JP2014011867A - 永久磁石モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷運転状態であっても、また、モータ定数の変動があっても、精度良く永久磁石の減磁状態を判定できる永久磁石モータの制御装置を提供する。
【解決手段】多相電機子巻線１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを複数組もつ永久磁石モータ１を用いたサーボプレス装置において、負荷トルクが所定値より小さい状態を判定動作指令部４１で判定して、減磁判定期間とし、前記減磁判定期間に巻線１Ａの電流指令をゼロとして、巻線１Ａを無負荷状態とし、この巻線軸の誘起電圧を電圧指令から測定し、前記モータの運転状態から得られる電圧基準値演算部４２の値と前記誘起電圧とを比較して減磁状態判定部４３において永久磁石の減磁状態を判定し、永久減磁状態と判定するときその状態を状態表示部４４に表示する。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石の減磁判定を行う永久磁石モータの制御装置に関する。

永久磁石モータに流せる最大電流を決める要因のひとつに、永久磁石の減磁がある。永久磁石モータでは、そのモータで利用する磁石材料や、モータ構造で決まる最大電流を越える大きな電流を流すと磁石が永久減磁を起こし、電流を小さな値に戻しても減磁した磁石の磁束が初期の値に回復せず、不可逆減磁を起こす課題がある（以後、この状態を永久減磁と呼ぶ）。

例えば、フェライト磁石を用いたモータは、温度が低くなるほど永久減磁を起こす電流が小さくなり、ネオジム磁石を用いたモータは温度が高くなるほど永久減磁を起こす電流が小さくなる。磁石が永久減磁を引き起こしたかどうかは簡単には分かり難く、その減磁の程度の判定が必要である。また、フェライト磁石はネオジム磁石より保磁力が小さいので、フェライト磁石を用いた高トルクモータは、ネオジム磁石を用いた高トルクモータより永久減磁を起こすポテンシャルが高い。このため、フェライト磁石を用いたモータは、ネオジム磁石を用いたモータより永久減磁を引き起こしたかどうかの判定がより重要となる。

減磁を判定するために、特許文献１では、モータの無負荷運転を検出し、そのときに検出した電圧と所定の参照値を比較して、永久減磁の程度を判定している。特許文献２では、ｄ−ｑ軸変換を用い、実際運転中のｑ軸電圧とその基準値とを比較して永久減磁量を判定している。

特開２００９−２２０９１号公報 特開２００５−５１８９２号公報

しかしながら、前記公知の方法には次の課題がある。特許文献１に記載された方法は、鉄道車両のように惰行運転により明確な無負荷運転ができる環境には良いが、一般の機械では、運転中に無負荷運転を実現することが困難なために適用には難がある。また、特許文献２に記載された方法は、無負荷でなくても永久減磁状態を判定できるものの、判定にモータ定数を必要とするので、運転条件によりモータ定数、特にインダクタンスに非線形性があったり、温度などにより定数変動を受けるモータでは、減磁を精度良く判定できない課題がある。

本発明は、前期課題に対してなされたもので、その目的とするところは、無負荷運転でなくても、また、モータ定数の変動があっても、精度良く永久磁石の永久減磁状態を判定できる永久磁石モータの制御装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、永久磁石モータが有する多相電機子巻線の複数組をトルク指令に基いて駆動制御する永久磁石モータの制御装置において、
前記永久磁石モータの負荷トルクが所定値より小さいとき永久磁石の減磁判定指令を出力する判定動作指令部と、
前記判定動作指令部の減磁判定指令に基いて前記多相電機子巻線の特定の巻線組を無負荷状態にする巻線負荷設定部と、
無負荷状態に設定された巻線組の誘起電圧を検出する電圧検出部と、
モータの運転状態から電圧基準値を算出する基準値演算部と、
前記誘起電圧と電圧基準値を比較して前記誘起電圧が電圧基準値より小さいとき前記永久磁石が減磁状態にあると判定する減磁状態判定部を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置において、前記判定動作指令部は、前記負荷トルクとして前記永久磁石モータのトルク指令が所定値より小さいとき永久磁石の減磁判定指令を出力するように構成されたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置おいて、前記巻線負荷設定部は、前記特定の巻線組への電流指令をゼロとすることにより無負荷状態に設定し、前記電圧検出部は、無負荷状態に設定された前記巻線組を制御する制御系から誘起電圧を検出することを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置において、前記巻線負荷設定部は、前記多相電機子巻線の各組へのトルク指令の割合を決めるゲイン切替部からなり、前記ゲイン切替部により前記特定の巻線組のトルク指令のゲインをゼロ％として無負荷状態にすると共に、このゲインを補うように残りの他の巻線組のトルク指令のゲインを１００％以上に設定することを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置において、さらに、前記巻線負荷設定部として前記特定の巻線組への電流供給路に遮断器を設け、前記判定動作指令部から出力される減磁判定指令で遮断器を開放することにより前記特定の巻線組を無負荷状態にすることを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置において、さらに、前記減磁状態判定部での減磁状態の判定結果を表示する状態表示部を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石モータの制御装置おいて、前記永久磁石モータはサーボプレスを駆動するモータであり、前記判定動作指令部はクランク軸の回転角度が負荷トルクが所定値より小さくなる角度のとき、永久磁石の減磁判定指令を出力するように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、多相電機子巻線を複数組もつモータの機能を利用して、負荷が所定値より小さい状態のとき、特定の電機子巻線のトルクをゼロとし、他の巻線でトルクを出し、トルクがゼロの巻線で観測される誘起電圧から減磁状態を把握するので、モータとしてトルクを出し運転継続をしながら永久減磁を判定できる効果がある。

すなわち、請求項１の発明によれば、負荷をもつ運転状態でも、特定巻線組に無負荷状態を設定でき、電流を流さない状態で電圧を検出できるので、モータ定数の影響を受けず、精度良く減磁状態が判別できる。

