JP2009022091A - Device for monitoring demagnetization of permanent magnet in permanent magnet synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石同期電動機の回転子に組み込まれた永久磁石の減磁状態を監視する永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置に関する。 The present invention relates to a permanent magnet demagnetization monitoring device for a permanent magnet synchronous motor that monitors a demagnetization state of a permanent magnet incorporated in a rotor of the permanent magnet synchronous motor.
永久磁石同期電動機は、回転子鉄心に永久磁石を埋め込み、電機子磁束により電機子コイルが回転子鉄心を引きつける力と、電機子コイルが永久磁石を引きつける力とを利用して回転子鉄心を同期回転させる原理を備えた同期電動機である。 Permanent magnet synchronous motors embed a permanent magnet in the rotor core, and synchronize the rotor core using the force that the armature coil attracts the rotor core by the armature magnetic flux and the force that the armature coil attracts the permanent magnet. It is a synchronous motor provided with the principle of rotating.
このような永久磁石同期電動機では、その時間の経過と共に永久磁石が減磁することが避けられない。特に運転中に機器が高温になり、永久磁石も高熱を帯びるとその減磁の度合いが大きくなる。そして永久磁石が減磁すると、上述した電機子コイルが永久磁石を引きつける力が低下し、所期のトルクが得られなくなるので、その減磁の程度が大きくなると再着磁したり交換したりするメンテナンスが必要である。 In such a permanent magnet synchronous motor, it is inevitable that the permanent magnet is demagnetized over time. In particular, the degree of demagnetization increases when the device becomes hot during operation and the permanent magnet is also heated. When the permanent magnet is demagnetized, the above-described armature coil has a reduced force for attracting the permanent magnet, and the desired torque cannot be obtained. Therefore, when the degree of demagnetization increases, it is re-magnetized or replaced. Maintenance is required.
ところが、従来、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を抑制する技術については特開11−89197号公報(特許文献1)、特開11−146584号公報(特許文献2)により知られており、また永久磁石の減磁が防止できる構造の永久磁石同期電動機については特開2004−144026号公報(特許文献3)にて知られているが、永久磁石の減磁の程度を監視して警報を出力する技術は知られていない。
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁の程度を監視できる永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a permanent magnet demagnetization monitoring device for a permanent magnet synchronous motor that can monitor the degree of demagnetization of the permanent magnet of the permanent magnet synchronous motor. And
本発明は、永久磁石同期電動機の惰行運転状態を検出する惰行運転検出部と、前記永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、前記無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較し、前記無負荷状態での誘起電圧検出値が参照値を下回った時に前記永久磁石に減磁発生ありと判定する減磁発生判定部とを備えた永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を特徴とする。 The present invention includes a coasting operation detection unit that detects a coasting operation state of a permanent magnet synchronous motor, an induced voltage detection unit that detects an induced voltage by a permanent magnet in a no-load operation state of the permanent magnet synchronous motor, and the no load Demagnetization of the permanent magnet is detected when the detected value of the induced voltage by the permanent magnet in a state is compared with a predetermined reference value and the induced voltage detected value in the no-load state falls below the reference value A permanent magnet demagnetization monitoring device for a permanent magnet synchronous motor including an occurrence determination unit.
本発明の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置によれば、永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出し、無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較してこの参照値を下回った時に永久磁石に減磁発生ありと判定することにより、永久磁石同期電動機における永久磁石の減磁を監視することができる。 According to the permanent magnet demagnetization monitoring device of the permanent magnet synchronous motor of the present invention, the induced voltage by the permanent magnet in the no-load operation state of the permanent magnet synchronous motor is detected, and the induced voltage by the permanent magnet in the no-load state is detected. By comparing the value with a predetermined reference value and determining that demagnetization has occurred in the permanent magnet when the value falls below this reference value, demagnetization of the permanent magnet in the permanent magnet synchronous motor can be monitored.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置について説明する。 (First Embodiment) A permanent magnet synchronous motor control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described.
