JP5194083B2 - 電気機器の永久磁石の劣化判定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動子及び固定子を有し、可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する電気機器の永久磁石の劣化状態を判定する永久磁石の劣化判定方法及び装置に関するものである。

電動機等の電気機器は、可動子または固定子に備えている永久磁石が割れたり、欠けたりまたは減磁するなどにより劣化すると、機器本来の性能が得られなくなる。また、永久磁石に割れや、欠けが発生している場合、飛散した永久磁石の破片によって電気機器の各部の部材が破損してしまう可能性もある。そこで、従来は、永久磁石の劣化状態を調べるために、電気機器を分解し、目視検査を行ったり、誘起電圧の低下状態に基づいて永久磁石の劣化状態を判定することがおこなわれている［特開２００９−２２０９１（特許文献１）］。

特開２００９−２２０９１号公報

しかしながら、永久磁石の劣化を調べるために目視検査を実施するためには、検査対象となる電気機器の動作を止め、電気機器を設備から取り外して分解しなければならない。しかも人間の目による検査であるため、定量的に検査データを記録することが困難であった。また、特許文献１に記載の技術のように、誘起電圧を調査するだけでは、永久磁石の局部的な減磁や、永久磁石の割れや欠けを確実に検出できない場合があった。

本発明の目的は、検査対象の電気機器を取り外すことなく、簡単に永久磁石の劣化を判定することができる永久磁石の劣化判定方法及び装置を提供することにある。

本発明の永久磁石の劣化判定方法は、可動子及び固定子を有し、可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する検査対象の電気機器（以下、「検査対象の電気機器」）の永久磁石の劣化状態を判定する。電気機器は、可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有するものであればよく、例えば、ｍ相電動機または発電機（ｍは１以上の整数）、リニアモータ、ＤＣモータなど、その種類は限定されない。本発明の方法では、電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求め、電流ベクトルの軌跡の変化に基づいて永久磁石の劣化状態の判定を行う。

ここで、本願明細書において、電流ベクトルとは、単相の電気機器であれば、単相の電機子電流の電流ベクトルそのものを意味し、多相の電気機器の場合には、多相の電機子電流の電流ベクトルのベクトル和を意味する。そして、電流ベクトルの軌跡とは、電流ベクトルの描く軌跡であり、直交二軸のグラフ上に描くことができるものである。

本発明は、永久磁石に劣化が発生すると、電流ベクトルの軌跡に、その劣化に対応した変化が現れることを発明者が研究によって発見したことに基づいている。発明者の研究によると、永久磁石が減磁すると電流ベクトルの軌跡は、正常時の電流ベクトルの軌跡よりも大きくなることが判った。また永久磁石に劣化が発生すると、電流ベクトルの軌跡が部分的に膨らむ、外側に広がる、または部分的に軌跡の径寸法が大きくなる等の現象が現れることが判った。そこで本発明では、このような知見に基づいて、電流ベクトルの軌跡の変化から永久磁石の劣化状態を判定することとした。

具体的な劣化判定方法は、まず、可動子及び固定子を有し、可動子及び固定子の一方に劣化していない複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する正常な電気機器（以下、「正常な電気機器」）に電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡の変化幅から規格上限値を定める。正常な電気機器の電機子電流の電流ベクトルは、大きさがほぼ一定で、向きのみが変化するものであり、その軌跡は、円に近い環状となる。具体的には、例えば、正常な電気機器の電機子電流の電流ベクトルの軌跡を、可動子を固定子に対して複数サイクル移動させて各永久磁石について電流ベクトルを複数回測定し、それらの軌跡の半径の変化幅から規格上限値を定める。また、例えば、定格負荷を印加した状態で電機子巻線に定格電流を流したときの電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡の変化幅から規格上限値を定めることもできる。規格上限値は、例えば、変化幅の平均値×０．９以上の値から平均値×１．１以下の値とすることができる。このように規格上限値に幅をもたせることで、永久磁石の劣化判定を厳しく行ったり、電気機器ごとの誤差などを許容したりする設定を任意に決定することができるようになる。