請求項２の発明によれば、前記の効果に加え、トルク指令により負荷状態を知るので、負荷トルクの状態が明確化でき、減磁判定を行ってよいか、確実に判別できる。

請求項３の発明によれば、前記の効果に加え、無負荷状態を制御的に実現、すなわち、遮断器や電圧検出器を設けることなく実現できる。

請求項４の発明によれば、前記の効果に加え、トルク指令から見たモータ全体のトルクは各電機子巻線の電流状態によらず同じ値にする、すなわち、減磁判定前、判定中、判定後ともモータ全体を同じトルクにすることができるので、減磁判定を行うか否かにかかわらず制御的に安定な運転が継続できる。

請求項５の発明によれば、前記の効果に加え、遮断器により完全な無負荷状態を作るので、無負荷状態を確実に実現できる。

請求項６の発明によれば、前記の効果に加え、確実に永久減磁状態を把握できる。

請求項７の発明によれば、前記の効果に加え、サーボプレス機械の動作特性を利用して、プレス作業、すなわち、プレス負荷には影響されずに確実に判定できるだけでなく、高負荷のプレス作業自体への影響も無い。

本発明が適用されるサーボプレス装置を示す説明図。 本発明が適用される永久磁石モータの構造図。 実施例１の詳細の制御ブロック図。 実施例１の制御フローを示す図。 実施例３の制御ブロック図。 実施例３の制御フローを示す図。 実施例４の制御ブロック図。

本発明は、多相電機子巻線を複数組もつモータの機能を利用して、モータ全体ではトルクを出しながら特定の電機子巻線組のトルクをゼロとし、他の巻線組でトルクを出し、トルクがゼロの巻線組で観測される誘起電圧から減磁状態を把握することを特徴とする。以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１）
まず始めに本発明をサーボプレス装置に適用する実施例１について説明する。

図１は簡易表現したサーボプレス装置５０１を示す。ここでは、サーボプレス装置としてクランクプレスの例を示す。サーボプレス駆動用モータは永久磁石モータ１であり、モータ軸に接続されたドライブギヤ５３１にメインギヤ５３２が噛み合わされ、メインギヤ５３２にはクランク機構としてクランク軸５３３、コンロッド５３４が接続されている。上記クランク機構により、スライド５３５が、静止側のボルスタ５３６に対してストロークＳだけ昇降可能に形成されている。クランク軸５３３は、永久磁石モータ１の制御により、正転、逆転や速度変化が自在に行え、また、各種スライドモーションを切替使用可能に構成されており、各種のプレス成形体に対する適応性が拡大できる。

永久磁石モータ１は、図２に示すような多相電機子巻線を複数組持ち、図では１組目、２組目、３組目……、Ｎ組目のように巻線組がＮ組である場合を示している。各巻線組はＵＶＷの端子を持ち、それぞれ独立したＮ台のインバータ１１で駆動される。各巻線組はステータのスロットに巻装されているが、図ではスロットは省略している。また、図２の場合、各巻線組はステータの全周にわたってそれぞれ特定の位置に巻装され、互いに干渉せず独立的に配置されている。各巻線組は、図２の配置だけでなく、スロットの上層、下層を利用して各巻線組が全周に渡って分布的に配置されてもでもよく、あるいは上記２つの中間的な巻装でもよい。

永久磁石モータ１は、例えば、ネオジム磁石やフェライト磁石を用いたモータである。その反負荷側モータ軸には、永久磁石モータ１の回転位置を検出するエンコーダ２が接続される。また、永久磁石モータ１のＮ組の巻線組はそれぞれＮ台のインバータに接続され、図１にインバータ群１１として示されている。前記インバータ群１１は、位置／速度／トルク制御部２００によりＰＷＭ制御されてモータを駆動する。また、モータ１の磁石が永久減磁をしているかどうかの判定は減磁判定部４００で行う。

減磁判定部４００は本発明の主要部である。トルク指令により減磁判定を行うタイミングを判定し、減磁判定を行うときに位置／速度／トルク制御部２００にゲイン変更の指令を出し、モータ回転数（モータの回転位置信号から得られる）、電圧指令、モータ温度を参照して判定を行う。また、判定結果を表示する。

図３は、図２において永久磁石モータ１の巻線組の数がＮ＝４の場合のインバータ群１１（１１Ａ〜１１Ｄ）と、位置／速度／トルク制御部２００と減磁判定部４００の具体構成例を示す。永久磁石モータ1には、４つの電機子巻線１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが巻装されており、それぞれの巻線はインバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに接続される。

まず、位置／速度／トルク制御部２００は次のように構成される。位置指令演算部２１では、モータ１の時々刻々の回転位置指令を演算する。回転位置指令は、スライド５３５のモーション指令から演算され、位置／速度制御部２２に入力される。位置／速度制御部２２は、位置指令演算部２１からの位置指令とエンコーダ２からの位置検出値との偏差に応じて働き、出力線３１にトルク指令τｃを出力する。位置／速度制御部２２は、位置指令と位置検出値との偏差に応じて働く位置制御部と、位置制御部の出力である速度指令と位置検出値から得る速度検出値との偏差に応じて働く速度制御部から構成されるのは周知の通りである。速度制御部の出力がトルク指令τｃとなる。トルク指令τｃはモータ１の出力トルクを指令する信号である。位置／速度制御部２２は本実施例による構成で、負荷トルクに対応するモータの出力トルクを指令する。ここでは、負荷トルク≒出力トルクとして説明する。

次に、永久磁石モータ１のトルク指令τｃは、ゲイン切替部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに入力される。ゲイン切替部２３のゲインは、それぞれ各インバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄから流れる出力電流の割合を決める。すなわち、ゲイン切替部２３のゲインは、トルク指令τｃの各巻線組への割合であって、それぞれが発生するモータトルクの割合であり、ここでは、トルク指令τｃが１００％のとき、モータから発生する全トルクを１００％としたとき、その巻線が負担するトルク割合がゲインの値である。たとえば、ゲイン値が１００％ならば、トルク指令τｃに対してその巻線は全体の１／４の２５％を負担し、５０％ならばトルク指令τｃに対してその巻線は１２．５％のトルクを負担する。このようにゲイン切替部２３は、各巻線組の負担する割合を決める巻線負荷設定部として機能する。