図1に示すように、永久磁石同期電動機(PMSM)1を回転駆動する主回路は、架線若しくは第3軌条10の直流電源から電力を取り込むパンタグラフ11、高速度遮断器12、フィルタリアクトル13、フィルタコンデンサ14、VVVFインバータ15、このVVVFインバータ15にて駆動される永久磁石同期電動機1から構成される。そして、モータ電圧、モータ電流に基づいてVVVFインバータ15をゲート制御するモータ制御部16、モータ電流Iu,Iwを検出する電流検出器17、永久磁石同期電動機1の回転位相角θrを検出するレゾルバ18、VVVFインバータ15の直流電圧を検出する直流電圧検出器19を備えている。
As shown in FIG. 1, the main circuit for rotationally driving the permanent magnet synchronous motor (PMSM) 1 includes a
モータ制御部16は、VVVFインバータ15の直流電圧Vdc、モータ電流検出値Iu,Iw、回転位相角θr、そして入力されるトルク指令TqRefを用いて所定の演算処理を実行し、電動機回転速度域に応じて永久磁石同期電動機1の定トルク制御と定出力制御を行うためにVVVFインバータ15に対して相応のゲート信号を出力する。
The
図2に示すように、モータ制御部16は、トルク指令TqRefに対する最適電流位相角を算出する最適電流位相角演算部20、加算器21,22,23、PI演算部24,25、電流3相−dq変換器26、電圧dq−3相変換器27、端子電圧演算部28、電圧指令演算部29、加算器30、PI演算器31にて構成されている。ここで、最適電流位相角演算部20、加算器21,22,23、PI演算器24,25にて最適位相角電流制御部41を構成している。また、端子電圧演算部28、電圧指令演算部29、加算器30、PI演算器31にて弱め磁束制御部42を構成している。
As shown in FIG. 2, the
さらに、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置は、その特徴として、端子電圧演算部28の出力V1(モータ電圧Vmとする)に基づき、惰行運転時のモータ回転速度Sと誘起電圧Vとを求め、図3に示すような減磁限界曲線DMlmtを参照して、誘起電圧Vがこの曲線DMlmtよりも低下している場合に減磁発生と判断し、運転室のモニタ36に減磁警報を表示し、また警告音として出力する減磁判定部35を備えている。
Furthermore, the permanent magnet synchronous motor control device of the present embodiment is characterized in that the motor rotation speed S and the induced voltage V during coasting operation are based on the output V1 of the terminal voltage calculation unit 28 (referred to as motor voltage Vm). 3, the demagnetization limit curve DMlmt as shown in FIG. 3 is referred to, and when the induced voltage V is lower than the curve DMlmt, it is determined that demagnetization has occurred, and the demagnetization alarm is displayed on the
図4に示すように、このモータ制御部16による永久磁石同期電動機1の制御は、回転速度が定格速度Rfになるまでは定トルク制御を行い、回転速度が定格速度Rfに到達した後に定出力制御を行う。この定トルク制御では、最適位相角でIq一定電流制御を行う。また、定出力制御では、永久磁石磁束を打ち消す向きの電流ΔIdを流すことでモータ電圧Vmを一定にインバータ制限電圧Vlmtに制御する弱め磁束制御を行う。
As shown in FIG. 4, the permanent magnet
最適位相角電流制御部41では、最適電流位相角演算部20がトルク指令QRefに対して最適電流位相角を算出する。そして、加算器21にて弱め磁束制御部42のd軸電流指令制御値ΔIdRefと加算してd軸電流指令IdRefを出力する。一方、q軸電流指令IqRefは最適電流位相角演算部20から出力される。これらd軸電流指令IdRef、q軸電流指令IqRefに対して加算器22,23にて実d軸電流Id、実q軸電流Iqと比較され、その差値をPI演算器24,25にてPI演算し、電流指令Vd,Vqとして出力される。
In the optimum phase angle
永久磁石同期電動機17の回転位相角θrを検出するレゾルバ18は、この回転位相角θrを電流3相−dq変換器26に入力する。電流3相−dq変換器26はこの回転位相角θrを用いてモータ電流検出器17の検出した3相モータ電流Iu,Iwを実d軸電流Id、実q軸電流Iqに変換して最適電流位相角制御部41の加算器22,23に出力し、前述のd軸電流指令IdRef、q軸電流指令IqRefと比較させる。
The
最適電流位相角制御部41からの電圧指令Vd,Vqは、電圧dq−3相変換器27にてレゾルバ18からの回転位相角θrを用いて3相電圧指令Vu,Vv,Vwに変換し、これをVVVFインバータ15に電圧指令として入力する。VVVFインバータ15は入力される電圧指令Vu,Vv,Vwに対して、直流電力をこれに一致する3相モータ電力に変換して永久磁石同期電動機1に出力し回転駆動する。
