JP2004222387A - Permanent magnet temperature sensor, permanent magnet motor, and drive system thereof - Google Patents

Permanent magnet temperature sensor, permanent magnet motor, and drive system thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a permanent magnet temperature sensor which can estimate the temperature of a permanent magnet in a permanent magnet motor including the permanent magnet disposed in a rotor, provide the permanent magnet motor which can estimate the temperature of the permanent magnet disposed in the rotor, and provide a drive system which can suitably drive such a permanent magnet motor in response to the estimated temperature of the permanent magnet. <P>SOLUTION: The motor 1 includes the rotor 3 having a rotor core 31 and the permanent magnet 32 disposed in this rotor core 31, and a stator 2. Further, the motor 1 includes a magnetized element 5 disposed near the permanent magnet 32 and magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet, and a Hall element 6 disposed in the stator to measure the intensity of a magnetic field generated from the magnetized element. When the temperatures of the permanent magnet 32 and the magnetized element 5 are raised, the intensity of the magnetic field generated from the magnetized element 5 is lowered, and hence the temperature of the permanent magnet 32 can be estimated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータに永久磁石を配置した永久磁石モータにおける永久磁石の温度を測定する永久磁石温度センサ、永久磁石の温度を測定可能な永久磁石モータ、このような永久磁石モータの駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石を配置したロータに対し、このロータを囲むステータに回転磁界を発生させ、この回転磁界と永久磁石との吸引及び反発によってロータを回転させる永久磁石モータが知られている。このような永久磁石モータでは、磁束密度の大きな永久磁石を使用することによって、誘導モータなどのように、永久磁石を持たないモータに対して、小型で強力なモータとなることができる。
【０００３】
永久磁石が発生する磁束密度は、ある範囲内では、外部の磁界に比例して変化する。このため、外部の磁界が除去されれば、元の磁束密度に復帰する。しかし、外部の磁界が永久磁石の形成する磁束と逆向きで、その大きさがある程度以上になると、もはや外部の磁界を除去しても永久磁石の発生する磁束密度は元に戻らず、不可逆的に以前より小さな値となる。これを減磁という。ロータに用いられた永久磁石に減磁が生じると、モータの初期の性能が発揮できなくなるので、永久磁石モータは、減磁が起こらない条件で駆動することが望まれる。
【０００４】
ところで、この減磁が生じない磁界の上限値（保磁力）は、一般に温度によって変化する。例えば、永久磁石としてフェライト系磁石を用いる場合、永久磁石の温度が高くなると保持力が低下し、減磁が生じやすくなる。このため、永久磁石の温度に応じた駆動を行うための装置として、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【０００５】
このうち、特許文献１は、ベクトル制御される永久磁石形回転電機において、永久磁石の温度を計測または推定する手段を有し、温度変化による永久磁石の鎖交磁束の変化を、ｄ軸電流の制御により補正する制御方式を提案している。しかしながら、永久磁石の温度を如何にして計測あるいは推定するのかについて詳細な言及がない。
【０００６】
また、特許文献２は、永久磁石の温度を検出する温度検出手段と、励磁電流上限算出手段と、トルク指令に基づく励磁電流の大きさが励磁電流の上限値以下となるようにトルク指令を修正するトルク指令修正手段とを有する制御装置を提案している。そしてこの特許文献２では、温度検出手段として、永久磁石の温度を検出する温度検出器が挙げられているが、具体的に永久磁石の温度を測定する手法についての言及がない。なお、ステータとロータの温度の差が小さい場合、あるいは両者に相関がある場合には、ステータ温度に基づいて永久磁石の温度を推定することもできる旨が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２４８１２号公報（第２頁参照）
【特許文献２】
特開平０９−２８９７９９号公報（第３頁、図４参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載のように、ステータ温度から永久磁石の温度を推定する場合、その応答性が極めて遅い問題がある。永久磁石の温度が上昇とすると、その後、ロータの温度が上昇する。さらに、ステータとロータとの間には間隙が存在しているから、温度を伝えにくいこの間隙を経由してステータの温度が上昇する。このような経路を取るため、ステータ温度が永久磁石の温度に追従するには長い時間が掛かるからである。ところで、モータが軽負荷で高速回転している場合には、永久磁石での渦電流損が大きくなってステータに比して温度が上がりやすい。このため、永久磁石の保護のため、永久磁石を減磁が生じない温度に保とうとすると、応答の遅れを見込んで、ステータの温度が低い状態でコイル電流に制限を与える必要がある。一方、モータを高負荷で運転している場合には、銅損が大きくなり、ステータの温度が高くなりやすく、永久磁石の温度は比較的低いままとなる。この場合にも、上述のような制御が働くので、永久磁石の温度の観点から見れば、十分余裕のある状態でコイル電流に制限が与えられるため、モータの本来の特性を十分発揮できない。
【０００９】
このように、特許文献１及び２に記載の内容では、永久磁石の温度を適切に推定算出することができない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、ロータに永久磁石を配置した永久磁石モータにおける永久磁石の温度を推定することができる永久磁石温度センサ、ロータに配置した永久磁石の温度を推定可能な永久磁石モータ、このような永久磁石モータを永久磁石の推定温度に応じて適切に駆動できる駆動システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、上記磁化素子の磁気特性の変化に応じて変化する物理量を検知する物理量検知手段と、を有する永久磁石温度センサである。
【００１１】
本発明の永久磁石温度センサは、磁化素子と物理量検知手段を有する。このうち、磁化素子が永久磁石の近傍に配置されると、永久磁石による漏れ磁束で磁化される。つまり、自身も磁石として作用するので、磁化素子自身が磁界を発生し、周囲に影響を及ぼす。
モータを駆動するなどして永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子もロータ（ロータコア全体）、あるいはステータよりも速やかにこれに追従して温度が上昇する。ところで、この磁化素子は、感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変わるから、磁気特性の変化に応じて変化する物理量を観測していれば、この物理量の変化から、磁化素子の温度を知ることができる。そして、間接的に、永久磁石の温度を推定することができる。
但し、上述したように、磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
かくして、物理量検知手段で検知した物理量の大きさから、永久磁石の温度を知ることができる。このセンサを用いれば、永久磁石の減磁が起こらない範囲でこのモータを動作させるように、モータ駆動の制御を行うことができる。
【００１２】
磁化素子の磁気特性に応じて変化する物理量としては、例えば、磁化素子が永久磁石の磁界により磁化された場合に、磁化素子自身が発生する磁界の強さが挙げられる。また、磁化素子が永久磁石の磁界によって磁化することにより、磁化素子と永久磁石との間に生じる吸引力の大きさも挙げられる。
また、物理量検知手段は、磁化素子の磁気特性の変化に応じて変化する物理量を検知できるものであればよい。例えば、磁化素子の発生する磁界を物理量とする場合には、この磁界の強さを検知する磁界検知手段が挙げられる。また、磁化素子と永久磁石との間に生じる吸引力を物理量とする場合には、吸引力の大きさに応じて変化する磁化素子やその他の部材に生じる変位量や歪み量を検知する変位検知手段や歪み量検知手段などが挙げられる。さらに具体的には、磁界検知手段としては、例えば、ホール素子やピックアップコイルなどが挙げられる。また、変位検知手段や歪み量検知手段としては、変位計や歪みゲージなどを含む検知手段が挙げられる。
【００１３】
他の解決手段は、ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置されて、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、ステータに配置されて、上記磁化素子の発生する磁界を検知する磁界検知手段と、を有する永久磁石温度センサである。
【００１４】
本発明の永久磁石温度センサは、磁化素子と磁界検知手段を有する。このうち、磁化素子は永久磁石の近傍に配置されると、永久磁石による漏れ磁束で磁化される。つまり、自身も磁石として作用するので、磁化素子自身が発生する磁界が生じる。磁界検知手段は、この磁界を検知する。
ところで、永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子も温度が上昇する。本発明の磁化素子は感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変わるから、磁化素子が発生する磁界の強さも変化する。従って、磁界検知手段でこの磁界の大きさの変化を観測することで、磁化素子の温度を知ることができ、間接的に、永久磁石の温度を検知することができる。
磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
なお、磁界検知手段としては、磁化素子が発生する磁界を検知できるものであればいずれのものでもよいが、例えば、ホール素子やピックアップコイルなどが挙げられる。
【００１５】
さらに他の解決手段は、ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍で、かつ上記永久磁石よりも上記ロータの軸線方向外側に、上記ロータと間隙を介して上記軸線方向に移動可能に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、上記磁化素子を上記軸線方向外側に付勢する弾性部材と、上記磁化素子の上記軸線方向変位を検知する変位検知手段と、を有する永久磁石温度センサである。
【００１６】
本発明の永久磁石温度センサは、磁化素子とこれをロータの軸線方向外側に付勢する弾性部材と変位検知手段とを有する。このうち、磁化素子は永久磁石の近傍に配置すると、漏れ磁束で磁化されてる。つまり、自身も磁石として作用する。しかも、この磁化素子とロータ（永久磁石）との間には間隙があるので、磁化素子は永久磁石に近づく方向（軸線方向内側）に吸引（付勢）される。一方、弾性部材が磁化素子を軸線方向外側（ロータから離れる方向）に付勢しているので、磁化素子は２つの付勢力が均衡する位置に安定することとなる。
ところで、永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子も温度が上昇する。本発明の磁化素子は、感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変わるから、磁化素子をロータに近づけようとする付勢力（吸引力）の大きさも変化し、弾性部材による付勢力との均衡位置が変わる。即ち、磁化素子が変位する。そこで、この磁化素子の変位を変位検知手段で検知すれば、磁化素子の温度を知ることができ、間接的に、永久磁石の温度を検知することができる。
しかも、磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
なお、弾性部材としては、磁化素子をロータの軸線方向外側に付勢することができるものであればよく、バネや、ゴムその他弾性のある樹脂を用いることができる。但し、劣化による弾性係数の変化等を考慮すると、バネ、特に金属製のバネを用いるのが好ましい。さらには、弾性部材が磁化されないように、銅系金属など非磁性体からなる弾性部材を用いるのが好ましい。