ゲイン切替部２３ａの出力は、電機子巻線１Ａの発生トルクを指令する信号τｃａである。ゲイン切替部２３ａからの実トルク指令τｃａは、Ｉｄ／Ｉｑ指令部（電流指令部）２４ａに入力され、トルク指令に適する永久磁石モータ１の電機子巻線１Ａのｄ軸の電流指令Ｉｄｃａ、ｑ軸の電流指令Ｉｑｃａが出力される。Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４ａの動作は、例えば、実トルク指令τｃａに対してモータのトルクが最大になるようにＩｄ／Ｉｑ電流指令を出すように作用する。Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４ａからのｄ／ｑ軸電流指令Ｉｄｃａ／Ｉｑｃａは、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａに入力される。

一方、インバータ１１Ａからのｕ、ｖ相の出力交流電流ｉｕａ／ｉｖａを電流検出部２５ａで検出する。検出した電流検出部２５ａの信号を座標変換部２６ａでｄ／ｑ軸上の電流検出信号Ｉｄｆａ／Ｉｑｆａとして検出する。Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａは、Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４ａからの指令信号と、座標変換部２６ａからの検出信号によって動作し、ｄ／ｑ軸の電圧を指令する信号Ｖｄｃａ／Ｖｑｃａを出力する。この信号は座標変換部２８ａを介して、静止座標系の３相電圧指令信号ｖｕｃａ、ｖｖｃａ、ｖｗｃａに変換され、ＰＷＭ制御部２９ａに入力される。ＰＷＭ制御部２９ａによりＰＷＭ制御信号が生成され、インバータ１１ＡがＰＷＭ制御される。こうして、電機子巻線１Ａの電流は実トルク指令τｃａに応じて制御される。

これら図３に示した、Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４ａ、電流検出部２５ａ、座標変換部２６ａ、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａ、座標変換部２８ａ、ＰＷＭ制御部２９ａの構成によりインバータ１１Ａを制御して永久磁石モータの電機子巻線１Ａの交流電流を制御する方式は、永久磁石モータのベクトル制御として周知であり、詳細な説明は省略する。さらに、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａにおいて、ｄ／ｑ軸間で電圧の非干渉制御をすることも周知である。

ゲイン切替部２３ｂの出力は電機子巻線１Ｂの発生トルクを指令する信号τｃｂである。ゲイン切替部２３ｂの出力からインバータ１１Ｂへの制御構成は、上述の巻線１Ａを制御する構成と同じであり、図１では破線の制御部２０１ｂで示す。動作も巻線１Ａと同じである。

ゲイン切替部２３ｃの出力は電機子巻線１Ｃの発生トルクを指令する信号τｃｃである。ゲイン切替部２３ｃの出力からインバータ１１Ｃへの制御構成は、上述の巻線１Ａを制御する構成と同じであり、図１では破線の制御部２０１ｃで示す。動作も巻線１Ａと同じである。

ゲイン切替部２３ｄの出力は電機子巻線１Ｄの発生トルクを指令する信号τｃｄである。ゲイン切替部２３ｄの出力からインバータ１１Ｄへの制御構成は、上述の巻線１Ａを制御する構成と同じであり、図１では破線の制御部２０１ｄで示す。動作も巻線１Ａと同じである。

次に、本発明の特徴である減磁状態判別について述べる。本実施例１では、モータが負荷をもつときでも、特定の１つの巻線組を無負荷状態にして、その誘起電圧を測定して減磁状態を判別するものである。

図１に戻り、クランクプレスの構造上、スライド５３５が図示のように上死点付近にあるとき、スライド５３５の質量はクランク軸５３３の上下方向だけに加わる。すなわち、スライド質量を保持するための負荷トルクはクランク軸５３３にはほとんどかからない。また、上死点付近ではプレス作業は行わないので、モータの回転トルクは小さい。

減磁状態を判別する図１、図３の減磁判定部４００の構成と動作を説明する。負荷トルクが所定値より小さい状態をトルク指令から判定して永久減磁を生じているか否かの判定を行う。

位置／速度制御部２２の出力線３１に出力されるトルク指令τｃは、判定動作指令部４１に入力されている。判定動作指令部４１は、トルク指令τｃの大きさにより負荷状態を検知しており、負荷トルクの状態を明確化して減磁判定を行ってよいか確実に判別する。

判定動作指令部４１により、トルク指令が所定値より小さいかどうか（正確には、トルク指令は正負の値がでるので、その絶対値が所定値より小さいかどうかであるが、本実施例ではトルクが所定値以下と表現）を判定し、所定値より小さい場合に減磁判定動作を行う信号（減磁判定指令）を出す。前記所定値は、例えば、N巻線組モータでｍ巻線組を無負荷状態にするときに、トルク指令τｃの最大値を１００％とすると、指令が（Ｎ−ｍ）／Ｎ×１００％より小さいかどうかを判定する。図の例では、Ｎ＝４、ｍ＝１なので、所定値は７５％である。こうして、トルク指令τｃが所定値より小さい状態で、判定動作指令部４１から減磁判定指令を出し、特定の巻線１Ａのみを無負荷状態とする。

負荷トルクが所定値より小さいときに減磁判定を行うのは、図３の場合、巻線１Ａを無負荷にしても、モータ全体では残りの巻線により全トルクを維持することが可能なためである。また、減磁判定指令の切り替えを頻繁に行わないようにするため、この判定にヒステリシスや時間要素を加えてもよい。

