the present embodiment (hereinafter also simply referred to as device 1). The hardware of the apparatus 1 is a so-called computer system, and includes a CPU 2 (corresponding to a calculation unit), a memory 3 (corresponding to a storage unit) such as ROM, RAM, HDD, a display 4 (display unit), a keyboard 5 and a mouse 6. Etc. (input unit).

メモリ3には、オペレーティングシステム、磁場解析プログラム、減磁解析プログラム等のソフトウエアが記憶されていて、それぞれ実行可能となっている。これらソフトウエアを記録したディスク等の記憶媒体を装置1に取り込むことにより、一時的にメモリ3を構成してもよい。磁場解析プログラムは、例えば、株式会社JSOL製の「JMAG」等、公知のソフトウエアが利用できる。   The memory 3 stores software such as an operating system, a magnetic field analysis program, and a demagnetization analysis program, which can be executed. The memory 3 may be temporarily configured by taking in a storage medium such as a disk on which the software is recorded into the apparatus 1. As the magnetic field analysis program, for example, known software such as “JMAG” manufactured by JSOL Corporation can be used.

メモリ3には、有限要素モデルのデータ、減磁曲線のデータ、減磁関数のデータなどの各種データや、各プログラムによって作成される計算結果も記憶される。   The memory 3 also stores various data such as finite element model data, demagnetization curve data, demagnetization function data, and calculation results created by each program.

オペレーティングシステムを起動して、磁場解析プログラム及び減磁解析プログラムを実行することで、このコンピュータシステムは、トルク推定装置1としての機能を発揮する。それにより、CPU2は、キーボード5等を通じて入力される指示や情報に基づき、次に説明するトルク推定方法に基づいた各工程及び各ステップの演算処理を、メモリ3と協働して実行する。   By starting the operating system and executing the magnetic field analysis program and the demagnetization analysis program, this computer system exhibits the function as the torque estimation device 1. As a result, the CPU 2 executes each process and calculation processing of each step based on the torque estimation method described below in cooperation with the memory 3 based on instructions and information input through the keyboard 5 and the like.

<トルク推定方法>
図6のフローチャートを参照しながら、トルク推定装置1により、モータのトルクを推定する方法について説明する。このトルク推定方法は、減磁を適切に反映することで、モータのトルクが高精度に推定できるように工夫されている。なお、便宜上、説明では2次元解析モデルを用いるが、3次元解析モデルにも適用可能である。
<Torque estimation method>
A method for estimating the torque of the motor by the torque estimation device 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. This torque estimation method is devised so that the torque of the motor can be estimated with high accuracy by appropriately reflecting demagnetization. For convenience, the description uses a two-dimensional analysis model, but the present invention can also be applied to a three-dimensional analysis model.

このトルク推定方法の主体は、材料特性取得工程10、減磁関数取得工程20、及びトルク推定工程30で構成されている。これらのうち、材料特性取得工程10及び減磁関数取得工程20は、トルク推定工程30に先立って行われ、これら工程で得られるデータは、トルク推定工程30が行われる前に、メモリ3に記憶される。   The main body of this torque estimation method includes a material property acquisition step 10, a demagnetization function acquisition step 20, and a torque estimation step 30. Among these, the material property acquisition step 10 and the demagnetization function acquisition step 20 are performed prior to the torque estimation step 30, and data obtained in these steps is stored in the memory 3 before the torque estimation step 30 is performed. Is done.

(材料特性取得工程)
本工程では、少なくとも基準温度と対象温度とにおいて、解析対象とされるモータの永久磁石(以下、単に永久磁石ともいう)の減磁曲線を実測し、これら温度別の減磁曲線をデータ化して記憶する処理が行われる。
(Material property acquisition process)
In this process, at least at the reference temperature and the target temperature, the demagnetization curve of the permanent magnet of the motor to be analyzed (hereinafter also simply referred to as a permanent magnet) is measured, and the demagnetization curve for each temperature is converted into data. The storing process is performed.

基準温度は、永久磁石の平常時の温度であり、通常は、常温(20±15℃)である。対象温度は、永久磁石が達し得る、基準温度から最も離れた温度であり、通常は、減磁が生じ得る高温度である。   The reference temperature is the normal temperature of the permanent magnet, and is usually room temperature (20 ± 15 ° C.). The target temperature is the temperature farthest from the reference temperature that the permanent magnet can reach, and is usually a high temperature at which demagnetization can occur.