【００１７】
さらに、上記いずれかに記載の永久磁石温度センサであって、前記磁化素子は、ソフトフェライトからなる永久磁石温度センサとすると良い。
【００１８】
本発明のセンサでは、磁化素子がソフトフェライトからなる。ソフトフェライトは、自身の温度が高くなると、飽和磁束密度や透磁率が低下する特性を有している。しかも、磁気変態温度（キュリー点）を有し、キュリー点に近い温度になると、飽和磁束密度や透磁率が急激に低下する。そして、キュリー点を超えると、非磁性材となる。つまり、磁化素子の温度がキュリー点を超えると、磁化素子は磁界を発生しなくなり、永久磁石に吸引されなくなる。
本発明では、磁化素子としてこのようなソフトフェライトを用いているので、磁化素子の温度がキュリー点付近となった場合に、物理量検知手段で検知される物理量や、磁界検知手段で検知される磁界、変位検知手段で検知される変位量が、それぞれ急激に変化する。つまり、磁化素子の温度がキュリー点付近の温度となっていることを、これらの検知手段で、容易に且つ確実に検知することができる。かくして、本発明のセンサでは、磁化素子がキュリー点より十分低い温度であるか、キュリー点付近あるいはキュリー点以上の温度であるかを確実に検知でき、従って、永久磁石が所定温度以下であるか否かを確実に検知することができる。
なお、ソフトフェライトとしては、ＣｕＺｎ系、ＭｎＺｎ系、ＮｉＺｎ系などの軟磁性のフェライトが挙げられる。
【００１９】
さらに他の解決手段は、ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、ステータと、を備える永久磁石モータであって、自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、上記磁化素子の磁気特性の変化に応じて変化する物理量を検知する物理量検知手段と、を有する永久磁石モータである。
【００２０】
本発明のモータは、磁化素子と物理量検知手段を有している。このうち磁化素子は永久磁石の近傍に配置してあるので、永久磁石による漏れ磁束で磁化されている。つまり、自身も磁石として作用しており、磁化素子自身により磁界が生じている。
ところで、モータを駆動等することによって永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子も温度が上昇する。本発明の磁化素子は、感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変化する。そこで、磁気特性の変化によって変化する物理量を観測することで、磁化素子の磁気特性の変化、さらには磁化素子の温度を知ることができ、間接的に、永久磁石の温度を検知することができる。
磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
かくして、物理量検知手段で検知した物理量の大きさから、永久磁石の温度を知ることができる。このため、本発明のモータでは、永久磁石の温度に応じて、永久磁石の減磁が起こらない範囲でこのモータを動作させるように、駆動電流の制御を行うことができる。
【００２１】
なお、物理量検知手段は、その全部がロータに固定されるなどして、ロータと共に回転するようにしても良いし、その一部（特に検知した信号を出力する部分）または全部がステータに固定されるなどにより、回転しないようにしても良い。 また、物理量検知手段の全部がロータと共に回転する場合には、検知した物理量に関する信号を外部に取り出すため、ロータに設けたブラシ、スリップリング等を用いたり、あるいは無線通信により信号を取り出したりすることができる。一方、物理量検知手段の一部または全部が回転しないように構成してある場合には、永久磁石の回転に合わせ、適切なタイミングで物理量を検知できるように、ロータの回転と物理量の測定とを同期させるようにすると良い。あるいは、取得した信号に処理を施すなどして、ロータの回転と物理量の測定とが同期していなくとも、適切に物理量を検知できるようにすると良い。例えば、ロータが１回転する間（あるいは所定の時間毎）に、ホール素子で検知した磁界のピーク値の最低値を物理量とすれば、複数の磁化素子及びこれらに対応する各永久磁石がどのような温度になっているかを個別に判定することはできなくとも、永久磁石のうち最も温度の高いものの温度がどの程度であるかを検知することができる。
【００２２】
さらに他の解決手段は、ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、ステータと、を備える永久磁石モータであって、自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、上記ステータに配置され、上記磁化素子の発生する磁界を検知する磁界検知手段と、を有する永久磁石モータである。
【００２３】
本発明のモータは、磁化素子は磁化素子と磁界検知手段とを有している。このうち磁化素子は永久磁石の近傍に配置してあるので、永久磁石による漏れ磁束で磁化されている。つまり、自身も磁石として作用し、磁化素子自身が磁界を発生している。磁界検知手段は、この磁界を検知する。
ところで、モータを駆動等することで永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子も温度が上昇する。磁化素子は、感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変わるから、磁化素子が発生する磁界も変化する。従って、磁界検知手段でこの磁界の大きさの変化を観測することで、磁化素子の温度を知ることができ、間接的に、永久磁石の温度を検知することができる。
磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
かくして、磁界検知手段で検知した磁界の強さから、永久磁石の温度を知ることができる。このため、本発明のモータでは、永久磁石の温度に応じて、その減磁が起こらない範囲でこのモータを動作させるように、制御を行うことができる。
【００２４】
さらに他の解決手段は、ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、ステータと、を備える永久磁石モータであって、自身の温度により磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍で、かつ上記永久磁石よりも上記ロータの軸線方向外側に、上記ロータと間隙を介して上記軸線方向に移動可能に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、上記磁化素子を上記軸線方向外側に付勢してなる弾性部材と、上記磁化素子の上記軸線方向変位を検知する変位検知手段と、を有する永久磁石モータである。
【００２５】
本発明のモータは、磁化素子と弾性部材と変位検知手段とを有している。このうち磁化素子は永久磁石の近傍に配置してあるので、永久磁石による漏れ磁束で磁化されている。つまり、自身も磁石として作用しており、磁化素子自身により磁界が生じている。しかも、この磁化素子とロータとの間には間隙があるので、磁化素子はロータ（永久磁石）に近づく方向（軸線方向内側）に吸引（付勢）される。一方、弾性部材が磁化素子を軸線方向外側（ロータから離れる方向）に付勢しているので、磁化素子は２つの付勢力が均衡する位置に安定することとなる。
ところで、永久磁石の温度が上昇すると、その近傍に位置する磁化素子も温度が上昇する。磁化素子は、感温磁性材料からなるので、自身の温度変化によって磁気特性が変わるから、磁化素子をロータに近づけようとする付勢力の大きさも変化し、弾性部材による付勢力との均衡位置が変わる。即ち、磁化素子が変位する。そこで、この磁化素子の変位を変位検知手段で検知すれば、磁化素子の温度を知ることができ、間接的に、永久磁石の温度を検知することができる。
しかも、磁化素子は、ロータのうち永久磁石の近傍に配置されているから、ステータの温度から永久磁石の温度を推定する場合よりも、正確に、且つ早い応答で永久磁石の温度を検知することができる。
かくして、変位検知手段で検知した変位量から、永久磁石の温度を知ることができる。このため、本発明のモータでは、永久磁石の温度に応じて、その減磁が起こらない範囲でこのモータを動作させるように、制御を行うことができる。
【００２６】
さらに、上記いずれかに記載の永久磁石モータであって、前記磁化素子は、ソフトフェライトからなる永久磁石モータとすると良い。
【００２７】
本発明のモータでは、磁化素子がソフトフェライトからなる。ソフトフェライトは、前述したように、キュリー点に近い温度になると、飽和磁束密度や透磁率が急激に低下し、キュリー点を超えると非磁性材となるため、磁化素子の温度がキュリー点を超えると、磁化素子は磁界を発生しなくなり、永久磁石に吸引されなくなる。
従って、本発明では、磁化素子としてソフトフェライトを用いているので、磁化素子の温度がキュリー点付近となった場合に、物理量検知手段で検知される物理量や、磁界検知手段で検知される磁界、変位検知手段で検知される変位量が、それぞれ急激に変化する。つまり、磁化素子の温度がキュリー点付近の温度となっていることを、これらの検知手段で、容易に且つ確実に検知することができる。かくして、本発明のモータでは、磁化素子がキュリー点より十分低い温度であるか、キュリー点付近あるいはキュリー点以上の温度であるかを確実に検知でき、従って、永久磁石が所定温度以下であるか否かを確実に検知することができる。
なお、磁化素子（ソフトフェライト）のキュリー点を永久磁石の減磁が生じる温度より低い温度に設定しておくと良い。上述のように、磁化素子の温度がキュリー点付近であるか否かは確実に検知できるからである。このようにすれば、永久磁石の温度は、磁化素子の温度より高い場合が多いと考えられるので、永久磁石が減磁する前に、モータの制御条件等を変更し、永久磁石の減磁を防止することができる。
【００２８】
さらに、上記いずれかに記載の永久磁石モータであって、前記物理量検知手段、磁界検知手段、または、変位検知手段は、少なくともその一部が、前記ロータと共に回転せず、ステータまたは外部装置に固定されてなり、前記ロータの回転角を検知する回転角検知手段を備える永久磁石モータとすると良い。
【００２９】
本発明のモータでは、物理量検知手段、磁界検知手段、または変位検知手段は、その全部または一部がステータまたが外部装置に固定されており、ロータと共に回転しない。従って、物理量、磁界、あるいは変位量を検知するに当たり、回転軸の回りに回転する磁化素子及び永久磁石と、検知手段の一部または全部との位置関係を考慮する必要がある。磁化素子や永久磁石が適切な位置に位置するタイミングで物理量、磁界、または変位量を測定するためである。
しかるに、本発明ではさらに、ロータの回転角を検知する回転角検知手段を備える。このため、回転角から、物理量や磁界の強さ、変位量などが適切に測定できるタイミングが判るから、これを用いて、物理量、磁界の強さ、変位量などのデータを各検知手段で得ることができる。従って、より正確に、物理量や磁化素子の磁界の強さ、変位量等を検知することができる。
なお、回転角検知手段としては、公知の手法を用いることができるが、例えば、ロータと共に回転するように設置されたロータリーエンコーダやレゾルバが挙げられる。また、ロータの特定位置に設置した磁石をステータ等に固定したホール素子などの磁気検知素子で検知して回転角を検知するようにしても良い。
【００３０】
さらに、上記いずれかに記載の永久磁石モータと、前記物理量検知手段、前記磁界検知手段または変位検知手段の出力に基づいて、前記永久磁石の推定温度を算出する温度算出手段と、前記ステータに形成したコイルに流すコイル電流の電流値を算出するコイル電流算出手段であって、算出した上記永久磁石の磁石温度が所定温度以上であるときには、上記磁石温度が所定温度未満であるとした場合に算出されるコイル電流の電流値よりも小さく、上記永久磁石に減磁が生じない大きさの電流値を算出するコイル電流算出手段と、算出されたコイル電流の電流値に従って、上記コイルに電流を流すコイル電流制御手段と、を備える永久磁石モータの駆動システムとすると良い。
【００３１】
本発明の永久磁石モータの駆動システムでは、永久磁石モータのほか、温度算出手段とコイル電流算出手段と、コイル電流制限手段とを有している。温度算出手段で算出した永久磁石の温度が所定温度以上である場合には、永久磁石の減磁を防ぐため、通常（磁石温度が所定値未満であるとした場合）より小さな値となるようにコイル電流の電流値を算出し、これに従ってコイル電流を流す。これにより、永久磁石の減磁を防止し、モータの性能を維持することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１（ａ）及び図２に示すモータ１は、ステータ２、ロータ３、及びロータ３を挿通するシャフト４を有する。このうち、ステータ２は、１２ヶの内歯部２２を有し多数の電磁鋼板を積層してなるステータコア２１と、各々の内歯部２２に導線を巻回してなる１２ヶのステータコイル２３（図１では図示しない。図２参照）とを有する。
【００３３】
一方、ロータ３は、多数の電磁鋼板を積層してなる、リング状のロータコア３１を有する。ロータコア３１のうち周縁近傍には、等角度間隔（所定の周方向ピッチ）に配置され、シャフト４の軸線４Ｘに沿うＸ方向（図２中上下方向、以下軸線方向、あるいはＸ方向ともいう）にこのロータコア３１を貫通する８ヶのスロット３１Ｓが形成されており、このスロット３１Ｓ内にその板圧方向に着磁された板状の永久磁石３２が挿入、固定されている。さらに、ロータコア３１の軸線方向両側には、非磁性材（例えば銅）からなり、このロータコア３１を挟むロータエンドプレート３３，３４が配置されている。ロータコア３１及びロータエンドプレート３３，３４は、シャフト４に圧入され、それらの内周面３１Ｎ，３３Ｎ，３４Ｎがシャフト４の外周に密着することによって、各々シャフト４に固定されている。
【００３４】