減磁判定を行うか否かにかかわらず、モータ全体でのトルクが変わらないようにするため、判定動作指令部４１の出力でゲイン切替部２３が動作する。ゲイン切替部２３のゲインは、判定動作を行わない通常の運転状態のとき、どの切替部のゲインも１００％の値とする。すなわち、常時はゲイン切替部２３のゲインは１００％としておき、判定動作を行うときは、全巻線組数Ｎ、無負荷状態とする巻線組数ｍの場合では、無負荷状態にする巻線組以外のゲイン切替部のゲインを、Ｎ／（Ｎ−ｍ）×１００％のゲインとする。図３のように、Ｎ＝４巻線組で、ｍ＝１巻線組とし、特定の巻線１Ａを無負荷状態にする場合では、ゲイン切替部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのゲインは１３３％の値とする。そして、特定の巻線１Ａのゲイン切替部２３ａのゲインを０％とする。特定の巻線組１Ａのトルク指令のゲインをゼロ％として無負荷状態にすると共に、このゲインを補うように残りの他の巻線組１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのトルク指令のゲインを１００％以上（１３３％の値）に設定する。

ゲイン切替部２３のゲインをこのように与えると、トルク指令τｃから見たモータ全体のトルクは、減磁判定をしないときも、するときも同一にすることができる。この結果、減磁判定を行うか否かにかかわらず制御的に安定な運転が継続できる。

減磁判定状態では、ゲイン切替部２３ｂ、２３ｃ、２３ｄのゲインは１３３％で、Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４はゲイン切替部からの実トルク指令に従って電流を指令する。電機子巻線1Ｂ、１Ｃ、１Ｄの電流はこの指令に従って制御される。一方、ゲイン切替部２３ａのゲインは０％とし、Ｉｄ／Ｉｑ指令部２４ａからの電流指令Ｉｄｃａ、Ｉｑｃａをゼロとする。このとき、この制御系の構成では、インバータ１１Ａの出力電圧とモータ１の巻線１Ａの端子電圧とが大きさも位相も一致しているときだけ、特定の巻線１Ａをゼロ電流状態とできる。こうして、ゲイン切替部２３ａ（巻線負荷設定部）により特定の巻線１Ａが電流を流さない無負荷状態に設定される。

この無負荷状態のとき、ｄ軸をロータ磁石の磁束方向にとると、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａの出力のｄ軸成分Ｖｄｃａはゼロであり、ｑ軸成分Ｖｑｃａだけがある値をもつ。このｑ軸成分Ｖｑｃａの値はモータの現在の無負荷電圧、すなわち、誘起電圧に対応する電圧になる。Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａの出力であるｄ／ｑ軸の電圧を指令する信号Ｖｄｃａ／Ｖｑｃａと実際の巻線１Ａの端子電圧ベクトルとの関係は、制御系の構成やインバータ１１Ａに供給される直流母線電圧とにより１：１に対応できる。この関係を予め確認しておけば、ｑ軸成分Ｖｑｃａからモータの誘起電圧が分かる。このように、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａは、無負荷状態に設定された特定の巻線１Ａの誘起電圧を検出する電圧検出部となる。

誘起電圧検出の別法として、上記の無負荷状態のとき、実施例３に述べるように巻線１Ａのモータ端子の電圧を直接検出しても良い。電圧検出部のハード的要素は必要になるが、端子電圧を直接検出するのでより精度のよい検出ができる。

一方、基準値演算部４２は、モータの運転状態に応じた電圧基準値を演算して求める。すなわち、エンコーダ２から得られる回転速度とモータ１に設けた温度検出器４５を参照して、磁石が永久減磁していない状態のモータの無負荷誘起電圧を演算する。この無負荷誘起電圧は電圧基準値である。通常は誘起電圧係数に回転数を掛算した値が無負荷誘起電圧演算値である。誘起電圧係数は、モータ温度、すなわち、磁石温度の関数であり、磁石特性に応じて温度の関数パターンとして基準値演算部４２内に有している。あるいは、近似的にモータ温度の１次関数として基準値演算部４２で演算する。こうして得られた無負荷誘起電圧を電圧基準値とする。

上記電圧のｑ軸成分Ｖｑｃａ（現在の無負荷電圧）と上記電圧基準値とを減磁状態判定部４３において比較する。比較するとき、両者を同座標軸、同一次元に揃えて比較するのは言うまでもない。あるいは、座標変換部２８ａの出力である交流電圧の大きさを求めて比較することもできる。このようにして、電圧基準値と現在の無負荷電圧とを減磁状態判定部４３において比較する。永久減磁が起きていれば、磁束が低下しているので、現在の無負荷電圧は電圧基準値より低くなる。両者の比較の割合（＝現在の無負荷電圧／電圧基準値）を永久減磁率として、プレス機械の運転判断の基準とする。

減磁状態判定部４３で永久減磁率の判定の結果、永久減磁状態であれば、状態表示部４４で磁石が永久減磁状態である旨の表示をする。状態表示部４４での表示にはいくつか方法がある。現在の無負荷電圧が電圧基準値よりある割合だけ低くなれば永久減磁状態であるとしてアラーム状態として表示する方法、永久減磁率の大小から緑色、黄色、赤色のように永久減磁の程度に応じて表示する方法、あるいは、永久減磁率のように数値表示する方法などがある。図３の状態表示部４４はこの例として、状態表示部４４をプレス装置の運転パターンを入力するディスプレイとし、このディスプレイ上に表示させている（４４ｉ）。表示としては、「モータ磁石の永久減磁が発生しました。○○％以内の負荷で運転して下さい。」とか、「モータ磁石の永久減磁が発生しました。装置メーカに至急連絡下さい。」などがある。

これらの表示部４４を装置近くに設置して表示する。また、表示部４４を装置近くだけでなく装置を監視している部署が離れている場合は、通信回線を利用して監視部署に表示内容を送ってもよい。このようにするとモータの状態を遠隔監視でき、プレス装置の状態を見守る監視装置の役割ももつ。

