JP2010178405A - Ｐｍモータ駆動装置の電流リミット値設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭモータの駆動装置において、磁石温度の変化によって電流リミットにかかることを抑制し、一定のモータ出力を継続させる。
【解決手段】ＰＭモータ３の電流が電流リミット値以上の場合に、そのＰＭモータ３の電流を保護回路５において制限するＰＭモータ駆動装置の電流リミット値設定方法において、前記保護回路５が、ＰＭモータ３の予備運転時に、ＰＭモータ３の磁石温度変化に伴う電圧，電流の増減をテーブルシート化し、そのテーブルシートに基づき各磁石温度における電流リミット値を算出して記憶し、ＰＭモータ３の運転時に、ＰＭモータ３の磁石温度を取得し、予備運転時に記憶した各磁石温度における電流リミット値から、運転時に取得した磁石温度における電流リミット値に自動修正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＭモータの駆動装置に係り、特に電流リミット値の設定方法に関する。

室温で着磁した磁石が高温にさらされると、熱振動による磁気モーメントの揺らぎ、または反転によって磁束が減少する。この現象は高温減磁と呼ばれ、この高温減磁において、磁石の温度を室温に戻すことにより磁束密度が元の大きさに戻るものは可逆減磁，磁石の温度を室温に戻しても磁束密度が完全には元の大きさに戻らないものは不可逆減磁と分類されている。

ＰＭモータ（永久磁石式同期電動機）はステータの巻線に電流が流れることによって熱が発生し、その熱がロータの磁石に伝わることにより、磁石の温度も上昇する。すなわち、ＰＭモータを駆動させるとロータの磁石温度が上昇し、前記可逆減磁により磁束密度および誘起電圧が減少する。そのため、一定のモータ出力を得ようとした場合、磁石温度の変化による誘起電圧の変動に伴い、ＰＭモータの電流も増減することとなる。

ＰＭモータの制御方法としては、磁石温度と誘起電圧との関係から磁束密度の偏差を演算し、磁束密度の偏差量に比例した電動機出力トルク指令の補正を行う方法（特許文献１）が知られている。すなわち、特許文献１では、磁石の温度上昇により誘起電圧が減少した場合、ＰＭモータの電流を増加させることによって可逆減磁に起因する磁束の変化分を補償している。

特開昭６０−１９７１８１号公報（請求項１、第１図）。

一般的なＰＭモータの駆動装置には、ＰＭモータおよび駆動回路を構成する半導体スイッチ素子を保護するために、ＰＭモータの定格電流を基準とした電流リミット値が設定され、ＰＭモータの電流が該電流リミット値よりも大きくなった場合には、そのＰＭモータの電流に制限が掛けられる。しかしながら、磁石の温度変化に伴い誘起電圧が変動するため、一定のモータ出力を得ようとした場合、誘起電圧の変動に応じてＰＭモータの電流も増減することとなる。そのため、ＰＭモータの温度上昇に伴い、ＰＭモータの電流が電流リミット値よりも大きくなってしまうことがあった。その結果、駆動装置はＰＭモータの電流を前記の電流リミット値より下げるために一時的に出力周波数を下げてしまい、一定のモータ出力を継続することができなかった。

また、ＰＭモータの電流が電流リミット値よりも大きくならないようにするためには、定格電流の大きなＰＭモータおよび電流容量の大きな半導体スイッチ素子を適用し、電流リミット値を大きな値に設定すればよいが、そのようなＰＭモータおよび半導体スイッチ素子は高価であるためコストアップとなってしまう問題があった。

さらに、誘起電圧は磁石単体の製品誤差やモータ製造過程の誤差に影響されるため、同一容量のＰＭモータを製作しても同じ値とならないことがある。その場合、磁石の温度変化に伴って変化するＰＭモータの電流，電圧も製品間で同じ値とはならない。そのため、同じ容量のＰＭモータかつ同じ電流リミット値を設定した駆動装置を用いた場合でも、電流リミットにかかってしまう駆動装置と、電流リミットにかからない駆動装置とが出てきてしまう。その結果、ＰＭモータと駆動装置との安定した組み合わせができなかった。