さらに、永久磁石３２のうち軸線方向の端面（本例では図２中、上端面３２Ｕ）及びロータコア３１の上面３１Ｕに当接するように、磁化素子５が固定されている。この磁化素子５は、ソフトフェライトからなる。ソフトフェライトの特性を図４に示す。磁化素子は高い透磁率を有しているが、飽和磁束密度や透磁率がその温度によって変化する特性を有している感温磁性材料である。具体的には、温度の上昇と共に、飽和磁束密度が徐々に低下する。しかも、所定の温度（キュリー点）付近の温度になると飽和磁束密度が急激に減少する。そして、温度がキュリー点を超えると、非磁性体となる。なお、図４から容易に理解できるように、キュリー点が異なる磁化素子を適宜選択することができる。
ロータエンドプレート３３には、この磁化素子５を収容するための溝部３３Ｃが形成されている。
また、シャフト４には、別途、公知の構成を有し、シャフト４及びロータ３の回転角を検知するためのレゾルバ４２が装着されている。
なお、８つの内歯部２２のうち１つ内歯部２２の上面２２Ｕには、内側端近傍に、ホール素子６が配置固定されている。
【００３５】
次いで、このモータ１における永久磁石３２の温度計測について説明する。上述したように、磁化素子５はソフトフェライトからなるので、図３に示すように、永久磁石３２が発生する磁束のうち、ロータコア３１から漏れる漏れ磁束によって永久磁石３２とは逆向きに磁化される。このため、磁化素子５自身が磁界５Ｈを発生する。そこで、磁化素子５が発生する磁界５Ｈ中に、ホール素子６を配置すれば、磁界５Ｈの強さを計測することができる。
ところで、モータ１を駆動することによって、永久磁石３２の温度が上昇すると、この永久磁石３２の上端面３２Ｕに接する磁化素子５の温度も上昇する。なお、磁化素子５の温度は、磁化素子５が永久磁石３２に接していることから、永久磁石３２の温度に近い温度になると考えられる。また、永久磁石３２の温度が上昇すると、磁化素子５の温度も速やかに追従して昇温すると考えられる。
【００３６】
しかるに、前述したように、ソフトフェライトからなる磁化素子５は、その温度が上昇すると飽和磁束密度が低下するから、温度上昇と共に、発生する磁界５Ｈの強さが低下する。従って、ホール素子６で磁界５Ｈの強さを計測すれば、磁化素子５の温度、さらには、永久磁石３２の温度を推定することができる。
【００３７】
ロータ３は回転しているので、ホール素子６から見れば、ロータ３の回転に従って、磁化素子５が近づくと磁界５Ｈの強さが大きくなり、磁化素子５が遠ざかると磁界５Ｈの強さも低下する。そして、磁化素子５がホール素子６と正対したときに、磁界５Ｈの強さは最大になると考えられる。従って、ロータ３の回転角をレゾルバ４２で検知し、その回転角信号４２ＳＧを用いて磁化素子５がホール素子６と正対するタイミングを割りだし、このタイミングでホール素子６から出力される磁界強度信号６ＳＧを取得するようにする。
このようにすることで、８ヶの永久磁石３２それぞれの温度を適切に推定することができる。
【００３８】
なお、図４に示すように、磁化素子５として、所望のキュリー点を有するソフトフェライトを選択することができる。従って、磁化素子５を、そのキュリー点が、永久磁石３２の減磁が生じる温度よりも若干低い温度となるように選択しておくと良い。永久磁石３２の温度が上昇して減磁が生じる温度に近づくと、磁化素子５の温度がキュリー点に近づき、急激に飽和磁束密度が低下するから、ホール素子６によって、容易にその変化を検知することができるからである。
【００３９】
次いで、本実施形態１にかかるモータ駆動システム１０について説明する。モータ駆動システム１０は、上述のモータ１のほか、マイクロコンピュータ１１、インバータ１２を有する。インバータ１２は、バッテリＢＴから供給される直流電力ＤＣＩＮをインバータ１２で３相交流電力に変換してモータ１（ステータコイル２３）に供給する。マイクロコンピュータ１１は、モータ１の回転数などの動作を指令する動作指令信号ＡＣＣに従って、制御信号ＣＴＬで、インバータ１２を制御する。具体的には、ステータコイル２３に流すコイル電流ＩＣＬを制御する。
さらに、本実施形態１では、マイクロコンピュータ１１は、ステータコア２１に設置したホール素子６からの磁界強度信号６ＳＧを取得して、各永久磁石３２の温度を推定する。但し、磁化素子５がホール素子６と正対したタイミングで磁界強度信号６ＳＧを取得するため、回転角信号４２ＳＧを用いて上述のタイミングに同期して磁界強度信号６ＳＧを取得する。
【００４０】
次いで、このモータ駆動システム１０のマイクロコンピュータ１１における処理の流れを、図５のフローチャートを参照して説明する。このマイクロコンピュータ１１の電源が投入され、動作を始めると、まずステップＳ１で各種の初期設定を行う。その後、ステップＳ２に進み、レゾルバ４２からの回転角信号４２ＳＧを取得して、ロータ３の回転角を検知しステップＳ３に進む。
【００４１】
ステップＳ３では、得られた回転角が所定値であるか否かを判断する。具体的には、回転角が、０度，４５度，９０度，１３５度，１８０度，２２５度，２７０度，３１５度のいずれかであるか否かを判断する。ここで、Ｎｏ、即ち回転角が上述の角度でない場合には、ステップＳ２に戻り、回転角検知（Ｓ２）と回転角の判断（Ｓ３）を繰り返す。一方、Ｙｅｓ、即ち回転角が上述の角度となった場合には、ステップＳ４に進み、磁界５Ｈの強さを検知する。具体的には、ホール素子６からの磁界強度信号６ＳＧを取得する。
磁界強度信号６ＳＧの取得をステップＳ３の直後に行ったので、ロータ３の回転角が上述の角度（例えば０度）となったタイミングで、磁界強度信号６ＳＧを得ることができる。
なお、ステップＳ２における回転角の検知から、ステップＳ４における磁界強度信号６ＳＧまでの時間経過が問題となる場合には、ステップＳ３における判断で用いる角度を調整すると良い。
【００４２】
次いで、ステップＳ５に進み、磁界強度信号６ＳＧから永久磁石３２の温度を推定する。具体的には、上述したように、磁界強度信号６ＳＧから磁化素子の温度を推定し、さらに永久磁石３２の温度を推定する。
さらに、ステップＳ６に進み、マイクロコンピュータ１１に与えられる動作指令信号ＡＣＣから、モータ１（ステータコイル２３）に流すコイル電流ＩＣＬの大きさを算出する。
【００４３】
その後、ステップＳ７に進み、上述のステップＳ５において推定した永久磁石３２の温度が所定値以上であるか否かを判断する。なお、ステップＳ７では、所定値として、永久磁石３２に減磁が起こらない温度を設定しておく。
ここで、Ｎｏ、つまり永久磁石３２の温度がそれほど高くない場合には、ステップＳ９に進み、ステップＳ６で算出したコイル電流ＩＣＬがインバータ１２から出力されるように、インバータ１２を制御する。
【００４４】
一方、Ｙｅｓ、即ち、永久磁石３２の温度が所定値を越えている場合には、永久磁石３２に減磁が生じる可能性がある。そこで、ステップＳ８に進んで、一旦ステップＳ６で算出したコイル電流値を、永久磁石３２に減磁が生じない低い値に置き換える。そして、ステップＳ９に進んで、相対的に抑制された大きさのコイル電流が流れるように、インバータ１２を制御する。
かくして、永久磁石３２の温度が高くなっている場合でも、コイル電流ＩＣＬが抑制されるため、永久磁石３２に減磁が生じることが防止される。
【００４５】
（実施形態２）
次いで、本発明の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。上述した実施形態１では、磁化素子５を永久磁石３２の上端面３２Ｕ及びロータコア３１の上面３１Ｕに当接、固定し、磁化素子５の発生する磁界５Ｈの強さを、ホール素子６によって検知した。これに対し、本実施形態２では、磁化された磁化素子５１が永久磁石３２に吸引されること、及びこの吸引力が磁化素子５１の飽和磁束密度に、従って磁化素子の温度によって変化することを利用して、吸引力の大きさを磁化素子の変位に置き換え、この変位量を検知することで、磁化素子の温度、さらには、永久磁石３２の温度を推定する点で異なる。しかし残余の点は、実施形態１と同様であるので、異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、記載を省略あるいは簡略化する。
【００４６】
本実施形態２にかかるモータ１は、実施形態１に記載のモータ１とほぼ同様の、内歯形状のステータ２及び永久磁石３２が周縁近傍に配置されたロータ３を有する（図１参照）。但し、本実施形態２では、ホール素子６は用いない。以降は、図７に示す本実施形態２にかかるモータの要部について説明する。
【００４７】
本実施形態２では、ソフトフェライトからなる磁化素子５１を永久磁石３２の上端面３２Ｕと第１間隙Ｋ１を空けて配置する。具体的には、予め磁化素子５１を保持プレート８に固着しておく。そして、一端がロータコア３１の上面３１Ｕに固着したバネ７で、軸線方向（Ｘ方向）で、ロータコア３１及び永久磁石３２から離れる方向（図７中、上方）に、保持プレート８及び磁化素子５１を付勢する。磁化素子５１は、永久磁石３２の漏れ磁束によって永久磁石３２とは逆向きに磁化される。このため、磁化素子５１は、永久磁石３２に吸引される。この吸引力は、磁化素子５１及び保持プレートを、軸線方向（Ｘ方向）で、ロータコア３１及び永久磁石３２に近づける方向（図７中、下方）に働く。従って、バネ７の付勢力と永久磁石３２による吸引力とが均衡する位置で、磁化素子５１及び保持プレート８が安定する。この保持プレート８の位置を、変位計９によって測定する。変位計９はレーザ式変位計であり、モータ１の筐体など、回転しない部材（図示しない）に変位計保持ブラケット９１を介して保持されており、変位計９から保持プレートまでの距離Ｋ２を測定する。
【００４８】
なお、バネ７には、銅系金属などの非磁性材を用いるのが好ましい。また、磁化素子５１、バネ７、保持プレート８は、ロータエンドプレート３５にこれを貫通して形成された保持孔３５Ｓ内に配置されている。保持孔３５Ｓには、磁化素子５１、バネ７、保持プレート８が保持孔３５Ｓ内から飛び出すのを防止するため、保持プレート８が図７中上方に大きく移動したときに係合する配置で形成された突出部３５Ｔを有している。
【００４９】
ところで、このモータ１を駆動することによって、永久磁石３２の温度が上昇すると、この近傍に位置する磁化素子５１にも熱が伝わるので、磁化素子５１の温度も上昇する。前述したように、磁化素子の温度が上昇すると、ソフトフェライトからなる磁化素子５１の飽和磁束密度は減少するので、永久磁石３２による吸引力が低下する。すると、バネ７の付勢力が優勢になり、磁化素子５１及び保持プレート８は、図７において上方に移動した状態で安定する。つまり、永久磁石３２の温度が上昇すると、磁化素子５１と保持プレート８が図７における上方に変位する。従って、保持プレート８の変位（距離Ｋ２の変化）を変位計９で計測することで、磁化素子５１の温度、さらには、永久磁石３２の温度を推定することができる。
【００５０】
具体的には、図５において破線で示すように、変位計９によって得られる測距信号９ＳＧを、実施形態１における磁界強度信号６ＳＧと同様に、マイクロコンピュータ１１に入力するようにすればよい。そして、図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４で磁界の強さ検知に代えて変位計９による距離検知を行い、ステップＳ５において、距離Ｋ２の変化から永久磁石３２の温度を推定する。かくして、本実施形態２のモータ駆動システム１０においても、永久磁石３２の減磁が生じないように、モータ１を駆動することができる。
【００５１】
以上において、本発明を実施形態１，２に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態２においては、変位計９として、レーザ式変位計を用いたが、保持プレート８の変位を測定できるものであれば良く、静電容量式、超音波式など、各種の測定方式による変位計を採用することができる。
また、実施形態１，２においては、ホール素子６あるいは変位計９を回転しないステータ２その他に固定した。このため、磁界強度信号や測距信号をモータ外に容易に取り出すことができた。しかし、磁界の強さや磁化素子の変位を測定できれば、ホール素子や変位計をロータ内に配置しても良い。但し、この場合には、磁界強度信号や測距信号をモータ（ロータ）外に取り出すために、ブラシやスリップリングなどを用いたり、無線通信を行う必要がある。
実施形態１，２においては、磁化素子の温度変化に伴って生じる磁界の強さや、保持プレートの距離変化を物理量として検知し、これを用いて永久磁石の温度を推定した。しかし、磁化素子の磁気特性の変化に応じて物理量が変化するようにしておけば、いずれの物理量を用いて永久磁石の温度を推定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかるモータの概要を説明する説明図であり、（ａ）はシャフトの軸線方向からステータ及びロータを見た状態を示し、（ｂ）はエンドプレートを示す。但し、（ａ）においてロータはエンドプレートを外した状態であり、ステータは内歯に巻いたコイルを省略した状態について示す。
【図２】実施形態１にかかるモータのＯ−Ａ縦断面図である。
【図３】実施形態１にかかり、磁化素子が発生する磁界とホール素子との関係を示す説明図である。
【図４】磁化素子（感温性磁性材料）の温度と飽和磁束密度の関係を示す説明図である。
【図５】実施形態１，２にかかるモータ駆動システムの概要を示す説明図である。
【図６】実施形態１，２にかかるモータの駆動制御の内容を示すフローチャートである。
【図７】実施形態２にかかり、磁化素子と弾性部材と変位検知手段との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ モータ
１０ モータ駆動システム
１２ インバータ（コイル電流制御手段）
ＩＣＬ コイル電流
２ ステータ
２１ ステータコア
２２ 内歯部
２２Ｕ 上面
２３ ステータコイル
３ ロータ
３１ ロータコア
３２ 永久磁石
３３，３４，３５ ロータエンドプレート
４ シャフト
Ｘ 軸線方向、Ｘ方向
４２ レゾルバ（回転角検知手段）
４２ＳＧ 回転角信号
５，５１ 磁化素子
５Ｈ （磁化素子による）磁界
６ ホール素子（磁界検知手段、物理量検知手段）
６ＳＧ 磁界強度信号
７ バネ（弾性部材）