図４に、上記の減磁状態の判定動作を行う制御フローの例を示す。まず、トルク指令τｃの絶対値が所定値より小さいかどうかを、判定動作指令部４１により判定する（ステップＳ１０１）。判定基準となる所定値は上述している。判定動作指令部４１はトルク指令τｃが所定値より小さいとき減磁判定指令を出力する。この出力は減磁状態の判定を行うかどうかの基準になる。トルク指令値τｃの絶対値が所定値より大きければ（Ｓ１０１でＮｏ）、減磁状態の判定を行わずに終了する。トルク指令τｃの絶対値が所定値より小さければ（Ｓ１０１でＹｅｓ）、減磁判定を行う。まず、ゲイン切替部２３のゲインを減磁判定を行うゲインに切り替える（Ｓ１０２）。ゲインの値は上述してあるように、常時は１００％であるが、減磁判定時はゲイン切替部のゲインはそれぞれが定められた特定の値に切り替える。具体的には、電流を流す巻線１Ｂ、１Ｃ、１Ｄのゲイン切替部のゲインを１３３％とし、巻線１Ａに対応するゲイン切替部２３ａのゲインを０％として、巻線１Ａを無負荷状態にする。

次に、永久磁石モータ１の回転数とモータ温度の関数として永久減磁状態でないときの無負荷状態の誘起電圧、すなわち、電圧基準値を基準値演算部４２により演算で求める（Ｓ１０３）。そして、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａの出力電圧成分Ｖｑｃａを検出する（Ｓ１０４）。次いで、減磁状態判定部４３において、上記検出値（出力電圧成分Ｖｑｃａ）と基準値とを比較して、永久磁石が永久減磁状態かどうか判定する。例えば、前記の永久減磁率を用いて判定する。判定は磁石のバラツキや検出誤差があるので、それらを考慮して永久減磁状態かどうかを判定する（Ｓ１０５）。なお、Ｓ１０２ステップでゲイン切替を行った後、巻線１Ａが無負荷状態になるまでに過渡的時間が必要な場合、その時間推移を考慮して過渡状態が収まった後、Ｓ１０３ステップを動作させる。

ついで、減磁状態判定部４３が減磁状態でないと判定したとき（Ｓ１０５でＮｏ）は、減磁判定を終了するための処理に移る。減磁状態であると判定したとき（Ｓ１０５でＹｅｓ）は、状態表示部４４に磁石が永久減磁状態であることを表示する（Ｓ１０６）。表示の仕方は前述の通りである。

こうして、減磁判定指令から減磁状態の表示までの動作が終了するが、この後はゲイン切替部２３のゲインを減磁判定しない状態、すなわち、すべてのゲイン切替部２３のゲインを１００％に戻し（Ｓ１０７）、一連の減磁判定を終了する。

なお、永久減磁の判定後、永久減磁をしている場合、磁石減磁の程度によってトルク指令τｃから実トルクτｃａ〜τｃｄへの指令を制限して、減磁の進行を抑えることもできる。あるいは、実際の発生トルクが減磁の影響を受けないようにスライド５３５のモーション指令を変更するようにしてもよい。

図４のフローでは１回の判定で永久減磁状態かどうかを判断したが、１回の測定では誤差が出る恐れがある。このため、永久減磁率をいくつかの条件で複数回算出し、総合的に永久減磁を判定してもよい。例えば、図４のＳ１０３以後のフローで、Ｓ１０５では減磁率の演算をだけを行いこれを記憶する。そして、永久減磁かどうかの判定と表示（Ｓ１０６）は行わずＳ１０７まで実行する。そして、Ｓ１０１に戻って上記フローを所定回数実施した後、それぞれの実行時に記憶した減磁率の平均を演算し、これによって永久減磁かどうかを判定し、表示するようにすることもできる。このようにすれば、誤差の無い正確な判断ができる。

次に、図４に示すアルゴリズムの起動タイミングについて述べる。図４のフローを高頻度で起動してもよいが、通常、モータは永久減磁が生じないように設計されているので、これを利用して起動頻度を下げることができる。このため、適当な周期、例えば数時間ごと、または、プレス機械の運転を開始する毎に図４を起動するようにしてもよい。すなわち、図４のフローで示すアルゴリズムを適当な周期で起動して、判定動作指令部４１を動作させ、トルク判定条件が成立したときに、減磁判定を行うようにすることもできる。

あるいは、大きなトルクを出したとき、すなわち、大電流を流したときに永久減磁は起こりやすいので、大きなトルクを出した後に図４のアルゴリズムを起動するようにしてもよい。あるいは、モータ温度を検出しているので、この温度状態から永久減磁が起こりやすい温度状態のとき図４を起動させることができる。この場合、永久磁石モータ１がネオジム磁石のときは高温時に、フェライト磁石のときは低温時に図４を起動させる。

このように適切な時期や条件のときだけに、図４のアルゴリズムを起動させるようにすれば、減磁判定のためのサーボ制御系へのごくわずかな外乱を与える機会を少なくできる。また、判定を実施するかしないかの条件が明確であれば、判定アルゴリズムを簡易化できる。例えば、しばらく運転停止した後だけに前記のアルゴリズムを起動する場合、モータ温度は常温に近いので、常温の磁石特性として扱って、モータ温度検出をせずに電圧の基準値演算を行ってもよい。

さらに、永久磁石モータ１を高速回転で運転するために界磁弱め制御を行う場合、高速回転の状態で、減磁判定のために上記のように電機子巻き線１Ａの電流指令Ｉｄｃａ、Ｉｑｃａをゼロとして、モータに電流を流さない状態を実現しようとしても、モータの誘起電圧によりモータ側からインバータ１１Ａに逆電流が流れることがある。このときは、前記のような無負荷状態は実現できない。したがって、界磁弱めを行うモータでは、判定動作指令部４１においてトルク指令τｃの条件に加え、モータの回転速度の絶対値が所定値以下、すなわち、界磁弱め制御を行わない回転数以下であることをも条件として判定動作指令部４１で減磁判定を行うかどうかの判断を行う。