減磁曲線は、各温度でのヒステリシスカーブを実測することによって得られる。そうして得られた減磁曲線は、座標上の点データの集合体として、磁場解析プログラム及び減磁解析プログラムが利用可能なデータに変換され、メモリ3に記憶される。   A demagnetization curve is obtained by actually measuring a hysteresis curve at each temperature. The demagnetization curve thus obtained is converted into data usable by the magnetic field analysis program and the demagnetization analysis program as a collection of point data on coordinates and stored in the memory 3.

減磁曲線は、基準温度と対象温度だけでなく、複数の温度で実測し、データ化してメモリ3に記憶しておくのが好ましい。そうすれば、これら温度別の減磁曲線の中から必要に応じて利用できるので、汎用性に優れる。   The demagnetization curve is preferably measured not only at the reference temperature and the target temperature but also at a plurality of temperatures, converted into data, and stored in the memory 3. Then, since it can utilize as needed among these demagnetization curves according to temperature, it is excellent in versatility.

更には、素材が異なる複数の永久磁石について、これら減磁曲線をデータ化して記憶しておくのが好ましい。そうすれば、永久磁石の素材が変わっても直ぐに対応できるので、よりいっそう汎用性に優れる。   Furthermore, it is preferable to store these demagnetization curves as data for a plurality of permanent magnets of different materials. Then, even if the material of the permanent magnet changes, it can respond immediately, so it is more versatile.

(減磁関数取得工程)
本工程では、磁化J及び残留磁束密度Brの比率と、不可逆減磁率と、の相関からなる永久磁石の減磁関数を取得し、その減磁関数をデータ化して記憶する処理が行われる。
(Demagnetization function acquisition process)
In this step, a process of acquiring a demagnetization function of the permanent magnet having a correlation between the ratio of the magnetization J and the residual magnetic flux density Br and the irreversible demagnetization rate, and storing the demagnetization function as data is performed.

減磁関数を取得するために、事前に予備的実験が行われる。予備的実験は、主に実測ステップ21と解析ステップ22とで構成されている。   Preliminary experiments are performed to obtain the demagnetization function. The preliminary experiment mainly includes an actual measurement step 21 and an analysis step 22.

実測ステップ21では、試験片を用いた熱負荷を加える熱減磁試験により、温度別の不可逆減磁率が実測される。具体的には、用いられる試験片は、永久磁石と同一の磁性体からなる。   In the actual measurement step 21, the irreversible demagnetization factor for each temperature is actually measured by a thermal demagnetization test in which a heat load using a test piece is applied. Specifically, the test piece used is made of the same magnetic material as the permanent magnet.

本ステップでは、まず最初に、各試験片の室温での磁束量(加熱前磁束量)が測定される。そして、これら試験片を、それぞれ異なる所定の温度まで加熱して熱負荷を十分与え、その後、再度室温に戻して磁束量(加熱後磁束量)が測定される。   In this step, first, the amount of magnetic flux at room temperature (the amount of magnetic flux before heating) of each test piece is measured. These test pieces are heated to different predetermined temperatures to give a sufficient heat load, then returned to room temperature, and the amount of magnetic flux (the amount of magnetic flux after heating) is measured.

そうして得られる各試験片の加熱前磁束量と加熱後磁束量との差から、各試験片の減磁量を算出し、加熱前磁束量に対するこの減磁量の比から不可逆減磁率(以下、単に減磁率ともいう)を取得する。   The demagnetization amount of each test piece is calculated from the difference between the pre-heating magnetic flux amount and the post-heating magnetic flux amount of each test piece obtained in this way, and the irreversible demagnetization factor ( Hereinafter, it is also simply referred to as a demagnetization factor.

また、これと併せて、室温と、試験片が加熱される所定の温度の各温度での減磁曲線も測定される。なお、これら減磁曲線のデータがメモリ3に既に記憶されている場合には、そのデータが利用できる。   At the same time, a demagnetization curve at each temperature of room temperature and a predetermined temperature at which the test piece is heated is also measured. In addition, when the data of these demagnetization curves are already memorize | stored in the memory 3, the data can be utilized.

解析ステップ22では、各温度時の試験片の磁化Jが、有限要素法による磁場解析によって算出される。なお、ここでの磁場解析は、公知の方法を用いることができるため、その具体的な説明は省略する。   In the analysis step 22, the magnetization J of the test piece at each temperature is calculated by magnetic field analysis by the finite element method. In addition, since a well-known method can be used for the magnetic field analysis here, the specific description is abbreviate | omitted.