８ 保持プレート（変位検知手段、物理量検知手段）
９ 変位計（変位検知手段、物理量検知手段）
９ＳＧ 測距信号
９１ 変位計保持ブラケット
Ｋ１ （永久磁石と磁化素子との）第１間隙
Ｋ２ （変位計から保持プレートまでの）距離[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet temperature sensor for measuring the temperature of a permanent magnet in a permanent magnet motor having a permanent magnet disposed on a rotor, a permanent magnet motor capable of measuring the temperature of a permanent magnet, and a drive system for such a permanent magnet motor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known a permanent magnet motor that generates a rotating magnetic field in a stator surrounding a rotor on which a permanent magnet is arranged, and rotates the rotor by attraction and repulsion of the rotating magnetic field and the permanent magnet. In such a permanent magnet motor, by using a permanent magnet having a large magnetic flux density, a small and powerful motor can be obtained as compared with a motor having no permanent magnet, such as an induction motor.
[0003]
The magnetic flux density generated by the permanent magnet changes within a certain range in proportion to an external magnetic field. Therefore, when the external magnetic field is removed, the magnetic flux returns to the original magnetic flux density. However, when the external magnetic field is in the opposite direction to the magnetic flux formed by the permanent magnet and its magnitude exceeds a certain level, the magnetic flux density generated by the permanent magnet no longer returns to its original state even if the external magnetic field is removed, and it is irreversible. Becomes smaller than before. This is called demagnetization. If demagnetization occurs in the permanent magnet used for the rotor, the initial performance of the motor cannot be exhibited. Therefore, it is desired that the permanent magnet motor be driven under conditions where demagnetization does not occur.
[0004]
By the way, the upper limit value (coercive force) of the magnetic field where this demagnetization does not occur generally changes with temperature. For example, when a ferrite-based magnet is used as the permanent magnet, when the temperature of the permanent magnet increases, the coercive force decreases, and demagnetization tends to occur. For this reason, for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are known as devices for performing driving according to the temperature of the permanent magnet.
[0005]
Among them, Patent Document 1 discloses a vector-controlled permanent magnet type rotating electric machine having a means for measuring or estimating the temperature of a permanent magnet, and detecting a change in interlinkage magnetic flux of the permanent magnet due to a temperature change to a d-axis current. A control method for correcting by control is proposed. However, there is no detailed reference on how to measure or estimate the temperature of the permanent magnet.
[0006]
Further, Patent Document 2 discloses a temperature detecting means for detecting a temperature of a permanent magnet, an exciting current upper limit calculating means, and a torque command corrected so that the magnitude of the exciting current based on the torque command is equal to or less than the upper limit value of the exciting current. There is proposed a control device having a torque command correcting means that performs the operation. In Patent Literature 2, a temperature detector that detects the temperature of a permanent magnet is cited as a temperature detecting means, but there is no specific reference to a method of measuring the temperature of a permanent magnet. It is described that when the temperature difference between the stator and the rotor is small, or when there is a correlation between the two, the temperature of the permanent magnet can be estimated based on the stator temperature.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2000-224812 A (see page 2)
[Patent Document 2]
JP-A-09-289799 (Page 3, FIG. 4)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in Patent Document 2, when estimating the temperature of the permanent magnet from the stator temperature, there is a problem that the response is extremely slow. Assuming that the temperature of the permanent magnet increases, the temperature of the rotor thereafter increases. Furthermore, since there is a gap between the stator and the rotor, the temperature of the stator rises through this gap, which does not easily transmit the temperature. This is because it takes a long time for the stator temperature to follow the temperature of the permanent magnet because of this route. By the way, when the motor is rotating at a high speed with a light load, the eddy current loss in the permanent magnet is increased, and the temperature tends to rise as compared with the stator. Therefore, in order to protect the permanent magnet, if the permanent magnet is to be maintained at a temperature at which demagnetization does not occur, it is necessary to limit the coil current in a state where the temperature of the stator is low in consideration of a response delay. On the other hand, when the motor is operated under a high load, the copper loss increases, the temperature of the stator tends to increase, and the temperature of the permanent magnet remains relatively low. Also in this case, since the above-described control works, the coil current is limited in a state where there is a sufficient margin from the viewpoint of the temperature of the permanent magnet, so that the original characteristics of the motor cannot be sufficiently exhibited.
[0009]
Thus, according to the contents described in Patent Documents 1 and 2, the temperature of the permanent magnet cannot be appropriately estimated and calculated.
The present invention has been made in view of such a point, and a permanent magnet temperature sensor capable of estimating the temperature of a permanent magnet in a permanent magnet motor in which a permanent magnet is disposed on a rotor. An object of the present invention is to provide a permanent magnet motor that can be estimated, and a drive system that can appropriately drive such a permanent magnet motor according to the estimated temperature of the permanent magnet.
