JP2000224812A - 永久磁石形回転電機の制御方法 - Google Patents
永久磁石形回転電機の制御方法Info
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- JP2000224812A JP2000224812A JP11021051A JP2105199A JP2000224812A JP 2000224812 A JP2000224812 A JP 2000224812A JP 11021051 A JP11021051 A JP 11021051A JP 2105199 A JP2105199 A JP 2105199A JP 2000224812 A JP2000224812 A JP 2000224812A
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- magnet
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Abstract
(57)【要約】
【課題】回転子鉄心内部に永久磁石を有し、ベクトル制
御される永久磁石形回転電機において、磁石の温度によ
る磁束量の変化に基づくトルク精度の悪化を防止するこ
とにある。 【解決手段】永久磁石形回転電機において、計測もしく
は推定した磁石温度により増減した磁石の鎖交磁束分
を、d軸電流によって補正し、一定トルクを供給する方
法である。
御される永久磁石形回転電機において、磁石の温度によ
る磁束量の変化に基づくトルク精度の悪化を防止するこ
とにある。 【解決手段】永久磁石形回転電機において、計測もしく
は推定した磁石温度により増減した磁石の鎖交磁束分
を、d軸電流によって補正し、一定トルクを供給する方
法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石形回転電機
に関し、特に磁石の温度によるトルクの補正方法に関す
る。
に関し、特に磁石の温度によるトルクの補正方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】回転子に永久磁石を有する回転電機（以
下「ＰＭモータ」と略す）において、その回転子構造は
一般に回転子表面に永久磁石を張り付ける表面磁石構造
と回転子内部に埋め込んだ埋込磁石構造に分類すること
ができる。永久磁石は高エネルギー積が得られる希土類
磁石がよく用いられるが、この永久磁石を使用するにあ
たって留意する点がある。
下「ＰＭモータ」と略す）において、その回転子構造は
一般に回転子表面に永久磁石を張り付ける表面磁石構造
と回転子内部に埋め込んだ埋込磁石構造に分類すること
ができる。永久磁石は高エネルギー積が得られる希土類
磁石がよく用いられるが、この永久磁石を使用するにあ
たって留意する点がある。
【０００３】希土類永久磁石の残留磁束密度は磁石の温
度により変化し、温度が高くなると該残留磁束密度は低
くなることである。この温度係数はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の
磁石では−０．０９〜−０．１１％／℃程度であり、１
００℃温度が上昇すると残留磁束密度が９〜１１％下が
ることになる。この現象は永久磁石の温度で磁束量が変
化することであり、電機子電流を一定に制御してＰＭモ
ータの出力トルクを一定に制御しようとしても永久磁石
の温度によりそのＰＭモータの出力トルクは変化するこ
とになる。すなわち、ベクトル制御などによってトルク
を一定制御する場合、永久磁石の温度を温度センサーま
たは他の方法によって計測または推定してその温度値を
取得して、その値によりトルクを制御することが不可欠
となる。
度により変化し、温度が高くなると該残留磁束密度は低
くなることである。この温度係数はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の
磁石では−０．０９〜−０．１１％／℃程度であり、１
００℃温度が上昇すると残留磁束密度が９〜１１％下が
ることになる。この現象は永久磁石の温度で磁束量が変
化することであり、電機子電流を一定に制御してＰＭモ
ータの出力トルクを一定に制御しようとしても永久磁石
の温度によりそのＰＭモータの出力トルクは変化するこ
とになる。すなわち、ベクトル制御などによってトルク
を一定制御する場合、永久磁石の温度を温度センサーま
たは他の方法によって計測または推定してその温度値を
取得して、その値によりトルクを制御することが不可欠
となる。
【０００４】実際のＰＭモータの出力トルクと制御部で
算定された演算トルクとの間に誤差のない高精度なトル
ク制御を必要とする場合、永久磁石の温度と該永久磁石
の磁束量の関係をあらかじめ式または表にしておき、要
求されるトルクと永久磁石の温度値により電機子電流を
制御する方法が採用されている。
算定された演算トルクとの間に誤差のない高精度なトル
ク制御を必要とする場合、永久磁石の温度と該永久磁石
の磁束量の関係をあらかじめ式または表にしておき、要