本ステップでは、有限要素法による磁場解析を用いて各温度時の試験片の磁化Jを算出するため、近似式により算出した試験片の平均パーミアンス係数と減磁曲線を用いて算出する場合よりも、算出精度が高くなる。   In this step, since the magnetization J of the test piece at each temperature is calculated using the magnetic field analysis by the finite element method, the calculation is performed using the average permeance coefficient and the demagnetization curve of the test piece calculated by the approximate expression. , The calculation accuracy increases.

そうして、磁化Jと、これに対応した加熱温度での減磁曲線の残留磁束密度Brとから、これらの比率である磁化パラメータ(J/Br)を取得する。   Then, the magnetization parameter (J / Br), which is the ratio of these, is obtained from the magnetization J and the residual magnetic flux density Br of the demagnetization curve at the corresponding heating temperature.

図7に、取得した磁化パラメータと、これに対応した加熱温度での減磁率との関係を表したグラフの一例を示す。これらの間には、高度な1次の相関関係が認められ、これら両者を変数として1次方程式が表せる(減磁関数)。この減磁関数をデータ化し、メモリ3に記憶する。   FIG. 7 shows an example of a graph showing the relationship between the acquired magnetization parameter and the demagnetization factor at the corresponding heating temperature. A high-order first-order correlation is recognized between them, and a linear equation can be expressed by using both as variables (demagnetization function). This demagnetization function is converted into data and stored in the memory 3.

(トルク推定工程)
本工程では、取得した減磁曲線及び減磁関数を用いてトルクの推定が行われる。トルク推定工程30は、主に、動作点情報取得ステップ31、要素別減磁率算出ステップ32、減磁後減磁曲線取得ステップ33、及び減磁後トルク算出ステップ34で構成されている。
(Torque estimation process)
In this step, torque is estimated using the acquired demagnetization curve and demagnetization function. The torque estimation step 30 mainly includes an operating point information acquisition step 31, an element-specific demagnetization factor calculation step 32, a demagnetization curve acquisition step 33 after demagnetization, and a torque calculation step 34 after demagnetization.

(動作点情報取得ステップ)
本ステップでは、有限要素法による磁場解析により、永久磁石に設定される複数の要素の各々について、対象温度、制御条件(電流条件)を入力して、その際の動作点Pwの位置データを、ロータの回転角度ごとに算出する処理が行われる。
(Operation point information acquisition step)
In this step, the target temperature and the control condition (current condition) are input for each of a plurality of elements set in the permanent magnet by the magnetic field analysis by the finite element method, and the position data of the operating point Pw at that time is A process of calculating for each rotation angle of the rotor is performed.

具体的には、最初に、ロータコアの材質や形状、永久磁石の形状や配置、コイルの巻数、モータの駆動条件、ロータの回転角度、分割要素数など、磁場解析に必要とされる有限要素モデルのデータを、キーボード5等を通じて入力する。   Specifically, first, the finite element model required for magnetic field analysis, such as the material and shape of the rotor core, the shape and arrangement of the permanent magnet, the number of turns of the coil, the motor drive conditions, the rotation angle of the rotor, and the number of divided elements Is input through the keyboard 5 or the like.

そして、磁場解析プログラムに、対象温度における動作点Pwの位置データを算出するように指示する。そうすると、CPU2により、断面が複数の要素(メッシュ)で構成された仮想のモータが設定され、ディスプレイ4に表示される。この仮想のモータにおいて、ロータをステータに対して所定の角度づつ回転させながら、磁場解析が行われる。   Then, the magnetic field analysis program is instructed to calculate the position data of the operating point Pw at the target temperature. Then, the virtual motor whose cross section is configured by a plurality of elements (mesh) is set by the CPU 2 and displayed on the display 4. In this virtual motor, magnetic field analysis is performed while rotating the rotor by a predetermined angle with respect to the stator.

なお、モータの場合、磁界が周期的に変化するため、モータの全周に対して解析を行う必要はない。1周期分の電気角の範囲で解析するのが効率的である。   In the case of a motor, since the magnetic field changes periodically, it is not necessary to analyze the entire circumference of the motor. It is efficient to analyze within the range of the electrical angle for one cycle.