以上示したようなことから、ＰＭモータの駆動装置においては、磁石温度の変化によって電流リミットにかかることを抑制し、一定のモータ出力を継続させることが要求される。

本発明は前記の課題を解決すべく創作された技術的思想であって、請求項１記載の発明は、ＰＭモータの磁石温度に応じて電流リミット値を調整することにより課題を解決している。

具体的に、請求項１記載の発明は、ＰＭモータの電流が電流リミット値以上の場合に、そのＰＭモータの電流を保護回路において制限するＰＭモータ駆動装置の電流リミット値設定方法であって、前記保護回路が、ＰＭモータの予備運転時に、ＰＭモータの磁石温度変化に伴う電圧，電流の増減をテーブルシート化し、そのテーブルシートに基づき各磁石温度における電流リミット値を算出して記憶し、ＰＭモータの運転時に、ＰＭモータの磁石温度を取得し、予備運転時に記憶した各磁石温度における電流リミット値から、運転時に取得した磁石温度における電流リミット値に自動修正することを特徴とする。

以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、磁石温度から推定されたＰＭモータの電流および電圧に基づき電流リミット値を自動修正することにより磁石温度に応じた最適な電流リミット値を設定することができる。そのため、磁石の温度上昇によって電流リミットにかかることを抑制することができ、一定のモータ出力を継続することが可能となる。

また、定格電流の大きなＰＭモータおよび電流容量の大きな半導体スイッチ素子を適用する必要がないため、コストアップとなることを抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、予備運転時に実機から測定したＰＭモータの電流および電圧に基づいて電流リミット値を設定しているため、ＰＭモータの誘起電圧は製品誤差によりそれぞれ異なるものの、製品ごとに最適な電流リミット値を設定することが可能となる。

本実施形態のＰＭモータ駆動装置を示すブロック図。 熱電対を取り付けたＰＭモータの概略図。 各磁石温度におけるＰＭモータ３の電流および電圧のパターンを示すグラフ。

図１は、本実施形態に係るＰＭモータ駆動装置の一例を示すブロック図である。図１において、符号１はＰＭモータ駆動装置、符号２は半導体スイッチ素子により構成された駆動回路、符号３は前記駆動回路２から出力された交流電流により駆動するＰＭモータ、符号４は制御指令に応じたゲート信号を出力し前記駆動回路２（半導体スイッチ素子）を制御する制御部、符号５は電流リミット値よりもＰＭモータ３の電流の方が大きい場合、制御部４に信号を出力する保護回路、符号６ａ，６ｂはＰＭモータ駆動装置１とＰＭモータ３との間に備えられた電流検出器および電圧検出器を示す。

駆動回路２は、制御部４から出力されるゲート信号により制御され、ＰＭモータ３に所望の周波数の交流電圧を出力する。

ＰＭモータ駆動装置１からＰＭモータ３に出力される電流は電流検出器６ａにより検出され、その検出電流値は保護回路５に出力される。そして、保護回路５において、電流リミット値と検出電流値との比較が行われる。前記比較の結果、電流リミット値よりも検出電流値の方が大きいと判断された場合は、保護回路５から制御部４に信号が出力される。そして、制御部４において、一時的に出力周波数を下げ、ＰＭモータ３および駆動回路２を構成する半導体スイッチ素子が保護される。

上記のように構成されたＰＭモータ駆動装置１において、電流リミット値は保護回路５により、ＰＭモータ３の磁石温度変化に伴う電圧，電流の増減が推定され、磁石の温度変化に応じた電流リミット値が設定される。