求されるトルクと永久磁石の温度値により電機子電流を
制御する方法が採用されている。
【０００５】例えば、特開平09‐51700によれば、温度
センサで検出した温度に基づいて磁束テーブルより求め
た磁束と、トルク指令とに基づいてトルク電流指令を演
算し、このトルク電流に基づき回転電機を制御すること
で、温度が上昇してもトルク指令に正確に対応した出力
トルクを得られるようにしている。
センサで検出した温度に基づいて磁束テーブルより求め
た磁束と、トルク指令とに基づいてトルク電流指令を演
算し、このトルク電流に基づき回転電機を制御すること
で、温度が上昇してもトルク指令に正確に対応した出力
トルクを得られるようにしている。
【０００６】また、特開平08‐331900によれば、磁束テ
ーブルに磁石の温度に対する減磁特性を記憶しておき、
実測した温度に対する鎖交磁束を求め、この磁束に基づ
いて減磁による出力トルクの減少分を求め、この減少分
のトルクをトルク指令値に加算することで、永久磁石の
減磁による出力トルクの補償をしている。
ーブルに磁石の温度に対する減磁特性を記憶しておき、
実測した温度に対する鎖交磁束を求め、この磁束に基づ
いて減磁による出力トルクの減少分を求め、この減少分
のトルクをトルク指令値に加算することで、永久磁石の
減磁による出力トルクの補償をしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁石の
温度に対する減磁特性を磁束テーブルとしてあらかじめ
記憶させる必要があり、使用する磁石によって、磁束テ
ーブルを入れ替えなければならない。また、磁束テーブ
ルからある磁石温度の情報を送出しているので、データ
量や演算回数が増える。本発明は上述した点に鑑みて創
案されたもので、その目的とするところは、これらの欠
点を解消する永久磁石形回転電機の制御方法を提供する
ことにある。
温度に対する減磁特性を磁束テーブルとしてあらかじめ
記憶させる必要があり、使用する磁石によって、磁束テ
ーブルを入れ替えなければならない。また、磁束テーブ
ルからある磁石温度の情報を送出しているので、データ
量や演算回数が増える。本発明は上述した点に鑑みて創
案されたもので、その目的とするところは、これらの欠
点を解消する永久磁石形回転電機の制御方法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、回転子鉄心内部に永久磁石を有し、
ベクトル制御される永久磁石形回転電機において、前記
永久磁石の温度を計測または推定する手段を有し、該永
久磁石の残留磁束密度の温度係数に基づく鎖交磁束の変
化分を、トルク指令によって補償するのではなく、ｄ軸
電流の制御により補正することを特徴とする永久磁石形
回転電機の制御方法である。
するための手段は、回転子鉄心内部に永久磁石を有し、
ベクトル制御される永久磁石形回転電機において、前記
永久磁石の温度を計測または推定する手段を有し、該永
久磁石の残留磁束密度の温度係数に基づく鎖交磁束の変
化分を、トルク指令によって補償するのではなく、ｄ軸
電流の制御により補正することを特徴とする永久磁石形
回転電機の制御方法である。
【０００９】該回転電機は、インバータによるベクトル
制御を必要とする。以下、本発明の一実施例を図面に基
づいて詳述する。
制御を必要とする。以下、本発明の一実施例を図面に基
づいて詳述する。
【００１０】
【発明の実施の形態】一般に、同期機のトルクT（N）
は、次に示す（１）式で示される。
は、次に示す（１）式で示される。
【００１１】
【数１】
【００１２】ここで、ｐｎは極対数、Φaは鎖交磁束（W
b）、Iｑはq軸電流、Iｄはｄ軸電流、Lｄはd軸インダク
タンス、Lｑはｑ軸インダクタンスである。ここで示さ
れる鎖交磁束Φaは、磁石の温度によって変化する残留
磁束密度Brと比例し、トルクを変動させる。（１）式よ
り、ｐｎとIｑについてまとめると、次に示す（２）式
で表される。
b）、Iｑはq軸電流、Iｄはｄ軸電流、Lｄはd軸インダク
タンス、Lｑはｑ軸インダクタンスである。ここで示さ
れる鎖交磁束Φaは、磁石の温度によって変化する残留
磁束密度Brと比例し、トルクを変動させる。（１）式よ
り、ｐｎとIｑについてまとめると、次に示す（２）式
で表される。
【００１３】
【数２】
【００１４】（２）式から、トルクを一定に制御するた
め、（３）式のごとく
め、（３）式のごとく
【００１５】
【数３】
【００１６】とし、磁石の温度変化による磁石の鎖交磁
束Φaの変化分を、d軸電流の制御により補償すること
で、磁石温度による鎖交磁束の変化をなくし、トルク指
令もしくはq軸電流を補正することなくトルクを一定に
する。
束Φaの変化分を、d軸電流の制御により補償すること
で、磁石温度による鎖交磁束の変化をなくし、トルク指
令もしくはq軸電流を補正することなくトルクを一定に
する。
【００１７】磁石の温度による残留磁束密度の変化は、
磁石の磁気特性である温度係数によって求められる。例
えば、住友特殊金属(株)が出している希土類磁石のカタ
ログによると、NEOMAX‐32EHであれば温度係数χが−0.