図8に、本ステップで行われる処理の概念図を示す。図8では、便宜上、永久磁石だけを複数の要素s1,・・・で表してある。まず、磁場解析により、永久磁石の各要素s1,・・・について初期位置での動作点Pwの位置データが算出される。   FIG. 8 shows a conceptual diagram of processing performed in this step. In FIG. 8, only the permanent magnet is represented by a plurality of elements s1,. First, position data of the operating point Pw at the initial position is calculated for each element s1,... Of the permanent magnet by magnetic field analysis.

図8では、初期位置の永久磁石における各要素s1,・・・のうち、要素s1とsnについて、動作点Pw1,Pwnが取得されるイメージを例示している。   FIG. 8 illustrates an image in which the operating points Pw1 and Pwn are acquired for the elements s1 and sn among the elements s1,... In the permanent magnet at the initial position.

次に、設定された所定角度θだけ、ロータが回転される。その回転角度においても、初期位置の場合と同様にして、各要素s1,・・・の動作点Pwの位置データが取得される。図8では、その回転角度における各要素s1,・・・のうち、要素s1’について、動作点Pw1’が取得されるイメージを例示している。   Next, the rotor is rotated by the set predetermined angle θ. Also at the rotation angle, as in the case of the initial position, the position data of the operating point Pw of each element s1,. FIG. 8 illustrates an image in which the operating point Pw1 'is acquired for the element s1' among the elements s1, ... at the rotation angle.

以降、この処理が繰り返されることにより、各要素s1,・・・について、対象温度における動作点Pwの位置データが、回転角度ごとに取得される。   Thereafter, by repeating this processing, the position data of the operating point Pw at the target temperature is acquired for each rotation angle for each element s1,.

(要素別減磁率算出ステップ)
本ステップでは、動作点情報取得ステップ31で算出された動作点Pwの位置データに基づいて、各要素での磁化Jの最小値を取得し、これら磁化Jの最小値を減磁関数に代入することにより、減磁率の最大値を要素ごとに算出する処理が行われる。
(Demagnetization factor calculation step by element)
In this step, the minimum value of the magnetization J at each element is acquired based on the position data of the operating point Pw calculated in the operating point information acquisition step 31, and the minimum value of the magnetization J is substituted into the demagnetization function. Thus, processing for calculating the maximum value of the demagnetization factor for each element is performed.

図9に、永久磁石の対象温度におけるJ−H曲線を示す。J−H曲線は、B−H曲線のデータを換算することによって得られる。   FIG. 9 shows a JH curve at the target temperature of the permanent magnet. The JH curve is obtained by converting the data of the BH curve.

動作点情報取得ステップ31において、要素ごとに、各回転角度の動作点Pwの位置データ(対象温度におけるB−H曲線上に位置している)が取得されている。ここでは、まず、要素ごとに、各回転角度の動作点Pwの位置データが磁化Jの位置データに換算され、換算された位置データがJ−H曲線上にプロットされる。図9に示す複数の白丸は、プロットされたこれらの点を表している。   In the operating point information acquisition step 31, the position data of the operating point Pw at each rotation angle (located on the BH curve at the target temperature) is acquired for each element. Here, first, for each element, the position data of the operating point Pw at each rotation angle is converted into the position data of the magnetization J, and the converted position data is plotted on the JH curve. A plurality of white circles shown in FIG. 9 represent these plotted points.

そして、これら点のうち、最も磁化Jが小さい点が特定される(Jd)。このときの磁化Jdと、残留磁束密度Brとから、磁化Jパラメータ(Jd/Br)が算出される。算出された磁化Jパラメータ(Jd/Br)を減磁関数に代入することで、減磁率の最大値(回転角度の中で最も大きい減磁率)が算出される。このような処理が要素ごとに行われ、各要素の減磁率が算出される。   Of these points, the point having the smallest magnetization J is identified (Jd). A magnetization J parameter (Jd / Br) is calculated from the magnetization Jd at this time and the residual magnetic flux density Br. By substituting the calculated magnetization J parameter (Jd / Br) into the demagnetization function, the maximum value of the demagnetization factor (the largest demagnetization factor in the rotation angle) is calculated. Such a process is performed for each element, and the demagnetization factor of each element is calculated.

(減磁後減磁曲線取得ステップ)
本ステップでは、記憶した基準温度の減磁曲線に、算出された減磁率を適用することにより、減磁後の減磁曲線を取得する処理が行われる。
(Demagnetization curve acquisition step after demagnetization)
In this step, a process of obtaining a demagnetization curve after demagnetization is performed by applying the calculated demagnetization factor to the stored demagnetization curve of the reference temperature.