[0010]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects
The solution is a permanent magnet temperature sensor for detecting the temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core, and the magnetic sensor detects the temperature of the permanent magnet according to its own temperature. A magnetized element made of a temperature-sensitive magnetic material whose characteristics are changed, disposed near the permanent magnet, and magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet, and a magnetic property of the magnetized element. And a physical quantity detecting unit that detects a physical quantity that changes in accordance with the change.
[0011]
The permanent magnet temperature sensor of the present invention has a magnetizing element and a physical quantity detecting unit. When the magnetizing element is disposed in the vicinity of the permanent magnet, the magnetizing element is magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet. That is, since the magnet itself also acts as a magnet, the magnetizing element itself generates a magnetic field and affects the surroundings.
When the temperature of the permanent magnet rises, for example, by driving a motor, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet follows the rotor (the whole rotor core) or the stator more quickly than the rotor. By the way, since this magnetized element is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic properties change due to its own temperature change. If a physical quantity that changes in accordance with the change in magnetic properties is observed, the magnetization is calculated from this physical quantity change. The temperature of the element can be known. Then, the temperature of the permanent magnet can be indirectly estimated.
However, as described above, since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet in the rotor, the magnetizing element is more accurately and quickly responded than when estimating the temperature of the permanent magnet from the temperature of the stator. Temperature can be detected.
Thus, the temperature of the permanent magnet can be known from the magnitude of the physical quantity detected by the physical quantity detecting means. If this sensor is used, motor drive control can be performed so as to operate this motor within a range where demagnetization of the permanent magnet does not occur.
[0012]
The physical quantity that changes according to the magnetic characteristics of the magnetization element includes, for example, the strength of the magnetic field generated by the magnetization element itself when the magnetization element is magnetized by the magnetic field of the permanent magnet. Further, the magnitude of the attraction force generated between the magnetizing element and the permanent magnet when the magnetizing element is magnetized by the magnetic field of the permanent magnet can also be mentioned.
Further, the physical quantity detection means may be any means capable of detecting a physical quantity that changes in accordance with a change in the magnetic characteristics of the magnetization element. For example, when a magnetic field generated by the magnetizing element is used as a physical quantity, a magnetic field detecting unit that detects the strength of the magnetic field may be used. When the attraction force generated between the magnetizing element and the permanent magnet is used as a physical quantity, displacement detection for detecting the amount of displacement or distortion of the magnetizing element or other members that changes according to the magnitude of the attraction force. Means and distortion amount detecting means. More specifically, examples of the magnetic field detecting means include a Hall element and a pickup coil. In addition, examples of the displacement detecting unit and the strain amount detecting unit include a detecting unit including a displacement meter and a strain gauge.
[0013]
Another solution is a permanent magnet temperature sensor for detecting the temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core. Magnetizing element made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change, arranged in the vicinity of the permanent magnet, magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet, and disposed in a stator. And a magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetizing element.
[0014]
The permanent magnet temperature sensor of the present invention has a magnetizing element and a magnetic field detecting means. When the magnetizing element is arranged near the permanent magnet, the magnetizing element is magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet. That is, since the magnet itself also acts as a magnet, a magnetic field generated by the magnetizing element itself is generated. The magnetic field detecting means detects the magnetic field.
By the way, when the temperature of the permanent magnet rises, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet also rises. Since the magnetic element of the present invention is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic characteristics change according to its own temperature change, so that the intensity of the magnetic field generated by the magnetic element also changes. Therefore, by observing the change in the magnitude of the magnetic field with the magnetic field detecting means, the temperature of the magnetized element can be known, and the temperature of the permanent magnet can be indirectly detected.
Since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet of the rotor, the temperature of the permanent magnet can be detected more accurately and with a quicker response than when estimating the temperature of the permanent magnet from the temperature of the stator. .
As the magnetic field detecting means, any means can be used as long as it can detect a magnetic field generated by the magnetizing element, and examples thereof include a Hall element and a pickup coil.
[0015]
Still another solution is a permanent magnet temperature sensor for detecting a temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core, and the sensor detects a temperature of the permanent magnet according to its own temperature. Magnetic material whose magnetic properties change, and is disposed in the vicinity of the permanent magnet and axially outside the rotor relative to the permanent magnet, in a manner movable in the axial direction with a gap between the rotor and the rotor. A magnetizing element magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor among magnetic fluxes generated by the permanent magnet; an elastic member for urging the magnetizing element outward in the axial direction; and detecting the axial displacement of the magnetizing element. A permanent magnet temperature sensor having a displacement detecting means.
[0016]
The permanent magnet temperature sensor of the present invention has a magnetizing element, an elastic member for urging the magnetizing element outward in the axial direction of the rotor, and a displacement detecting means. When the magnetizing element is disposed near the permanent magnet, the magnetizing element is magnetized by the leakage magnetic flux. That is, the self also acts as a magnet. Moreover, since there is a gap between the magnetizing element and the rotor (permanent magnet), the magnetizing element is attracted (biased) in a direction approaching the permanent magnet (axially inward). On the other hand, since the elastic member urges the magnetizing element axially outward (in a direction away from the rotor), the magnetizing element is stabilized at a position where the two urging forces are balanced.
By the way, when the temperature of the permanent magnet rises, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet also rises. Since the magnetic element of the present invention is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic characteristics change due to its own temperature change. Therefore, the magnitude of the urging force (attraction force) for bringing the magnetic element close to the rotor also changes, and The equilibrium position with the biasing force changes. That is, the magnetization element is displaced. Therefore, if the displacement of the magnetized element is detected by the displacement detecting means, the temperature of the magnetized element can be known, and the temperature of the permanent magnet can be indirectly detected.
Moreover, since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet of the rotor, the temperature of the permanent magnet can be detected more accurately and with a faster response than when the temperature of the permanent magnet is estimated from the temperature of the stator. Can be.
As the elastic member, any material can be used as long as it can urge the magnetizing element outward in the axial direction of the rotor, and a spring, rubber, or other elastic resin can be used. However, it is preferable to use a spring, particularly a metal spring, in consideration of a change in the elastic coefficient due to deterioration and the like. Further, it is preferable to use an elastic member made of a non-magnetic material such as a copper-based metal so that the elastic member is not magnetized.
[0017]
Furthermore, in the permanent magnet temperature sensor according to any of the above, it is preferable that the magnetizing element is a permanent magnet temperature sensor made of soft ferrite.
[0018]
In the sensor of the present invention, the magnetizing element is made of soft ferrite. Soft ferrite has a characteristic that the saturation magnetic flux density and the magnetic permeability decrease as the temperature of the soft ferrite increases. In addition, it has a magnetic transformation temperature (Curie point), and when the temperature reaches a temperature close to the Curie point, the saturation magnetic flux density and the magnetic permeability rapidly decrease. And, when it exceeds the Curie point, it becomes a non-magnetic material. That is, when the temperature of the magnetization element exceeds the Curie point, the magnetization element does not generate a magnetic field and is not attracted to the permanent magnet.
In the present invention, since such a soft ferrite is used as the magnetizing element, when the temperature of the magnetizing element is near the Curie point, a physical quantity detected by the physical quantity detecting means or a magnetic field detected by the magnetic field detecting means is used. , The amount of displacement detected by the displacement detecting means changes rapidly. In other words, it is possible to easily and reliably detect that the temperature of the magnetized element is at a temperature near the Curie point by these detecting means. Thus, in the sensor of the present invention, it is possible to reliably detect whether the temperature of the magnetized element is sufficiently lower than the Curie point, or near or above the Curie point, and therefore, whether the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than the predetermined temperature. Can be reliably detected.
The soft ferrite includes soft magnetic ferrite such as CuZn, MnZn, and NiZn.
[0019]
Still another solution is a permanent magnet motor including a rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core, and a stator, wherein a magnetic characteristic according to its own temperature is improved. A magnetized element that is made of a temperature-sensitive magnetic material that changes, and is arranged near the permanent magnet, and is magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet; and a magnetic characteristic of the magnetized element. And a physical quantity detecting means for detecting a physical quantity that changes in accordance with the change.
[0020]
The motor of the present invention has a magnetizing element and a physical quantity detecting unit. Since the magnetizing element is disposed near the permanent magnet, it is magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet. That is, the magnet itself also acts as a magnet, and a magnetic field is generated by the magnetizing element itself.
By the way, when the temperature of the permanent magnet rises by driving the motor or the like, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet also rises. Since the magnetization element of the present invention is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic characteristics change due to its own temperature change. Therefore, by observing the physical quantity that changes due to the change in the magnetic properties, it is possible to know the change in the magnetic properties of the magnetized element and the temperature of the magnetized element, and indirectly detect the temperature of the permanent magnet. .
Since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet of the rotor, the temperature of the permanent magnet can be detected more accurately and with a quicker response than when estimating the temperature of the permanent magnet from the temperature of the stator. .
Thus, the temperature of the permanent magnet can be known from the magnitude of the physical quantity detected by the physical quantity detecting means. For this reason, in the motor of the present invention, the drive current can be controlled according to the temperature of the permanent magnet so that the motor operates within a range in which demagnetization of the permanent magnet does not occur.
[0021]
The physical quantity detecting means may be rotated together with the rotor by, for example, fixing the entirety to the rotor, or a part (particularly, a part for outputting a detected signal) or the whole may be fixed to the stator. For example, the rotation may not be performed. When all of the physical quantity detection means rotates together with the rotor, use a brush, a slip ring, or the like provided on the rotor to extract a signal related to the detected physical quantity to the outside, or extract the signal by wireless communication. Can be. On the other hand, when the physical quantity detection means is configured so that part or all does not rotate, the rotation of the rotor and the measurement of the physical quantity are measured so that the physical quantity can be detected at an appropriate timing in accordance with the rotation of the permanent magnet. It is good to synchronize. Alternatively, by processing the acquired signal, it is preferable that the physical quantity can be appropriately detected even when the rotation of the rotor and the measurement of the physical quantity are not synchronized. For example, if the minimum value of the peak value of the magnetic field detected by the Hall element is taken as the physical quantity during one rotation of the rotor (or at every predetermined time), how the plurality of magnetizing elements and the respective permanent magnets corresponding to them are determined Although it is not possible to individually determine whether the temperature has reached a certain temperature, it is possible to detect the temperature of the highest temperature among the permanent magnets.
