JP2005192325A - 永久磁石電動機の減磁検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
測定容易なパラメータを用いて磁石の温度と誘起電圧係数を推定して減磁を検出する実用的な方法を提供する。
【解決手段】
回転速度および電流・電圧を測定するステップＳＴ１と、回転速度および電流・電圧の前記測定値に基づいて、巻線の温度を推定するステップＳＴ３と、前記巻線温度の推定値に基づいて、前記巻線の抵抗を推定するステップＳＴ４と、前記巻線温度の推定値に基づいて、回転子磁石部の温度を推定するステップＳＴ５と、前記巻線温度の推定値に基づいて、誘起電圧の正常値を推定するステップＳＴ６と、前記巻線抵抗の推定値に基づいて、誘起電圧の実際の値を推定するステップＳＴ７と、前２ステップにおいて推定した誘起電圧係数の正常値と実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断するステップＳＴ８を備えたことを特徴とする永久磁石電動機の減磁検出方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石電動機の減磁検出方法に関するものである。

永久磁石電動機の減磁状態（可逆減磁、永久減磁）の判定は、磁石の温度と誘起電圧を測定し、その温度における誘起電圧の正常値と誘起電圧の前記測定値を比較して行なっていた（例えば、特許文献１）。
特開平０８−１０３０９３号公報

しかしながら、電動機の運転中に回転子磁石部の温度と誘起電圧を直接実測することは困難なので、従来の技術は、実用的ではないという問題があった。本発明は測定容易なパラメータを用いて回転子磁石部の温度と誘起電圧を推定して減磁を検出する実用的な方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、固定子巻線部と回転子磁石部を有する永久磁石電動機の減磁検出方法において、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧を測定し、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の前記測定値に基づいて、巻線の温度を推定し、前記巻線温度の推定値に基づいて、前記巻線の抵抗を推定し、前記巻線温度の推定値に基づいて、回転子磁石部の温度を推定し、前記巻線温度の推定値に基づいて、誘起電圧の正常値を推定し、前記巻線抵抗の推定値に基づいて、誘起電圧の実際の値を推定し、誘起電圧の前記正常値と前記実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断するものである。
また、２つの異なる運転状態において、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧を測定するものである。
また、下記の式を用いて巻線の温度を推定するものである。
θ＝｛（Ｖ_ｑ１−Ｖ_ｑ２）−Ｌｄ（ω_１ｉ_ｄ１−ω_２ｉ_ｄ２）
−２３５／２５５・Ｒ_０・（ｉ_ｄ１−ｉ_ｄ２）
−Ｋ_Ｅ０（１＋２０・ｋ_ｔ）・（ω_１−ω_２）｝
/{Ｒ_０／２５５（ｉq1−ｉq2）−Ｋ_Ｅ０α・ｋ_ｔ・（ω_１−ω_２）}
ただし、θは巻線温度推定値（℃）、ω_１、ω_２はそれぞれ運転状態１および２における電気角周波数（rad/sec）、Ｖ_ｑ１、Ｖ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電圧（Ｖ）、Ｉ_ｄ１、Ｉ_ｄ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｄ軸電流（Ａ）、Ｉ_ｑ１、Ｉ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電流（Ａ）、αは巻線温度上昇に対する回転子磁石部温度上昇の比、Ｋ_Ｅｏは基準温度（２０℃）における誘起電圧係数、Ｒ_０は基準温度（２０℃）おける巻線抵抗実測値（Ω）、Ｌ_ｄ（Ｈ）はｄ軸インダクタンス実測値（Ω）、ｋ_ｔは磁石の温度係数である。
さらにまた、前記測定値に代えて、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の指令値を用いるものである。

本発明によれば、回転速度と電流および電圧のような、運転中であっても容易に測定できるパラメータを用いて、減磁を判定するので、簡単な装置で減磁を検出できる効果がある。