図10に、永久磁石の、基準温度におけるJ−H曲線Csや、対象温度におけるJ−H曲線Ctを示す。基準温度のJ−H曲線Csを構成している各座標データのうち、縦軸の磁化Jの値に対して、各要素の減磁率を適用することにより、基準温度における減磁後のJ−H曲線Cs’を取得し、メモリ3に記憶する。   FIG. 10 shows the JH curve Cs at the reference temperature and the JH curve Ct at the target temperature of the permanent magnet. By applying the demagnetization factor of each element to the value of the magnetization J on the vertical axis among the coordinate data constituting the JH curve Cs of the reference temperature, J− after demagnetization at the reference temperature is obtained. The H curve Cs ′ is acquired and stored in the memory 3.

(減磁後トルク算出ステップ)
減磁後減磁曲線取得ステップ33において、要素ごとに、基準温度における減磁後のJ−H曲線Cs’が得られたことから、本ステップでは、この減磁後の減磁曲線Cs’を用いた有限要素法による磁場解析により、トルクを算出する処理が行われる。
(Torque calculation step after demagnetization)
In the demagnetization curve acquisition step 33 after demagnetization, the JH curve Cs ′ after demagnetization at the reference temperature is obtained for each element. Therefore, in this step, the demagnetization curve Cs ′ after demagnetization is obtained. A process of calculating torque is performed by magnetic field analysis by the finite element method used.

具体的には、各要素の減磁後のJ−H曲線Cs’のデータが、減磁後のB−H曲線に換算される。そうして得られる各要素の減磁後のB−H曲線を用い、改めて有限要素法による磁場解析が行われ、減磁後のトルクが算出される。   Specifically, the JH curve Cs ′ after demagnetization of each element is converted into a BH curve after demagnetization. The magnetic field analysis by the finite element method is performed again using the BH curve after demagnetization of each element thus obtained, and the torque after demagnetization is calculated.

従って、このトルクを推定する方法や装置1によれば、熱負荷や外部磁界の影響によって不可逆減磁が生じたモータのトルクを高精度に推定できるようになるので、設計段階においてモータ性能を適切に判断することが可能になる。   Therefore, according to the method and apparatus 1 for estimating the torque, it is possible to estimate the torque of the motor in which the irreversible demagnetization has occurred due to the influence of a thermal load or an external magnetic field with high accuracy. It becomes possible to judge.

その結果、安全を見越した過度な設計によるコストアップが抑制できるなど、優れた効果が得られる。   As a result, it is possible to obtain an excellent effect such as an increase in cost due to an excessive design for safety.

1 トルク推定装置
10 材料特性取得工程
20 減磁関数取得工程
30 トルク推定工程
50 モータ
55 永久磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque estimation apparatus 10 Material characteristic acquisition process 20 Demagnetization function acquisition process 30 Torque estimation process 50 Motor 55 Permanent magnet

Claims (6)