[0022]
Still another solution is a permanent magnet motor including a rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core, and a stator, wherein a magnetic characteristic according to its own temperature is improved. A magnetizing element, which is disposed in the vicinity of the permanent magnet, is magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet, and is disposed on the stator; And a magnetic field detecting means for detecting a magnetic field generated by the magnetizing element.
[0023]
In the motor of the present invention, the magnetizing element has a magnetizing element and a magnetic field detecting unit. Since the magnetizing element is disposed near the permanent magnet, it is magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet. That is, the magnet itself acts as a magnet, and the magnetizing element itself generates a magnetic field. The magnetic field detecting means detects the magnetic field.
By the way, when the temperature of the permanent magnet rises by driving the motor or the like, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet also rises. Since the magnetizing element is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic characteristics change according to its own temperature change, so that the magnetic field generated by the magnetizing element also changes. Therefore, by observing the change in the magnitude of the magnetic field with the magnetic field detecting means, the temperature of the magnetized element can be known, and the temperature of the permanent magnet can be indirectly detected.
Since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet of the rotor, the temperature of the permanent magnet can be detected more accurately and with a quicker response than when estimating the temperature of the permanent magnet from the temperature of the stator. .
Thus, the temperature of the permanent magnet can be known from the strength of the magnetic field detected by the magnetic field detecting means. Therefore, in the motor of the present invention, control can be performed in accordance with the temperature of the permanent magnet so that the motor operates within a range in which the demagnetization does not occur.
[0024]
Still another solution is a permanent magnet motor including a rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core, and a stator, wherein a magnetic characteristic changes according to its own temperature. The permanent magnet is disposed near the permanent magnet and axially outside the rotor relative to the permanent magnet in the axial direction through a gap between the rotor and the rotor. A magnetized element magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor among the generated magnetic fluxes, an elastic member for urging the magnetized element outward in the axial direction, and a displacement for detecting the axial displacement of the magnetized element. And a detecting means.
[0025]
The motor of the present invention has a magnetizing element, an elastic member, and a displacement detecting means. Since the magnetizing element is disposed near the permanent magnet, it is magnetized by the leakage magnetic flux of the permanent magnet. That is, the magnet itself also acts as a magnet, and a magnetic field is generated by the magnetizing element itself. In addition, since there is a gap between the magnetizing element and the rotor, the magnetizing element is attracted (biased) in a direction approaching the rotor (permanent magnet) (inward in the axial direction). On the other hand, since the elastic member urges the magnetizing element axially outward (in a direction away from the rotor), the magnetizing element is stabilized at a position where the two urging forces are balanced.
By the way, when the temperature of the permanent magnet rises, the temperature of the magnetizing element located near the permanent magnet also rises. Since the magnetizing element is made of a temperature-sensitive magnetic material, its magnetic characteristics change according to its own temperature change, so the magnitude of the urging force for bringing the magnetizing element closer to the rotor also changes, and the position of equilibrium with the urging force by the elastic member is changed. change. That is, the magnetization element is displaced. Therefore, if the displacement of the magnetized element is detected by the displacement detecting means, the temperature of the magnetized element can be known, and the temperature of the permanent magnet can be indirectly detected.
Moreover, since the magnetizing element is arranged near the permanent magnet of the rotor, the temperature of the permanent magnet can be detected more accurately and with a faster response than when the temperature of the permanent magnet is estimated from the temperature of the stator. Can be.
Thus, the temperature of the permanent magnet can be known from the amount of displacement detected by the displacement detecting means. Therefore, in the motor of the present invention, control can be performed in accordance with the temperature of the permanent magnet so that the motor operates within a range in which the demagnetization does not occur.
[0026]
Furthermore, in the permanent magnet motor according to any one of the above, it is preferable that the magnetizing element is a permanent magnet motor made of soft ferrite.
[0027]
In the motor of the present invention, the magnetizing element is made of soft ferrite. As described above, when the temperature of the soft ferrite reaches a temperature close to the Curie point, the saturation magnetic flux density and the magnetic permeability decrease sharply, and when the temperature exceeds the Curie point, the material becomes a non-magnetic material. Then, the magnetizing element does not generate a magnetic field and is not attracted by the permanent magnet.
Therefore, in the present invention, since soft ferrite is used as the magnetizing element, when the temperature of the magnetizing element is near the Curie point, the physical quantity detected by the physical quantity detecting means, the magnetic field detected by the magnetic field detecting means, The displacement amount detected by the displacement detection means changes abruptly. In other words, it is possible to easily and reliably detect that the temperature of the magnetized element is at a temperature near the Curie point by these detecting means. Thus, in the motor of the present invention, it is possible to reliably detect whether the temperature of the magnetized element is sufficiently lower than the Curie point, or near or above the Curie point, and therefore, whether the temperature of the permanent magnet is equal to or lower than the predetermined temperature. Can be reliably detected.
The Curie point of the magnetized element (soft ferrite) is preferably set to a temperature lower than the temperature at which demagnetization of the permanent magnet occurs. As described above, it is possible to reliably detect whether or not the temperature of the magnetization element is near the Curie point. In this case, it is considered that the temperature of the permanent magnet is often higher than the temperature of the magnetizing element.Therefore, before the permanent magnet is demagnetized, the control conditions of the motor are changed and the demagnetization of the permanent magnet is changed. Can be prevented.
[0028]
Furthermore, in the permanent magnet motor according to any one of the above, at least a part of the physical quantity detection unit, the magnetic field detection unit, or the displacement detection unit does not rotate with the rotor and is fixed to a stator or an external device. The permanent magnet motor may include a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotor.
[0029]
In the motor of the present invention, the physical quantity detecting means, the magnetic field detecting means, or the displacement detecting means are entirely or partially fixed to the stator or an external device, and do not rotate with the rotor. Therefore, in detecting the physical quantity, the magnetic field, or the displacement, it is necessary to consider the positional relationship between the magnetizing element and the permanent magnet rotating around the rotation axis and part or all of the detecting means. This is for measuring a physical quantity, a magnetic field, or a displacement at a timing when the magnetizing element or the permanent magnet is located at an appropriate position.
However, the present invention further includes a rotation angle detecting means for detecting the rotation angle of the rotor. For this reason, since the timing at which the physical quantity, the strength of the magnetic field, and the displacement can be appropriately measured from the rotation angle, the data such as the physical quantity, the strength of the magnetic field, and the displacement can be obtained by each detecting means using this. be able to. Therefore, the physical quantity, the strength of the magnetic field of the magnetization element, the displacement, and the like can be detected more accurately.
In addition, as the rotation angle detecting means, a known method can be used, and examples thereof include a rotary encoder and a resolver installed so as to rotate together with the rotor. Further, the rotation angle may be detected by detecting a magnet installed at a specific position of the rotor with a magnetic detection element such as a Hall element fixed to a stator or the like.
[0030]
Further, the permanent magnet motor according to any one of the above, a temperature calculation unit that calculates an estimated temperature of the permanent magnet based on an output of the physical quantity detection unit, the magnetic field detection unit, or the displacement detection unit, and formed on the stator. Coil current calculating means for calculating a current value of a coil current flowing through the coil, wherein when the calculated magnet temperature of the permanent magnet is equal to or higher than a predetermined temperature, the calculation is performed when the magnet temperature is determined to be lower than the predetermined temperature. Coil current calculating means for calculating a current value smaller than the current value of the coil current to be generated and which does not cause demagnetization of the permanent magnet; and flowing a current through the coil according to the calculated current value of the coil current. It is preferable to provide a drive system for a permanent magnet motor including a coil current control unit.
[0031]
A drive system for a permanent magnet motor according to the present invention includes, in addition to the permanent magnet motor, a temperature calculating unit, a coil current calculating unit, and a coil current limiting unit. When the temperature of the permanent magnet calculated by the temperature calculating means is equal to or higher than a predetermined temperature, the temperature of the permanent magnet is set to a value smaller than normal (assuming that the magnet temperature is lower than a predetermined value) in order to prevent demagnetization of the permanent magnet. The current value of the coil current is calculated, and the coil current flows according to the calculated value. Thereby, the demagnetization of the permanent magnet can be prevented, and the performance of the motor can be maintained.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The motor 1 shown in FIGS. 1A and 2 includes a stator 2, a rotor 3, and a shaft 4 through which the rotor 3 is inserted. The stator 2 includes a stator core 21 having twelve internal tooth portions 22 and having a large number of electromagnetic steel plates laminated thereon, and twelve stator coils 23 (a conductive wire wound around each internal tooth portion 22). 1 (not shown in FIG. 1; see FIG. 2).
[0033]
On the other hand, the rotor 3 has a ring-shaped rotor core 31 formed by laminating many electromagnetic steel sheets. In the vicinity of the peripheral edge of the rotor core 31, the rotor core 31 is arranged at equal angular intervals (predetermined circumferential pitch) in the X direction along the axis 4 </ b> X of the shaft 4 (the vertical direction in FIG. 2, hereinafter also referred to as the axial direction or the X direction). Eight slots 31S penetrating the rotor core 31 are formed, and plate-like permanent magnets 32 magnetized in the sheet pressure direction are inserted and fixed in the slots 31S. Further, rotor end plates 33 and 34 which are made of a non-magnetic material (for example, copper) and sandwich the rotor core 31 are arranged on both sides in the axial direction of the rotor core 31. The rotor core 31 and the rotor end plates 33 and 34 are press-fitted into the shaft 4 and are fixed to the shaft 4 by their inner peripheral surfaces 31N, 33N and 34N being in close contact with the outer periphery of the shaft 4.
[0034]
Further, the magnetizing element 5 is fixed so as to be in contact with the axial end face (the upper end face 32U in FIG. 2 in this example) of the permanent magnet 32 and the upper face 31U of the rotor core 31. This magnetizing element 5 is made of soft ferrite. FIG. 4 shows the characteristics of the soft ferrite. The magnetizing element has a high magnetic permeability, but is a temperature-sensitive magnetic material having a characteristic that the saturation magnetic flux density and the magnetic permeability change with its temperature. Specifically, the saturation magnetic flux density gradually decreases as the temperature increases. In addition, the saturation magnetic flux density sharply decreases at a temperature near a predetermined temperature (Curie point). When the temperature exceeds the Curie point, the material becomes a non-magnetic material. As can be easily understood from FIG. 4, magnetized elements having different Curie points can be appropriately selected.