以下、本発明の具体的実施態様について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例を示すフローチャートである。以後、このフローチャートを引用して本発明による永久磁石電動機の減磁検出方法を説明する。
（ステップＳＴ１）運転状態１および運転状態２において、電動機の回転速度、ｑ軸電圧、ｄ軸電圧、ｑ軸電流およびｄ軸電流を測定する。これらは、測定器によって直接計測できるパラメータであるが、実測で求めた前記パラメータに代えて制御装置が指令する回転速度、電圧および電流の値、つまり指令値を使用してもよい。ここで、運転状態１および運転状態２は極力温度変化を伴わない状況を選ぶ。例えば、運転状態１の測定後、モータの熱時定数よりも充分短い時間（熱時定数の１０％以下）で運転状態２の測定を行なう。温度推定の誤差を小さくするためである。
（ステップＳＴ２）検出対象の電動機のパラメータ、すなわち無負荷誘起電圧係数ＫＥ０、２０℃における巻線抵抗Ｒ_０、ｄ軸インダクタンスＬｄ、巻線と回転子磁石部の温度比αおよび磁石の温度係数Ｋｔを読み込む。ここで、温度比αは実験的に求められる値であり、巻線と回転子磁石部の温度を実測して求める。
（ステップＳＴ３）式１を用いて巻線温度θを推定する。

θ＝｛（Ｖ_ｑ１−Ｖ_ｑ２）−Ｌｄ（ω_１ｉ_ｄ１−ω_２ｉ_ｄ２）
−２３５／２５５・Ｒ_０・（ｉ_ｄ１−ｉ_ｄ２）
−Ｋ_Ｅ０（１＋２０・ｋ_ｔ）・（ω_１−ω_２）｝
/{Ｒ_０／２５５（ｉq1−ｉq2）−Ｋ_Ｅ０α・ｋ_ｔ・（ω_１−ω_２）} （式１）
ただし、θは巻線温度推定値（℃）、ω_１、ω_２はそれぞれ運転状態１および２における電気角周波数（rad/sec）、Ｖ_ｑ１、Ｖ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電圧（Ｖ）、Ｉ_ｄ１、Ｉ_ｄ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｄ軸電流（Ａ）、Ｉ_ｑ１、Ｉ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電流（Ａ）、αは巻線温度上昇に対する回転子磁石部温度上昇の比、Ｋ_Ｅｏは基準温度（２０℃）における誘起電圧係数、Ｒ_０は基準温度（２０℃）おける巻線抵抗実測値（Ω）、Ｌ_ｄ（Ｈ）はｄ軸インダクタンス実測値（Ω）、ｋ_ｔは磁石の温度係数である。

ここで、（式１）の根拠について簡単に説明する。
定常状態におけるｄ軸およびｑ軸の電圧方程式は次のように表される。

Ｖ_ｄ＝Ｒ・ｉ_ｄ−ω・Ｌ_ｑ・ｉ_ｑ （式２）
Ｖ_ｑ＝ω・Ｌ_ｄ・ｉ_ｄ＋Ｒ・ｉ_ｑ＋Ｋ_Ｅ・ω （式３）
ただし、Ｋ_Ｅは実運転状態における誘起電圧係数である。