ロータとステータとの対向部位に複数の永久磁石が配置されているモータのトルクを推定する方法であって、
少なくとも基準温度と不可逆減磁が生じ得る対象温度とにおいて、前記永久磁石の減磁曲線を実測し、これら温度別の減磁曲線をデータ化して記憶する材料特性取得工程と、
不可逆減磁率と、磁化及び残留磁束密度の比率と、の相関からなる前記永久磁石の減磁関数を取得し、当該減磁関数をデータ化して記憶する減磁関数取得工程と、
前記減磁曲線及び前記減磁関数を用いてトルクを推定するトルク推定工程と、
を含み、
前記トルク推定工程は、
有限要素法による磁場解析により、前記永久磁石に設定される複数の要素の各々について、前記対象温度における減磁曲線上の動作点の位置データを、前記ステータに対する前記ロータの回転角度ごとに算出する動作点情報取得ステップと、
算出された前記動作点の位置データに基づいて、前記要素の各々において磁化の最小値を取得し、当該磁化の最小値を前記減磁関数に代入することにより、前記不可逆減磁率を前記要素ごとに算出する要素別減磁率算出ステップと、
記憶した前記基準温度の減磁曲線に、前記不可逆減磁率を適用することにより、減磁後の減磁曲線を取得する減磁後減磁曲線取得ステップと、
前記減磁後の減磁曲線を用いた有限要素法による磁場解析により、トルクを算出する減磁後トルク算出ステップと、
を含むトルクの推定方法。
A method for estimating the torque of a motor in which a plurality of permanent magnets are arranged at opposite portions of a rotor and a stator,
At least at a reference temperature and a target temperature at which irreversible demagnetization can occur, the demagnetization curve of the permanent magnet is actually measured, and the material property acquisition step for storing and storing these demagnetization curves for each temperature,
A demagnetization function acquisition step of acquiring a demagnetization function of the permanent magnet consisting of a correlation between an irreversible demagnetization factor and a ratio of magnetization and residual magnetic flux density, and storing the demagnetization function as data;
A torque estimation step of estimating torque using the demagnetization curve and the demagnetization function;
Including
The torque estimation step includes
The position data of the operating point on the demagnetization curve at the target temperature is calculated for each rotation angle of the rotor relative to the stator for each of a plurality of elements set in the permanent magnet by magnetic field analysis using a finite element method. An operating point information acquisition step;
Based on the calculated position data of the operating point, the minimum value of the magnetization is obtained in each of the elements, and the minimum value of the magnetization is substituted into the demagnetization function, whereby the irreversible demagnetization factor is determined for each element. Demagnetization factor calculation step for each element to be calculated in
Applying the irreversible demagnetization factor to the stored demagnetization curve of the reference temperature to obtain a demagnetization curve after demagnetization to obtain a demagnetization curve after demagnetization;
Torque calculation step after demagnetization for calculating torque by magnetic field analysis by a finite element method using the demagnetization curve after demagnetization,
A method for estimating torque including
請求項1に記載のトルクの推定方法において、
前記減磁関数取得工程が、
前記永久磁石の試験片を用いた熱減磁試験により、温度別の不可逆減磁率を実測する実測ステップと、
各温度時の前記試験片の磁化を、有限要素法による磁場解析によって算出する解析ステップと、
を含むトルクの推定方法。
The torque estimation method according to claim 1,
The demagnetization function acquisition step includes
An actual measurement step of actually measuring the irreversible demagnetization rate for each temperature by a thermal demagnetization test using the permanent magnet test piece,
An analysis step of calculating the magnetization of the test piece at each temperature by a magnetic field analysis by a finite element method;
A method for estimating torque including
請求項1又は請求項2に記載のトルクの推定方法において、
前記モータは、弱め磁束制御が行われるモータであり、
前記動作点情報取得ステップにおいて、
前記動作点の位置データの算出に、前記弱め磁束制御によって前記永久磁石に外部から逆向きに作用する外部磁界が適用されているトルクの推定方法。
In the torque estimation method according to claim 1 or 2,
The motor is a motor that performs flux-weakening control,
In the operating point information acquisition step,
A torque estimation method in which an external magnetic field acting in a reverse direction on the permanent magnet is applied to the permanent magnet by the flux-weakening control in calculating the position data of the operating point.
請求項3に記載のトルクの推定方法において、
前記モータは、自動車の駆動モータであり、
前記永久磁石がNd−Fe−B系焼結磁石であるトルクの推定方法。
The torque estimation method according to claim 3,
The motor is an automobile drive motor,
A method for estimating torque, wherein the permanent magnet is an Nd—Fe—B based sintered magnet.
請求項4に記載のトルクの推定方法において、
前記対象温度が−40〜200℃の範囲内にあるトルクの推定方法。
The torque estimation method according to claim 4,
A torque estimation method in which the target temperature is within a range of −40 to 200 ° C.
請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のトルクの推定方法を用いることにより、前記モータのトルクの推定が可能な装置であって、
前記減磁曲線及び前記減磁関数の各データと、
前記各データを用いて減磁解析を実行する減磁解析プログラムと、
前記磁場解析を実行する磁場解析プログラムと、
を記憶する記憶部と、
前記記憶部と協働して前記トルク推定工程の各ステップの演算処理を行う演算部と、
を備える装置。
An apparatus capable of estimating the torque of the motor by using the torque estimation method according to any one of claims 1 to 5,
Each data of the demagnetization curve and the demagnetization function,
A demagnetization analysis program for performing demagnetization analysis using each of the data;
A magnetic field analysis program for executing the magnetic field analysis;
A storage unit for storing
A calculation unit that performs calculation processing of each step of the torque estimation step in cooperation with the storage unit;
A device comprising:
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