さらにまた、モータの回転数が低い場合、無負荷誘起電圧は小さい。このため、低回転速度の電圧が小さな状態で減磁の判定を行うと、判定誤差が大きくなる。これを回避するために、上記とは逆にモータ回転数が所定値より高いときであることも条件に加えて判定動作指令部４１で減磁判定を行うようにしてもよい。

以上のように制御すれば、所定トルク以下の負荷をもつ運転状態でも、判定にモータ定数を用いてないのでモータ定数の影響を受けず、精度良く磁石の永久減磁状態が判別できる。このようにして、磁石の永久減磁状態を判定すれば、万一、モータ駆動上のトラブルがあったとしても速やかに原因が判定できる。また、モータの回転子が回転している状態で判定しているので、判定対象が回転子上の全ての永久磁石となり、回転子上の特定部位の永久磁石に永久減磁が生じても判定できる。

また、巻線は１組のみ無負荷状態としたが、機械の状態により２組以上を無負荷状態とすることもできる。すなわち、図３の実施例は１巻線組だけを無負荷にしたが、２巻線組以上を無負荷にして各巻線組の無負荷誘起電圧の測定値の平均から、永久減磁を判定するようにしてもよい。

さらに、上記例では、無負荷状態において、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部２７ａの出力のｄ軸成分Ｖｄｃａがゼロで、ｑ軸成分Ｖｑｃａだけがある値をもつとしたが、座標軸の取り方（例えば、γδ軸）や制御方法により、ｄ軸成分がゼロにならないケースでは、ｄ軸成分とｑ軸成分のベクトル和を現在状態でのモータの誘起電圧としてもよい。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。負荷が所定値より小さいときに減磁判定を行うに際し、プレス機械では負荷が小さいところが特定できる。すなわち、図１において、クランクプレスの構造上、スライド５３５が図示のように上死点付近にあるとき、スライドの質量はクランク軸の上下方向だけに加わる。ここでは、スライド質量を保持するためのトルクはクランク軸にはほとんどかからない。また、上死点付近ではプレス作業は行わないのでモータの回転トルクが小さく、加減速も少ないので速度変化も小さい。このようにクランク軸の上死点付近ではモータトルクが小さいので、減磁状態の判定を行う信号を出力させことができる。

図３の位置指令演算部２１からは、プレス装置５０１のクランク軸５３３の回転角度を指令する信号も出力される。判定動作指令部４１はトルク指令ではなく、クランク軸の回転角度信号を入力として、角度が上死点付近であるかを判定し、永久磁石モータ１の永久磁石の減磁状態を判定させるタイミング信号を減磁判定指令として出力する。このように構成すれば、判定動作部４１の入力信号と判定条件の変更だけで、他は前記実施例１と同じ形で実現できる。

以上のようにして制御を実行すれば、実施例１の効果に加え、上死点付近での判定なので、プレス作業、すなわち、プレス負荷には影響されずに確実に判定できるだけでなく、逆に、高負荷状態になるプレス作業自体への影響も無い。

本実施例２はクランクプレスについて述べたが、リンク機構やボールネジ機構のサーボプレスなど、他の構造のプレス機械でも同様に実施できるのは言うまでもない。同様に、機械特有の位置により負荷トルクが最大にならず、比較的変化が少ない状態が特定できる機械には、本実施例の考え方は適用できる。あるいは、運転パターンにより、負荷トルクが最大にならず、比較的変化が少ない状態が特定できる機械では、運転パターンから判定動作をするところを特定してもよい。このように、機械の特別な運転点で磁石の減磁判定を動作させることができる。
（実施例３）
図５は本発明の実施例３の制御ブロック図を示す。無負荷状態の作り方が前記実施例１、２と異なる。なお、図において図３と同一番号の部品は同一物を表す。

位置指令演算部２１、位置／速度制御部２２、そして、各巻線の電流を制御するゲイン切替部２３の出力からＰＷＭ制御部２９への制御構成、さらには、インバータ１１により各巻線に電流を流す構成は、前記実施例１、２と同じである。ただし、インバータ１１Ａと電機子巻線１Ａの電流供給路だけに遮断器１３を介在させて接続する点が異なる。さらに、減磁判定部４００の構成も実施例１とほぼ同じである。

次に、本実施例で特定の１つの巻線組を無負荷状態にする方法について述べる。まず、位置／速度制御部２２の出力線３１に出力されるトルク指令τｃは、判定動作指令部５１に入力されている。判定動作指令部５１により、トルク指令の絶対値が所定値より小さいかどうか判定し、小さい場合に判定動作を行う信号（減磁判定指令）を出す。判定の方法は、実施例１と同じである。

減磁判定を行うとき、あるいは、行わないとき、ゲイン切替部のゲインは次のように設定する。すなわち、実施例１、２と同様にゲイン切替部２３のゲインは、判定動作を行わないときはどれも１００％の値とし、判定動作を行うときは、巻線数Ｎ＝４、無負荷とする巻線組数ｍ＝１の場合は、ゲイン切替部２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのゲインを１３３％の値とする。無負荷状態にする巻線１Ａをゲイン切替部２２ａのゲインを０％とする。

ゲイン切替部２２のゲインを上記のように与えることにより、トルク指令演算部２１から見たモータ全体のトルクは各電機子巻線の電流状態によらず同じ値にする、すなわち、減磁判定しないとき、減磁判定中とも同じトルクにすることができる。