A groove 33 </ b> C for accommodating the magnetizing element 5 is formed in the rotor end plate 33.
In addition, a resolver 42 having a known configuration is separately mounted on the shaft 4 to detect the rotation angles of the shaft 4 and the rotor 3.
The Hall element 6 is arranged and fixed near the inner end on the upper surface 22U of one of the eight internal teeth 22.
[0035]
Next, measurement of the temperature of the permanent magnet 32 in the motor 1 will be described. As described above, since the magnetizing element 5 is made of soft ferrite, as shown in FIG. 3, of the magnetic flux generated by the permanent magnet 32, the magnetic flux is leaked from the rotor core 31 and magnetized in the opposite direction to the permanent magnet 32. . Therefore, the magnetization element 5 itself generates the magnetic field 5H. Therefore, if the Hall element 6 is arranged in the magnetic field 5H generated by the magnetizing element 5, the strength of the magnetic field 5H can be measured.
When the temperature of the permanent magnet 32 rises by driving the motor 1, the temperature of the magnetizing element 5 in contact with the upper end surface 32 </ b> U of the permanent magnet 32 also rises. The temperature of the magnetizing element 5 is considered to be close to the temperature of the permanent magnet 32 because the magnetizing element 5 is in contact with the permanent magnet 32. Also, when the temperature of the permanent magnet 32 rises, the temperature of the magnetizing element 5 is considered to quickly follow and rise.
[0036]
However, as described above, in the magnetizing element 5 made of soft ferrite, the saturation magnetic flux density decreases as the temperature rises, so that the intensity of the generated magnetic field 5H decreases as the temperature rises. Therefore, if the strength of the magnetic field 5H is measured by the Hall element 6, the temperature of the magnetizing element 5 and further the temperature of the permanent magnet 32 can be estimated.
[0037]
Since the rotor 3 is rotating, the strength of the magnetic field 5H increases as the magnetizing element 5 approaches and the strength of the magnetic field 5H decreases as the magnetizing element 5 moves away from the Hall element 6 as the rotor 3 rotates. . When the magnetizing element 5 faces the Hall element 6, the strength of the magnetic field 5H is considered to be maximum. Therefore, the rotation angle of the rotor 3 is detected by the resolver 42, and the timing at which the magnetizing element 5 faces the Hall element 6 is determined using the rotation angle signal 42SG, and the magnetic field intensity signal output from the Hall element 6 at this timing. Get 6SG.
In this way, the temperatures of the eight permanent magnets 32 can be appropriately estimated.
[0038]
As shown in FIG. 4, a soft ferrite having a desired Curie point can be selected as the magnetizing element 5. Therefore, it is preferable to select the magnetization element 5 so that its Curie point is slightly lower than the temperature at which the demagnetization of the permanent magnet 32 occurs. When the temperature of the permanent magnet 32 rises and approaches the temperature at which demagnetization occurs, the temperature of the magnetizing element 5 approaches the Curie point, and the saturation magnetic flux density decreases rapidly. Therefore, the change can be easily detected by the Hall element 6. Because you can.
[0039]
Next, the motor drive system 10 according to the first embodiment will be described. The motor drive system 10 includes a microcomputer 11 and an inverter 12 in addition to the motor 1 described above. Inverter 12 converts DC power DCIN supplied from battery BT into three-phase AC power by inverter 12 and supplies the three-phase AC power to motor 1 (stator coil 23). The microcomputer 11 controls the inverter 12 with a control signal CTL according to an operation command signal ACC for commanding an operation such as the rotation speed of the motor 1. Specifically, the coil current ICL flowing through the stator coil 23 is controlled.
Further, in the first embodiment, the microcomputer 11 acquires the magnetic field strength signal 6SG from the Hall element 6 installed on the stator core 21 and estimates the temperature of each permanent magnet 32. However, since the magnetic field intensity signal 6SG is acquired at the timing when the magnetization element 5 faces the Hall element 6, the magnetic field intensity signal 6SG is acquired using the rotation angle signal 42SG in synchronization with the above-described timing.
[0040]
Next, the flow of processing in the microcomputer 11 of the motor drive system 10 will be described with reference to the flowchart in FIG. When the power of the microcomputer 11 is turned on and the operation is started, first, various initial settings are performed in step S1. Thereafter, the process proceeds to step S2, in which a rotation angle signal 42SG from the resolver 42 is obtained, the rotation angle of the rotor 3 is detected, and the process proceeds to step S3.
[0041]
In step S3, it is determined whether or not the obtained rotation angle is a predetermined value. Specifically, it is determined whether the rotation angle is any one of 0 degree, 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, 180 degrees, 225 degrees, 270 degrees, and 315 degrees. Here, if No, that is, if the rotation angle is not the above-described angle, the process returns to step S2, and the rotation angle detection (S2) and the determination of the rotation angle (S3) are repeated. On the other hand, if Yes, that is, if the rotation angle has reached the above-described angle, the process proceeds to step S4, where the strength of the magnetic field 5H is detected. Specifically, a magnetic field strength signal 6SG from the Hall element 6 is obtained.
Since the acquisition of the magnetic field strength signal 6SG is performed immediately after step S3, the magnetic field strength signal 6SG can be obtained at the timing when the rotation angle of the rotor 3 reaches the above-mentioned angle (for example, 0 degrees).
Note that if the time lapse from the detection of the rotation angle in step S2 to the magnetic field strength signal 6SG in step S4 becomes a problem, the angle used in the determination in step S3 may be adjusted.
[0042]
Next, the process proceeds to step S5, where the temperature of the permanent magnet 32 is estimated from the magnetic field strength signal 6SG. Specifically, as described above, the temperature of the magnetization element is estimated from the magnetic field strength signal 6SG, and the temperature of the permanent magnet 32 is further estimated.
Further, in step S6, the magnitude of the coil current ICL flowing through the motor 1 (stator coil 23) is calculated from the operation command signal ACC given to the microcomputer 11.
[0043]
Thereafter, the process proceeds to step S7, and it is determined whether the temperature of the permanent magnet 32 estimated in step S5 is equal to or higher than a predetermined value. In step S7, a temperature at which demagnetization of the permanent magnet 32 does not occur is set as a predetermined value.
Here, if No, that is, if the temperature of the permanent magnet 32 is not so high, the process proceeds to step S9, and the inverter 12 is controlled such that the coil current ICL calculated in step S6 is output from the inverter 12.
[0044]
On the other hand, if Yes, that is, if the temperature of the permanent magnet 32 exceeds a predetermined value, the permanent magnet 32 may be demagnetized. Therefore, the process proceeds to step S8, and the coil current value once calculated in step S6 is replaced with a low value that does not cause demagnetization of the permanent magnet 32. Then, proceeding to step S9, the inverter 12 is controlled so that the coil current of the relatively suppressed magnitude flows.
Thus, even when the temperature of the permanent magnet 32 is high, the coil current ICL is suppressed, so that demagnetization of the permanent magnet 32 is prevented.
[0045]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first embodiment described above, the magnetizing element 5 is abutted and fixed on the upper end face 32U of the permanent magnet 32 and the upper face 31U of the rotor core 31, and the strength of the magnetic field 5H generated by the magnetizing element 5 is detected by the Hall element 6. . On the other hand, in the second embodiment, the fact that the magnetized magnetized element 51 is attracted to the permanent magnet 32 and that the attraction force changes depending on the saturation magnetic flux density of the magnetized element 51 and therefore the temperature of the magnetized element. The difference is that the temperature of the magnetizing element and further the temperature of the permanent magnet 32 are estimated by replacing the magnitude of the attraction force with the displacement of the magnetizing element and detecting the amount of this displacement. However, the remaining points are the same as in the first embodiment, and therefore, different parts will be mainly described, and description of the same parts will be omitted or simplified.
[0046]
The motor 1 according to the second embodiment has a rotor 3 in which an internally toothed stator 2 and a permanent magnet 32 are arranged near the periphery, substantially the same as the motor 1 according to the first embodiment (see FIG. 1). However, in the second embodiment, the Hall element 6 is not used. Hereinafter, the main part of the motor according to the second embodiment shown in FIG. 7 will be described.
[0047]
In the second embodiment, a magnetizing element 51 made of soft ferrite is arranged with a first gap K1 from the upper end surface 32U of the permanent magnet 32. Specifically, the magnetization element 51 is fixed to the holding plate 8 in advance. The holding plate 8 and the magnetizing element 51 are moved in the axial direction (X direction) away from the rotor core 31 and the permanent magnet 32 (upward in FIG. 7) by a spring 7 having one end fixed to the upper surface 31U of the rotor core 31. Energize. The magnetizing element 51 is magnetized in the opposite direction to the permanent magnet 32 by the leakage magnetic flux of the permanent magnet 32. Therefore, the magnetization element 51 is attracted to the permanent magnet 32. This attractive force acts in a direction (downward in FIG. 7) in which the magnetizing element 51 and the holding plate approach the rotor core 31 and the permanent magnet 32 in the axial direction (X direction). Therefore, the magnetizing element 51 and the holding plate 8 are stabilized at a position where the urging force of the spring 7 and the attraction force of the permanent magnet 32 are balanced. The position of the holding plate 8 is measured by a displacement meter 9. The displacement meter 9 is a laser displacement meter, which is held by a non-rotating member (not shown) such as the housing of the motor 1 via a displacement meter holding bracket 91. Measure.
[0048]
In addition, it is preferable to use a non-magnetic material such as a copper-based metal for the spring 7. The magnetizing element 51, the spring 7, and the holding plate 8 are arranged in a holding hole 35S formed through the rotor end plate 35. In order to prevent the magnetizing element 51, the spring 7, and the holding plate 8 from jumping out of the inside of the holding hole 35S, the holding hole 35S is formed so as to engage when the holding plate 8 largely moves upward in FIG. It has a protruding portion 35T.
[0049]
When the temperature of the permanent magnet 32 rises by driving the motor 1, heat is transmitted to the magnetizing element 51 located near the permanent magnet 32, so that the temperature of the magnetizing element 51 also rises. As described above, when the temperature of the magnetizing element rises, the saturation magnetic flux density of the magnetizing element 51 made of soft ferrite decreases, so that the attractive force of the permanent magnet 32 decreases. Then, the biasing force of the spring 7 becomes dominant, and the magnetizing element 51 and the holding plate 8 are stabilized in a state of being moved upward in FIG. That is, when the temperature of the permanent magnet 32 rises, the magnetization element 51 and the holding plate 8 are displaced upward in FIG. Therefore, by measuring the displacement of the holding plate 8 (change in the distance K2) with the displacement meter 9, the temperature of the magnetizing element 51 and further the temperature of the permanent magnet 32 can be estimated.