11（％／℃）である。磁石の温度20℃における残留磁束
密度Bｒ（20℃）から、温度Δｔ（℃）変化したときの
残留磁束密度変化量ΔBｒは、
磁石の磁気特性である温度係数によって求められる。例
えば、住友特殊金属(株)が出している希土類磁石のカタ
ログによると、NEOMAX‐32EHであれば温度係数χが−0.
11（％／℃）である。磁石の温度20℃における残留磁束
密度Bｒ（20℃）から、温度Δｔ（℃）変化したときの
残留磁束密度変化量ΔBｒは、
【００１８】
【数４】
【００１９】（４）式より求められる。20℃における残
留磁束密度が平均値で1.15（T）なので、ΔBrは−1.265
×Δｔ（mT）と算出される。よって、ある磁石の温度ｔ
（℃）における残留磁束密度Br(t)は、（５）式より求
められる。
留磁束密度が平均値で1.15（T）なので、ΔBrは−1.265
×Δｔ（mT）と算出される。よって、ある磁石の温度ｔ
（℃）における残留磁束密度Br(t)は、（５）式より求
められる。
【００２０】
【数５】
【００２１】ただし、回転電機の設計により、基準とす
る磁石の温度が20（℃）ではなく、例えば40（℃）の場
合は、（４）式，（５）式に含まれるBr（20℃）はBr
（40℃）である。この時、磁石の温度が40（℃）未満で
あれば、トルクは増加し、40（℃）以上で減少し始める
こととなる。
る磁石の温度が20（℃）ではなく、例えば40（℃）の場
合は、（４）式，（５）式に含まれるBr（20℃）はBr
（40℃）である。この時、磁石の温度が40（℃）未満で
あれば、トルクは増加し、40（℃）以上で減少し始める
こととなる。
【００２２】図１は、磁石の減磁曲線（温度変化）の一
例である。磁石の温度が20（℃）の時、磁石の残留磁束
密度はBｒ(20)、パーミアンス係数Pcにおける回転電機
の動作点が、a点にあるときの鎖交磁束密度はBa(20)で
ある。磁石の温度が、ｔ（℃）になった場合、（５）式
に基づいて残留磁束密度はBｒ(ｔ)となり、動作点は点
ｔに移り鎖交磁束密度はBa(ｔ)に変わる。この時の関係
式は次式となる。
例である。磁石の温度が20（℃）の時、磁石の残留磁束
密度はBｒ(20)、パーミアンス係数Pcにおける回転電機
の動作点が、a点にあるときの鎖交磁束密度はBa(20)で
ある。磁石の温度が、ｔ（℃）になった場合、（５）式
に基づいて残留磁束密度はBｒ(ｔ)となり、動作点は点
ｔに移り鎖交磁束密度はBa(ｔ)に変わる。この時の関係
式は次式となる。
【００２３】
【数６】
【００２４】ここで表されるKｔを、磁石の温度による
磁束密度の変化率とする。ただし、図１における不可逆
変化する領域での使用や、減磁してしまった磁石の使用
は、この関係式が成り立たない温度での使用となるの
で、設計範囲外もしくは異常運転として除外する。ま
た、この場合は回転電機の異常として検出させる手段を
要する。
磁束密度の変化率とする。ただし、図１における不可逆
変化する領域での使用や、減磁してしまった磁石の使用
は、この関係式が成り立たない温度での使用となるの
で、設計範囲外もしくは異常運転として除外する。ま
た、この場合は回転電機の異常として検出させる手段を
要する。
【００２５】設計基準とした温度（以下、「設計温度」
と表記）における磁石の鎖交磁束Φaとある磁石の温度
における鎖交磁束Φa（ｔ）との比は、（６）式の関係
から、磁束密度の変化率Kｔを用いることにより、
と表記）における磁石の鎖交磁束Φaとある磁石の温度
における鎖交磁束Φa（ｔ）との比は、（６）式の関係
から、磁束密度の変化率Kｔを用いることにより、
【００２６】
【数７】
【００２７】と表せ、ある磁石の温度における鎖交磁束
Φa（ｔ）が求められる。よって、ある設計温度におけ
る鎖交磁束Φa(設計温度)で運転される回転電機におい
て、磁石の温度が設計温度と異なり、鎖交磁束がΦa
(ｔ)に変化したとしても、磁石の温度と使用している磁
石の温度係数および初期条件となる残留磁束密度Bｒ(設
計温度)、または鎖交磁束密度Φa(設計温度)を設定する
ことにより、（２）式から、ある磁石の温度におけるd
軸電流の補正量ΔＩｄは、
Φa（ｔ）が求められる。よって、ある設計温度におけ
る鎖交磁束Φa(設計温度)で運転される回転電機におい
て、磁石の温度が設計温度と異なり、鎖交磁束がΦa
(ｔ)に変化したとしても、磁石の温度と使用している磁
石の温度係数および初期条件となる残留磁束密度Bｒ(設
計温度)、または鎖交磁束密度Φa(設計温度)を設定する
ことにより、（２）式から、ある磁石の温度におけるd
軸電流の補正量ΔＩｄは、
【００２８】
【数８】
【００２９】として求められる。つまり、磁石の温度を
計測もしくは推定することにより、d軸電流を制御する
ことで、温度によって変化した鎖交磁束分を補償し、ト
ルクを一定にすることができる。
計測もしくは推定することにより、d軸電流を制御する
ことで、温度によって変化した鎖交磁束分を補償し、ト
ルクを一定にすることができる。
【００３０】より正確に指令値に対する実トルクを補償
するのであれば、インバータでのオートチューニングの
際に、温度と鎖交磁束を検出し、この時の値を設計値に
置き換えることで、より正確な定トルクを提供できる。
するのであれば、インバータでのオートチューニングの
際に、温度と鎖交磁束を検出し、この時の値を設計値に
置き換えることで、より正確な定トルクを提供できる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
石の温度を測定もしくは推定することにより、磁石の鎖
交磁束をｄ軸電流のみで補償し、トルクを補正すること
が可能となる。このことにより、トルクを一定にした永
久磁石形回転電機を提供できる。
石の温度を測定もしくは推定することにより、磁石の鎖
交磁束をｄ軸電流のみで補償し、トルクを補正すること
が可能となる。このことにより、トルクを一定にした永
久磁石形回転電機を提供できる。
【図１】図１は永久磁石形回転電機に使用する永久磁石