判定動作指令部５１から減磁判定指令が出力されると、上記のようにゲイン切替部でゲインを切替え、遮断器１３を開く。遮断器１３を開放しているので、電機子巻線１Ａは無負荷状態に設定され、この電機子巻線１Ａからは無負荷誘起電圧が発生する。電圧検出部は電圧検出器４６１と座標変換部４６２により構成され、電機子巻線１Ａの端子電圧をＶｑｆａとしてベクトル的大きさを検出する。ここでの演算は座標変換部２６ａと同じ考え方で実施する。なお、電圧の大きさは座標変換してベクトル的に検出するだけでなく、電圧検出器４６１で検出した交流信号を整流してその大きさ検出することもできる。こうして、現在状態でのモータの無負荷誘起電圧を検出する。このように、遮断器１３は電機子巻線１Ａを無負荷状態に設定するので、巻線負荷設定部として機能する。

また、基準値演算部４２はエンコーダ２からの回転速度と温度検出器４５からのモータ温度を参照して、モータが減磁を起こさない状態の無負荷誘起電圧を演算して求める。この無負荷誘起電圧は電圧基準値である。無負荷誘起電圧の算出は実施例１と同様にして行なわれる。

減磁状態判定部４３では、電圧検出部により検出した電圧の大きさＶｑｆａと、基準値演算部４２で演算した電圧基準値とを比較する。永久磁石が永久減磁状態であれば、磁束が低下しているので、電圧検出部で検出した無負荷誘起電圧は低い。減磁状態判定部４３での判定の結果、永久減磁状態であれば、状態表示部４４で磁石が永久減磁状態である旨の表示をする。

図６に上記の減磁状態の判定動作の制御フローを示す。まず、トルク指令τｃの絶対値が所定値より小さいかどうかを判定動作指令部５１で判定する（ステップＳ２０１）。トルク指令の所定値の例は上述の通りである。トルク指令τｃの絶対値が所定値より小さくないとき（Ｓ２０１でＮｏ）は、減磁状態の判定を行わずに終了する。トルク指令τｃの絶対値が所定値より小さいとき（Ｓ２０１でＹｅｓ）は、ゲイン切替部２３でのゲインを切り替える（Ｓ２０２）。ゲインの値は上述してある。次に、巻線１Ａを無負荷状態にするために遮断器１３を開放する（Ｓ２０３）。そして、遮断器が完全に開放されるまで待つ（Ｓ２０４）。

次に、永久磁石モータ１の回転数とモータ温度の関数として無負荷状態の誘起電圧、すなわち、減磁していない状態のモータの誘起電圧の基準値を基準値演算部４２により演算する（Ｓ２０５）。そして電圧検出部によりモータの現在状態での無負荷時の電圧を検出する（Ｓ２０６）。そして、減磁状態判定部４３において、上記検出値と基準値とを比較して永久磁石が永久減磁状態かどうか判定する。判定は磁石のバラツキや検出誤差があるので、それらを考慮して判定する（Ｓ２０７）。

ついで、減磁状態でないとき（Ｓ２０７でＮｏ）は、減磁判定を終了するための処理に移る。減磁状態であると判定したとき（Ｓ２０７でＹｅｓ）は、状態表示部４４に磁石が永久減磁状態であることを表示する（Ｓ２０８）。

その後、減磁判定を終了するための処理に入る。まず、遮断器１３を閉状態に戻し（Ｓ２０９）、遮断器が完全に閉路するまで待つ（Ｓ２１０）。そして、閉路後、ゲイン切替部２３のゲインを元の値に戻す。すなわち、どのゲインも１００％にする（Ｓ２１１）。こうして、一連の減磁判定を終了する。

以上のようにして減磁判定を行うと、遮断器１３の開放により巻線１Ａを完全な無負荷状態を作るので、無負荷状態を確実に実現できる。すなわち、インバータの影響を排除して確実な無負荷状態を実現できる。遮断機によりモータ端子がインバータから開放されるので、例えば、界磁弱め制御を行うシステムで、界磁弱めを行う高速域でも無負荷運転が実現でき、この回転数域で電圧測定が実施できる。したがって、界磁弱め制御を行う高速域でも減磁判定が行える。

本実施例３では１つの巻線を開放して無負荷としたが、同時に２つの巻線あるいはそれ以上を開放して、開放した巻線を無負荷状態とし、これらの巻線の電圧を検出してもよい。
（実施例４）
図７は本発明の実施例４の制御ブロック図を示す。巻線組数Ｎ＝４は図５の実施例３と同じであるが、これら４つの巻線を１インバータで駆動している。各組の電機子巻線は一つのインバータ１１１の端子に接続される。図７おいて、図５の位置指令演算部２１と位置／速度制御部２２は図示省略されており、部品番号が図５と同じものは同一物を表す。

出力線３１のトルク指令τｃはゲイン切替部１２３に入力される。ゲイン切替部１２３の出力は、各電機子巻線が実際に発生トルクを指令する信号τｃｒである。ゲイン切替部１２３からの実トルク指令τｃｒは、Ｉｄ／Ｉｑ指令部（電流指令部）１２４に入力され、トルク指令に適する永久磁石モータ１の電機子巻線のｄ軸電流指令Ｉｄｃｒ、ｑ軸電流指令Ｉｑｃｒが出力される。Ｉｄ／Ｉｑ指令部１２４からのｄ／ｑ軸の電流指令Ｉｄｃｒ／ＩｑｃｒはＩｄ／Ｉｑ電流制御部１２７に入力される。

一方、インバータ１１１からのｕ、ｖ相の出力交流電流を電流検出部１２５で検出する。検出した電流検出部１２５の信号を、座標変換部１２６でｄ／ｑ軸上のｄ／ｑ軸電流検出信号として検出する。Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部１２７は、Ｉｄ／Ｉｑ指令部１２４からの指令信号と、座標変換部１２６からの検出信号によって動作し、ｄ／ｑ軸の電圧を指令する信号を出力する。この信号は座標変換部１２８を介して静止座標系の電圧指令信号に変換され、ＰＷＭ制御部１２９に入力される。ＰＷＭ制御部１２９によりＰＷＭ制御信号が生成され、この生成信号によりインバータ１１１がＰＷＭ制御される。