運転状態１および２におけるｑ軸電圧方程式から（式４）を得る。

Ｖ_ｑ１−Ｖ_ｑ２＝Ｌ_ｄ（ω_１ｉ_ｄ１−ω_２ｉ_ｄ２）＋Ｒ（ｉ_ｑ１−ｉ_ｑ２）＋Ｋ_Ｅ（ω_１−ω_２）
（式４）

（式４）のＲとＫ_Ｅは温度により変化し、それぞれ下記のようになる。

Ｒ＝（２３５＋θ）/（２３５＋２０）・Ｒ_ｏ （式５）
Ｋ_Ｅ＝Ｋ_Ｅｏ［（１＋２０・ｋ_ｔ）−α・ｋ_ｔ・θ］ （式６）

（式５）および（式６）を（式４）式に代入し、θについて整理すると（式１）が得られる。
次にステップＳＴ４にて熱時巻線抵抗Ｒ（Ω）の算出をする。

（ステップＳＴ４）下式を用いて、熱時巻線抵抗Ｒ（Ω）の算出をする。

Ｒ＝（２３５＋θ）/（２３５＋２０）・Ｒ_ｏ （式７）

（ステップＳＴ５）下式を用いて、熱時回転子磁石部温度θ_Ｒ（℃）の推定をする。

θ_Ｒ＝α・θ （式８）

（ステップＳＴ６）下式を用いて、誘起電圧正常値ｅ_１ｄを推定する。

ｅ_１ｄ＝｛１−ｋ_ｔ（α・θ−２０）｝・Ｋ_Ｅｏ・ω_１ （式９）

（ステップＳＴ７）下式を用いて、誘起電圧ｅ_１を推定する。

ｅ_１＝Ｖ_ｑ１−ω_１・Ｌ_d・ｉ_ｄ１−Ｒ・ｉ_ｄ１ （式１０）

（ステップＳＴ８）下式を満たしている時に、減磁状態にあると判断し、ステップＳＴ９に移る。

（ｅ_１ｄ−ｅ_１）^２＞Δｅ （式１１）

ここで、Δｅは減磁検出の基準値（閾値）である。つまり、誘起電圧正常値ｅ_１ｄと誘起電圧推定値ｅ_１の偏差の２乗がこの基準値（閾値）を超えると減磁状態にあると判定するのである。なお、２乗するのは、符号の影響をなくすためである。

本発明は、永久磁石電動機の減磁検出方法として有用である。

本発明の実施例を示すフローチャートである。

Claims (5)

1. 固定子巻線部と回転子磁石部を有する永久磁石電動機の減磁検出方法において、
   回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧を測定するステップと、
   回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の前記測定値に基づいて、巻線の温度を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、前記巻線の抵抗を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、回転子磁石部の温度を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、誘起電圧の正常値を推定するステップと、
   前記巻線抵抗の推定値に基づいて、誘起電圧の実際の値を推定するステップと、
   前２ステップにおいて推定した誘起電圧の正常値と実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断するステップを備えたことを特徴とする永久磁石電動機の減磁検出方法。
2. ２つの異なる運転状態において、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石電動機の減磁検出方法。
3. 回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の指令値を求めるステップと、
   回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の前記指令値に基づいて、巻線の温度を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、前記巻線の抵抗を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、回転子磁石部の温度を推定するステップと、
   前記巻線温度の推定値に基づいて、誘起電圧の正常値を推定するステップと、
   前記巻線抵抗の推定値に基づいて、誘起電圧の実際の値を推定するステップと、
   前２ステップにおいて推定した誘起電圧の正常値と実際の値を比較して、その差が所定の閾値を超えているときに減磁が生じていると判断するステップを備えたことを特徴とする永久磁石電動機の減磁検出方法。
4. ２つの異なる運転状態において、回転速度とｄ軸電流・電圧およびｑ軸電流・電圧の指令値を求めることを特徴とする請求項３に記載の永久磁石電動機の減磁検出方法。
5. 下記の式を用いて巻線の温度を推定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の永久磁石電動機の減磁検出方法。
   θ＝｛（Ｖ_ｑ１−Ｖ_ｑ２）−Ｌｄ（ω_１ｉ_ｄ１−ω_２ｉ_ｄ２）
   −２３５／２５５・Ｒ_０・（ｉ_ｄ１−ｉ_ｄ２）
   −Ｋ_Ｅ０（１＋２０・ｋ_ｔ）・（ω_１−ω_２）｝
   /{Ｒ_０／２５５（ｉq1−ｉq2）−Ｋ_Ｅ０α・ｋ_ｔ・（ω_１−ω_２）}
   ただし、θは巻線温度推定値（℃）、ω_１、ω_２はそれぞれ運転状態１および２における電気角周波数（rad/sec）、Ｖ_ｑ１、Ｖ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電圧（Ｖ）、Ｉ_ｄ１、Ｉ_ｄ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｄ軸電流（Ａ）、Ｉ_ｑ１、Ｉ_ｑ２はそれぞれ運転状態１および２におけるｑ軸電流（Ａ）、αは巻線温度上昇に対する回転子磁石部温度上昇の比、Ｋ_Ｅｏは基準温度（２０℃）における誘起電圧係数、Ｒ_０は基準温度（２０℃）おける巻線抵抗実測値（Ω）、Ｌ_ｄ（Ｈ）はｄ軸インダクタンス実測値（Ω）、ｋ_ｔは磁石の温度係数である。

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