The voltage commands Vd, Vq from the optimum current phase
弱め磁束制御部42では、電圧指令演算部29が直流電圧検出器19による直流電圧Vdcに基づいて電圧指令V1Refを演算して出力する。端子電圧演算部28は、最適位相角電流制御部41からの電圧指令Vd,Vqに基づいてモータ電圧V1を演算して出力する。加算器30はこれら電圧指令V1Refと端子電圧V1を比較し、その差値に対してPI演算器31にてPI演算し、d軸弱め電流ΔIdRefを求めて最適位相角電流制御部41の加算器21に出力する。これにより、モータ速度が定出力制御域にある時には、永久磁石磁束を打ち消す向きの電流ΔIdを最適位相角電流指令IdRefから差し引いた電流をd軸電流指令として最適位相角電流制御部41に与え、この最適位相角電流制御部41にモータ電圧Vmをインバータ制限電圧Vlmtの一定電圧に制御するため弱め磁束制御を行わせる。
In the flux weakening
次に、減磁判定部35による永久磁石同期電動機1の永久磁石の減磁判定処理について説明する。永久磁石同期電動機1の回転子鉄心に埋め込まれている永久磁石が健全な状態では、電動機が惰行状態で回転していれば、図3の速度電圧特性グラフにおいて、モータ速度Sとモータ電圧Vmとは健全時の特性曲線DMoにて誘起電圧を生起させる。しかしながら減磁が進むと、モータ速度Sが同じ場合にはモータ電圧Vmは低下してゆく。そこで、永久磁石同期電動機として所期のトルク特性が得られない許容限界特性曲線DMlmtを参照曲線とし、惰行状態でのモータ電圧Vmと回転速度Sとの関係がこの許容限界特性曲線DMlmtよりも低下して曲線DMrのようになった時には、減磁判定部35は減磁発生と判定してモニタ36に減磁警告を出力し、運転手や技術者に知らせる。
Next, the demagnetization determination process of the permanent magnet of the permanent magnet
これにより、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置によれば、永久磁石同期電動機1の回転子鉄心に埋め込まれている永久磁石の減磁を自動的に判定してモニタ36を通して運転者や技術者に知らせることができる。
Thereby, according to the permanent magnet synchronous motor control device of the present embodiment, the demagnetization of the permanent magnet embedded in the rotor core of the permanent magnet
(第2実施の形態)本発明の第2の実施の形態の永久磁石電動機同期電動機制御装置について説明する。 (Second Embodiment) A permanent magnet motor synchronous motor control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
図5に示すように、第2の実施の形態の特徴は、減磁判定部35Aが永久磁石減磁の判定を、永久磁石同期電動機1の惰行運転時に検出するモータ電圧Vmとレゾルバ18の検出する回転速度Sとの関係、つまり、電圧速度特性を直接に求め、第1の実施の形態と同様に図3に示した電圧速度特性グラフにおける許容限界特性曲線DMlmtと比較し、これを下回る特性を示した時に永久磁石の減磁判定を行いモニタ36に出力することを特徴とする。
As shown in FIG. 5, the second embodiment is characterized in that the
本実施の形態にあって、主回路構成は図1に示した第1の実施の形態のものと共通である。そして、本実施の形態の場合、モータ電圧を検出するモータ電圧検出器37がVVVFインバータ15から永久磁石同期電動機1につながる交流路に設置されている。また、減磁判定部35Aは、トルク指令、レゾルバ18の出力と共にモータ電圧検出器37のモータ電圧検出値を入力する構成である。尚、図5において、図1、図3に示した第1の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付して示してある。
In the present embodiment, the main circuit configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. In the case of the present embodiment, a
次に、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置の動作について説明する。本実施の形態にあっても、モータ制御部16AによるVVVFインバータ15のゲート制御、そして永久磁石同期電動機1の駆動制御動作は第1の実施の形態と同様である。
Next, the operation of the permanent magnet synchronous motor control device of the present embodiment will be described. Also in the present embodiment, the gate control of the