具体的には、下記に示すような動作が行われる。

〈予備運転時〉
［１］ＰＭモータ３のロータ（磁石）温度を取得（測定あるいは、推定）し、そのロータ温度を保護回路５に出力して記憶させる。ＰＭモータ３の温度を取得する方法としては、図２に示すようにＰＭモータ３のロータ部（ロータ部表面の磁石と磁石の隙間）に熱電対を取り付けて測定する方法や、ステータ温度を測定し、そのステータ温度からロータ温度を推定する方法や、非接触温度計で磁石温度を測定する方法等が挙げられる。なお、ＰＭモータ３のロータ部に熱電対を取り付けて磁石温度を測定する方法を採用する場合は、内部のリード線に長さの余裕と強度を持たせ、ロータと一緒に回転してもリード線が断線しないように考慮することが好ましい。
［２］電流検出器６ａおよび電圧検出器６ｂにより、手順［１］で測定した磁石温度および任意の回転速度におけるＰＭモータ３の電流，電圧を測定し、保護回路５に記憶させる。
［３］磁石温度を変更して、手順［２］と同じ回転速度でＰＭモータ３の電流，電圧を測定し、保護回路５に記憶させる。
［４］手順［３］を繰り返して各磁石温度におけるＰＭモータ３の電流，電圧を保護回路５に記憶させ、磁石の温度変化に伴うモータの電流，電圧の増減を推定したテーブルシートを作成する。
［５］保護回路５において、手順［４］で作成したテーブルシートに基づき、各磁石温度における最適な電流リミット値が設定される。

〈運転時〉
［６］ＰＭモータ３のロータ（磁石）温度を取得し、そのロータ温度を保護回路５に出力する（磁石温度の取得方法は、手順［１］と同様）。
［７］保護回路５において、手順［５］で設定された各磁石温度における電流リミット値に基づき、手順［６］で測定された磁石温度における電流リミット値に自動修正される。
［８］保護回路５において、前記電流検出器６ａで検出された検出電流値と、手順［７］で設定された電流リミット値と、の比較が行われる。
［９］手順［８］における比較の結果、検出電流値の方が電流リミット値よりも大きいと判断された場合は、保護回路５から制御部４に信号が出力され、制御部４において、一時的に出力周波数を下げ、ＰＭモータ３および駆動回路２を構成する半導体スイッチ素子が保護される。なお、検出電流値が電流リミット値よりも小さいと判定された場合は、保護回路５から制御部４へ信号は出力されず、制御部４から駆動回路２に、そのままゲート信号が出力される。

図３は各磁石温度におけるＰＭモータ３の電流および電圧のパターンを示すグラフである。図３において、実線は電圧、点線は電流、一点鎖線は電流リミット値を示す。本実施形態のように、保護回路５において、磁石温度から推定されたＰＭモータ３の電流および電圧に基づき電流リミット値を自動修正することにより磁石温度に応じた最適な電流リミット値を設定することができる。すなわち、一定のモータ出力を得ようとした場合、図３に示すように、磁石温度が高温になると電圧が減少するためＰＭモータ３の電流は増加するものの、そのＰＭモータ３の電流の増加に応じた最適な電流リミット値を設定することが可能となる。そのため、磁石の温度上昇によるＰＭモータ３の電流の増加によって、電流リミットにかかることを抑制することができ、一定のモータ出力を継続することが可能となる。

また、定格電流の大きなＰＭモータ３および電流容量の大きな半導体スイッチ素子を適用する必要がないため、コストアップとなることを抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、予備運転時に実機から測定したＰＭモータ３の電流および電圧に基づいて電流リミット値を設定しているため、ＰＭモータ３の誘起電圧は製品誤差によりそれぞれ異なるものの、製品ごとに最適な電流リミット値を設定することが可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１…ＰＭモータ駆動装置
２…駆動回路
３…ＰＭモータ
４…制御部
５…保護回路
６ａ…電流検出部
６ｂ…電圧検出部

Claims (1)

1. ＰＭモータの電流が電流リミット値以上の場合に、そのＰＭモータの電流を保護回路において制限するＰＭモータ駆動装置の電流リミット値設定方法であって、
   前記保護回路が、
   ＰＭモータの予備運転時に、ＰＭモータの磁石温度変化に伴う電圧，電流の増減をテーブルシート化し、そのテーブルシートに基づき各磁石温度における電流リミット値を算出して記憶し、
   ＰＭモータの運転時に、ＰＭモータの磁石温度を取得し、予備運転時に記憶した各磁石温度における電流リミット値から、運転時に取得した磁石温度における電流リミット値に自動修正することを特徴とするＰＭモータ駆動装置の電流リミット値設定方法。