このようにして、インバータの出力電流が制御される。この制御方法は実施例１と同じで、永久磁石モータのベクトル制御として周知である。各電機子巻線１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにはインバータ１１１出力電流の１／４の電流が分散して流れる。

次に、減磁判定を行うときの動作について述べる。まず、判定動作指令部５１により、トルク指令の絶対値が所定値より小さいかどうか判定し、小さい場合に判定動作を行う信号（減磁判定指令）を出す。判定の値は、例えば、N巻線組モータで１巻線組を無負荷状態にするとき、トルク指令τｃの最大値を１００％とするとき、指令が（Ｎ−１）／Ｎ×１００％より小さいかどうかを判定する。図の例では、Ｎ＝４なので、所定値は７５％である。

ゲイン切替部１２３のゲインは、判定動作を行わないときは１００％の値とする。判定動作を行うときは１３３％の値、すなわち、Ｎ／（Ｎ−１）×１００％のゲインとする。ゲイン切替部１２２のゲインをこのように与えると、判定しないとき全巻線に電流が流れる場合と、判定時に１巻線組が開放されて本例の３巻線組に電流が流れる場合とで、トルク指令τｃから見たモータ全体のトルクは、各電機子巻線の電流状態によらず同じ値にする、すなわち、減磁判定しないときと減磁判定中ともに同じトルクにすることができる。

減磁判定動作を行う信号（減磁判定指令）が出されると、上記のようにゲイン切替部１２３でゲインを切替え、遮断器１３を開く。次に、電圧検出部は電機子巻線１Ａの端子電圧を測定（電圧検出器４６１）し、その大きさを検出（座標変換部４６２）する。また、基準値演算部４２はエンコーダ２から得る回転速度と温度検出器４５からのモータ温度を参照して、モータが減磁状態でないときの無負荷誘起電圧（電圧基準値）を演算する。無負荷誘起電圧の算出は実施例１と同様にして行える。

そして、減磁状態判定部４３で電圧検出部で検出した電圧と、基準値演算部４２で演算した電圧基準値を比較し、磁石が減磁状態であるかどうかを判定する。永久減磁状態であれば、磁束が低下しているので、電圧検出部で検出した無負荷誘起電圧は電圧基準値より低い。減磁状態判定部４３での判定の結果、永久減磁状態であれば、状態表示部４４で磁石が永久減磁状態である旨の表示をする。

以上のように、多相電機子巻線を複数組もつモータを１インバータで駆動するときも同様にして、減磁状態を判定できる。

上記実施例はいずれも例示であり、適宜組み合わせたり、変形することができるのはいうまでもない。

１…永久磁石モータ
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…電機子巻線
２…エンコーダ
１１…インバータ
１３…遮断器（巻線負荷設定部）
２１…位置指令演算部
２２…位置／速度制御部
２３…ゲイン切替部（巻線負荷設定部）
２４…Ｉｄ／Ｉｑ指令部（電流指令部）
２５…電流検出器
２６…座標変換部
２７、２７ａ…Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部（電圧検出部）
２８…座標変換部
２９…ＰＷＭ制御部
τｃ…トルク指令
４１…判定動作指令部
４２…基準値演算部
４３…減磁状態判定部
４４…状態表示部
４５ 温度検出器
１２３…ゲイン切替部
２００…位置／速度／トルク制御部
４００…減磁判定部
４６１…電圧検出器
４６２…座標変換部
５０１…サーボプレス装置
５３１…ドライブギヤ
５３２…メインギヤ
５３３…クランク軸
５３４…コンロッド
５３５…スライド
５３６…ボルスタ

Claims (7)

1. 永久磁石モータが有する多相電機子巻線の複数組をトルク指令に基いて駆動制御する永久磁石モータの制御装置において、
   前記永久磁石モータの負荷トルクが所定値より小さいとき永久磁石の減磁判定指令を出力する判定動作指令部と、
   前記判定動作指令部の減磁判定指令に基いて前記多相電機子巻線の特定の巻線組を無負荷状態にする巻線負荷設定部と、
   無負荷状態に設定された巻線組の誘起電圧を検出する電圧検出部と、
   モータの運転状態から電圧基準値を算出する基準値演算部と、
   前記誘起電圧と電圧基準値を比較して前記誘起電圧が電圧基準値より小さいとき前記永久磁石が減磁状態にあると判定する減磁状態判定部を備えたことを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
2. 請求項１に記載の永久磁石モータの制御装置において、
   前記判定動作指令部は、前記負荷トルクとして前記永久磁石モータのトルク指令が所定値より小さいとき永久磁石の減磁判定指令を出力するように構成されたことを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の永久磁石モータの制御装置において、
   前記巻線負荷設定部は、前記特定の巻線組への電流指令をゼロとすることにより無負荷状態に設定し、前記電圧検出部は、無負荷状態に設定された前記巻線組を制御する制御系から誘起電圧を検出することを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石モータの制御装置において、
   前記巻線負荷設定部は、前記多相電機子巻線の各組へのトルク指令の割合を決めるゲイン切替部からなり、前記ゲイン切替部により前記特定の巻線組のトルク指令のゲインをゼロ％として無負荷状態にすると共に、このゲインを補うように残りの他の巻線組のトルク指令のゲインを１００％以上に設定することを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石モータの制御装置において、
   さらに、前記巻線負荷設定部として前記特定の巻線組への電流供給路に遮断器を設け、前記判定動作指令部から出力される減磁判定指令で遮断器を開放することにより前記特定の巻線組を無負荷状態にすることを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁石モータの制御装置において、
   さらに、前記減磁状態判定部での減磁状態の判定結果を表示する状態表示部を備えたことを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石モータの制御装置において、
   前記永久磁石モータはサーボプレスを駆動するモータであり、前記判定動作指令部はクランク軸の回転角度が負荷トルクが所定値より小さくなる角度のとき、永久磁石の減磁判定指令を出力するように構成されたことを特徴とする永久磁石モータの制御装置。

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