[0050]
Specifically, as shown by a broken line in FIG. 5, the distance measurement signal 9SG obtained by the displacement meter 9 may be input to the microcomputer 11 in the same manner as the magnetic field strength signal 6SG in the first embodiment. Then, in the flowchart shown in FIG. 6, distance detection by the displacement meter 9 is performed in step S4 instead of magnetic field strength detection, and in step S5, the temperature of the permanent magnet 32 is estimated from a change in the distance K2. Thus, also in the motor drive system 10 of the second embodiment, the motor 1 can be driven so that the demagnetization of the permanent magnet 32 does not occur.
[0051]
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Nor.
For example, in the second embodiment, a laser displacement meter is used as the displacement meter 9, but any device capable of measuring the displacement of the holding plate 8 may be used, and various measurement methods such as a capacitance type and an ultrasonic type may be used. Can be adopted.
In the first and second embodiments, the Hall element 6 or the displacement meter 9 is fixed to the non-rotating stator 2 or the like. For this reason, the magnetic field strength signal and the ranging signal could be easily taken out of the motor. However, as long as the strength of the magnetic field and the displacement of the magnetization element can be measured, a Hall element or a displacement meter may be arranged in the rotor. However, in this case, it is necessary to use a brush, a slip ring, or the like, or perform wireless communication in order to extract the magnetic field strength signal and the distance measurement signal to the outside of the motor (rotor).
In the first and second embodiments, the strength of the magnetic field caused by the temperature change of the magnetizing element and the change in the distance of the holding plate are detected as physical quantities, and the temperature of the permanent magnet is estimated using the physical quantities. However, if the physical quantity changes in accordance with the change in the magnetic characteristics of the magnetization element, the temperature of the permanent magnet may be estimated using any of the physical quantities.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are explanatory diagrams illustrating an outline of a motor according to a first embodiment, where FIG. 1A illustrates a state in which a stator and a rotor are viewed from an axial direction of a shaft, and FIG. However, in FIG. 3A, the rotor is in a state where the end plate is removed, and the stator is in a state where the coil wound around the internal teeth is omitted.
FIG. 2 is an O-A vertical cross-sectional view of the motor according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a magnetic field generated by a magnetization element and a Hall element according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the temperature of a magnetization element (temperature-sensitive magnetic material) and the saturation magnetic flux density.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an outline of a motor drive system according to the first and second embodiments.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of motor drive control according to the first and second embodiments.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship among a magnetization element, an elastic member, and a displacement detection unit according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 motor
10 Motor drive system
12 Inverter (coil current control means)
ICL coil current
2 Stator
21 Stator core
22 Internal teeth
22U top surface
23 Stator coil
3 rotor
31 rotor core
32 permanent magnet
33, 34, 35 Rotor end plate
4 shaft
X axis direction, X direction
42 resolver (rotation angle detection means)
42SG rotation angle signal
5,51 magnetizing element
5H magnetic field (by magnetizing element)
6 Hall element (magnetic field detection means, physical quantity detection means)
6SG magnetic field strength signal
7 Spring (elastic member)
8 Holding plate (displacement detecting means, physical quantity detecting means)
9 Displacement meter (displacement detecting means, physical quantity detecting means)
9SG ranging signal
91 Displacement gauge holding bracket
K1 First gap (between permanent magnet and magnetizing element)
K2 (from displacement gauge to holding plate) distance

Claims (10)

ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、
自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、
上記磁化素子の磁気特性変化に応じて変化する物理量を検知する物理量検知手段と、
を有する永久磁石温度センサ。A permanent magnet temperature sensor for detecting the temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core,
Magnetizing element made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic characteristics change according to its own temperature, disposed near the permanent magnet, and magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet,
Physical quantity detection means for detecting a physical quantity that changes in accordance with a change in the magnetic characteristics of the magnetization element,
Permanent magnet temperature sensor having. ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、
自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置されて、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、
ステータに配置されて、上記磁化素子の発生する磁界を検知する磁界検知手段と、
を有する永久磁石温度センサ。A permanent magnet temperature sensor for detecting the temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core,
A magnetized element made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change according to its own temperature, arranged near the permanent magnet, and magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet; ,
Magnetic field detecting means arranged on the stator to detect a magnetic field generated by the magnetizing element;
Permanent magnet temperature sensor having. ロータコアに所定の周方向ピッチで複数の永久磁石を配置したロータを有する永久磁石モータにおける上記永久磁石の温度を検知する永久磁石温度センサであって、
自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍で、かつ上記永久磁石よりも上記ロータの軸線方向外側に、上記ロータと間隙を介して上記軸線方向に移動可能に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータから漏れる漏れ磁束により磁化される磁化素子と、
上記磁化素子を上記軸線方向外側に付勢する弾性部材と、
上記磁化素子の上記軸線方向変位を検知する変位検知手段と、
を有する永久磁石温度センサ。A permanent magnet temperature sensor for detecting the temperature of the permanent magnet in a permanent magnet motor having a rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged at a predetermined circumferential pitch on a rotor core,
It is made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change according to its own temperature, in the vicinity of the permanent magnet, and axially outside the rotor from the permanent magnet, in the axial direction through a gap with the rotor. A magnetizing element that is movably disposed and is magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor among magnetic fluxes generated by the permanent magnet;
An elastic member for urging the magnetization element outward in the axial direction;
Displacement detection means for detecting the axial displacement of the magnetization element,
Permanent magnet temperature sensor having. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石温度センサであって、
前記磁化素子は、ソフトフェライトからなる
永久磁石温度センサ。The permanent magnet temperature sensor according to any one of claims 1 to 3,
The magnetizing element is a permanent magnet temperature sensor made of soft ferrite. ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、
ステータと、
を備える永久磁石モータであって、
自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、
上記磁化素子の磁気特性の変化に応じて変化する物理量を検知する物理量検知手段と、
を有する永久磁石モータ。A rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core,
A stator,
A permanent magnet motor comprising:
A magnetized element made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change according to its own temperature, arranged near the permanent magnet, and magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet; ,
Physical quantity detection means for detecting a physical quantity that changes in accordance with a change in the magnetic characteristics of the magnetization element,
Permanent magnet motor having ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、
ステータと、
を備える永久磁石モータであって、
自身の温度に応じて磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータコアから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、
上記ステータに配置され、上記磁化素子の発生する磁界を検知する磁界検知手段と、
を有する永久磁石モータ。A rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core,
A stator,
A permanent magnet motor comprising:
A magnetized element made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change according to its own temperature, arranged near the permanent magnet, and magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor core among magnetic fluxes generated by the permanent magnet; ,
Magnetic field detecting means arranged on the stator, for detecting a magnetic field generated by the magnetizing element;
Permanent magnet motor having ロータコア及び上記ロータコアに所定の周方向ピッチで配置された複数の永久磁石を有するロータと、
ステータと、
を備える永久磁石モータであって、
自身の温度により磁気特性が変化する感温磁性材料からなり、上記永久磁石の近傍で、かつ上記永久磁石よりも上記ロータの軸線方向外側に、上記ロータと間隙を介して上記軸線方向に移動可能に配置され、上記永久磁石が発生する磁束のうち上記ロータから漏れる漏れ磁束により磁化されてなる磁化素子と、
上記磁化素子を上記軸線方向外側に付勢してなる弾性部材と、
上記磁化素子の上記軸線方向変位を検知する変位検知手段と、
を有する永久磁石モータ。A rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets arranged at a predetermined circumferential pitch on the rotor core,
A stator,
A permanent magnet motor comprising:
It is made of a temperature-sensitive magnetic material whose magnetic properties change according to its own temperature, and is movable in the axial direction near the permanent magnet and outside the rotor in the axial direction of the rotor via a gap with the rotor. A magnetized element that is magnetized by a leakage magnetic flux leaking from the rotor among magnetic fluxes generated by the permanent magnet;
An elastic member biasing the magnetizing element outward in the axial direction;
Displacement detection means for detecting the axial displacement of the magnetization element,
Permanent magnet motor having 請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石モータであって、
前記磁化素子は、ソフトフェライトからなる
永久磁石モータ。The permanent magnet motor according to any one of claims 5 to 7,
The magnetizing element is a permanent magnet motor made of soft ferrite. 請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石モータであって、
前記物理量検知手段、磁界検知手段、または、変位検知手段は、少なくともその一部が、前記ロータと共に回転せず、ステータまたは外部装置に固定されてなり、
前記ロータの回転角を検知する回転角検知手段を備える
永久磁石モータ。The permanent magnet motor according to any one of claims 5 to 8, wherein:
The physical quantity detection means, the magnetic field detection means, or the displacement detection means, at least a part thereof does not rotate with the rotor, fixed to a stator or an external device,
A permanent magnet motor comprising a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotor. 請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載の永久磁石モータと、
前記物理量検知手段、前記磁界検知手段または変位検知手段の出力に基づいて、前記永久磁石の推定温度を算出する温度算出手段と、
前記ステータに形成したコイルに流すコイル電流の電流値を算出するコイル電流算出手段であって、算出した上記永久磁石の磁石温度が所定温度以上であるときには、上記磁石温度が所定温度未満であるとした場合に算出されるコイル電流の電流値よりも小さく、上記永久磁石に減磁が生じない大きさの電流値を算出するコイル電流算出手段と、
算出されたコイル電流の電流値に従って、上記コイルに電流を流すコイル電流制御手段と、
を備える永久磁石モータの駆動システム。A permanent magnet motor according to any one of claims 5 to 9,
A temperature calculation unit that calculates an estimated temperature of the permanent magnet based on an output of the physical quantity detection unit, the magnetic field detection unit, or the displacement detection unit;
Coil current calculation means for calculating a current value of a coil current flowing through a coil formed in the stator, wherein when the calculated magnet temperature of the permanent magnet is equal to or higher than a predetermined temperature, the magnet temperature is lower than a predetermined temperature. Coil current calculation means for calculating a current value smaller than the current value of the coil current calculated in the case where the permanent magnet is not demagnetized,
Coil current control means for flowing a current to the coil according to a current value of the calculated coil current,
The drive system of the permanent magnet motor provided with.
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