そして、本実施の形態にあっては、減磁判定部35Aは次のように永久磁石の減磁判定を実行し、モニタ36に減磁警報を出力する。トルク指令から惰行運転状態を判定し、かつ、惰行運転状態の時には電圧検出器37の検出電圧をモータ電圧Vmとして取り込み、また、レゾルバ18から回転速度信号Sを取り込み、このVm−Sの電圧速度特性を図3の電圧速度特性グラフにおける許容限界特性曲線DMlmtと比較する。そして、第1の実施の形態と同様に、惰行運転状態でのモータ電圧Vmと回転速度Sとの関係、つまり、速度電圧特性がこの許容限界特性曲線DMlmtよりも低下して曲線DMrのようになった時には、減磁判定部35Aは減磁発生と判定し、モニタ36に減磁警告を出力し、運転手や技術者に知らせる。
In the present embodiment, the
本実施の形態によれば、複雑な演算処理を実行してVVVFインバータ15をゲート制御するモータ制御部16Aとは独立した系統で永久磁石同期電動機1の永久磁石減磁判定、警報出力が行える。よって、いわゆる後付的に当該減磁判定機能を既存の装置に容易に付加できる。
According to the present embodiment, it is possible to perform permanent magnet demagnetization determination and alarm output of the permanent
1 永久磁石同期電動機
15 VVVFインバータ
16,16A モータ制御部
17 モータ電流検出器
18 レゾルバ
19 直流電圧検出器
28 端子電圧演算部
35,35A 減磁判定器
36 モニタ
37 モータ電圧検出器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、
前記無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較し、前記無負荷状態での誘起電圧検出値が参照値を下回った時に前記永久磁石に減磁発生ありと判定する減磁発生判定部とを備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。 Coasting operation detector for detecting the coasting operation state of the permanent magnet synchronous motor;
An induced voltage detector for detecting an induced voltage by a permanent magnet in a no-load operation state of the permanent magnet synchronous motor;
The detected value of the induced voltage by the permanent magnet in the no-load state is compared with a predetermined reference value, and it is determined that demagnetization has occurred in the permanent magnet when the detected value of the induced voltage in the no-load state falls below the reference value. A permanent magnet demagnetization monitoring device for a permanent magnet synchronous motor, comprising:
前記誘起電圧検出部は、前記モータ電圧検出部の検出したモータ電圧検出値から前記永久磁石の誘起電圧を検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。 A motor voltage detector for detecting the voltage of the current flowing through the permanent magnet synchronous motor;
The permanent magnet reduction of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the induced voltage detection unit detects an induced voltage of the permanent magnet from a motor voltage detection value detected by the motor voltage detection unit. Magnetic monitoring device.
前記誘起電圧検出部は、前記モータ電流検出部の検出したモータ電流検出値から前記永久磁石の誘起電圧を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。 A data current detection unit for detecting a current flowing in the permanent magnet synchronous motor;
The permanent magnet reduction of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the induced voltage detection unit calculates an induced voltage of the permanent magnet from a motor current detection value detected by the motor current detection unit. Magnetic monitoring device.
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