の減磁曲線（温度変化）の一例を示す特性図である。
の減磁曲線（温度変化）の一例を示す特性図である。
Bｒ(20) 磁石の温度が20℃の時の残留磁束密度 Ba(20) 磁石の温度が20℃で、ある動作点における時
の残留磁束密度 Φa(20) 磁石の温度が20℃で、ある動作点における
時の鎖交磁束 Bｒ(ｔ) 磁石の温度がｔ℃の時の残留磁束密度 Ba(ｔ) 磁石の温度がｔ℃で、ある動作点における時
の残留磁束密度 Φa(ｔ) 磁石の温度がｔ℃で、ある動作点における
時の鎖交磁束 添え字の括弧内の数字は磁石の温度を表す。
の残留磁束密度 Φa(20) 磁石の温度が20℃で、ある動作点における
時の鎖交磁束 Bｒ(ｔ) 磁石の温度がｔ℃の時の残留磁束密度 Ba(ｔ) 磁石の温度がｔ℃で、ある動作点における時
の残留磁束密度 Φa(ｔ) 磁石の温度がｔ℃で、ある動作点における
時の鎖交磁束 添え字の括弧内の数字は磁石の温度を表す。
Claims (1)
- 【請求項１】 回転子鉄心内部に永久磁石を有し、ベク
トル制御される永久磁石形回転電機において、前記永久
磁石の温度を計測または推定する手段を有し、該永久磁
石の残留磁束密度の温度係数に基づく鎖交磁束の変化分
を、トルク指令によって補償するのではなく、ｄ軸電流
の制御により補正することを特徴とする永久磁石形回転
電機の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021051A JP2000224812A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 永久磁石形回転電機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021051A JP2000224812A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 永久磁石形回転電機の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000224812A true JP2000224812A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12044128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11021051A Pending JP2000224812A (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 永久磁石形回転電機の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000224812A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1407850A2 (en) * | 2002-10-11 | 2004-04-14 | Fanuc Ltd | Spot welding system and method of controlling pressing force of spot welding gun |
| JP2007074876A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Honda Motor Co Ltd | ブラシレスｄｃモータの制御装置 |
| EP3041635B1 (en) * | 2013-09-06 | 2020-08-12 | Amada Miyachi America, Inc. | Weld head |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP11021051A patent/JP2000224812A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1407850A2 (en) * | 2002-10-11 | 2004-04-14 | Fanuc Ltd | Spot welding system and method of controlling pressing force of spot welding gun |
| EP1407850A3 (en) * | 2002-10-11 | 2004-11-17 | Fanuc Ltd | Spot welding system and method of controlling pressing force of spot welding gun |
| US7002095B2 (en) | 2002-10-11 | 2006-02-21 | Fanuc Ltd | Spot welding system and method of controlling pressing force of spot welding gun |
| JP2007074876A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Honda Motor Co Ltd | ブラシレスｄｃモータの制御装置 |
| JP4668017B2 (ja) * | 2005-09-09 | 2011-04-13 | 本田技研工業株式会社 | ブラシレスｄｃモータの制御装置 |
| EP3041635B1 (en) * | 2013-09-06 | 2020-08-12 | Amada Miyachi America, Inc. | Weld head |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051109 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080711 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081202 |