他に、正常な電気機器に対して定格負荷を印加させた状態での定格電流の電流ベクトルの軌跡を演算（シミュレーション）により求めて該演算により求めた軌跡から規格上限値を定めてもよい。この場合も、規格上限値は、例えば、演算により求めた電流ベクトルの軌跡×１．１以下の値とすることができる。例えばモータの場合には、電機子巻線が焼損しないようにするために定めたコイルの温度上昇規格値を超えないように定格電流を基準にした許容電流値も±１０％の範囲内に定められることが多い。そこでこのような許容範囲に従って定格電流を流したときの電流ベクトル＋１０％以内に収まるように、規格上限値を定めてもよい。

そして、次に、検査対象の電気機器の電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求める。永久磁石に劣化が存在しない場合、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡も正常な電気機器の電機子電流の電流ベクトルの軌跡とほぼ同じような値を示す。しかしながら、永久磁石に劣化が存在している場合、永久磁石の磁束の不足を補うように電機子電流が増加するために、永久磁石の劣化している部分の電流ベクトルの軌跡のみが規格値上限を超えることになる。そこで、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡が規格上限値を超える場合には、複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石に劣化が発生しているものと判定することができる。なお、規格上限値を定格負荷を印加した状態での定格電流の電流ベクトルの軌跡に基づいて定めている場合には、比較対象の測定条件に設備にそろえておくために、検査対象の電気機器の負荷を定格負荷に交換し、定格電流を流す必要がある。

このようにして、電気機器を取り外すことなく、また、時間（または位置）に対する電機子電流の情報を必要とすることなく、永久磁石の劣化を容易に判定することができる。

なお、電流ベクトル軌跡の変化幅から規格下限値を定めて、規格上限値と規格下限値の差分を規格変動幅と定め、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分を求め、差分が規格変動幅を超えない場合には、複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定することができる。規格下限値は、規格上限値と同様にして、例えば、正常な電気機器の電機子電流の電流ベクトルの軌跡を、可動子を固定子に対して複数サイクル移動させて各永久磁石について電流ベクトルを複数回測定し、それらの軌跡の半径の変化幅から規格下限値を定める。規格下限値は、変化幅の平均値×０．９以上の値から最小値×１．１以下の値とすることができる。なお、複数の永久磁石が全体的に減磁している場合でも、直ちに電気機器の動作に影響があるわけではない。しかし、このような減磁が判定できれば、電気機器の修理または交換時期について判断することができるので有益である。

規格上限値を定格負荷を印加させた状態で電機子巻線に定格電流を流したときの電流ベクトルの軌跡から定めた場合には、軌跡から規格下限値を定めて、規格上限値と規格下限値の差分を規格変動幅と定めることもできる。この場合、規格下限値は、例えば、定格電流値×０．９以上の値とすることができる。この数値の範囲内であれば、電気機器としての性能を発揮することができるためである。

判定の具体的な手法として、視覚により判定することが考えられる。例えば、規格上限値及び規格下限値に相当する環状画像を表示画面上に表示し、検査対象の電気機器の電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を表示画面上に環状画像と重なるように表示するようにすれば、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡が規格上限値を超えているか否かを人間が目で見て判断することもできる。また、規格変動幅（すなわち、規格上限値と規格下限値の差分）も目で見ることができるため、複数の永久磁石の全てが減磁しているか否か判断することもできる。このようにすると作業者が、電気機器の設置現場で、簡単に永久磁石の劣化状態を判定することができる。

本発明は、永久磁石の劣化判定装置としても把握することができる。この場合、永久磁石の劣化判定装置は、電機子巻線に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、電機子電流に基づいて電流ベクトルの軌跡を求める電流ベクトル算出部と、電流ベクトルの軌跡の変化に基づいて永久磁石の劣化状態を判定する劣化状態判定部とから構成することができる。このように構成することで、容易に永久磁石の劣化の有無を判定することができる。永久磁石の劣化が発生した場合の表示方法は任意である。例えば、警報を出力して使用者に永久磁石の劣化を報知して、劣化した永久磁石の交換を促してもよいし、検査対象の電気機器に停止信号を出力して、電気機器の動作を止めるようにしてもよい。

劣化状態判定部は、例えば、正常な電気機器の規格上限値を定めたものを記憶する記憶手段と、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡と規格上限値とを比較し、検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡が、規格上限値を超えた回数に基づいて、複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石で劣化が発生しているか否かを判定する比較判定部とから構成することができる。また、劣化状態判定部の記憶手段に、規格下限値と規格上限値の差分を規格変動幅としてさらに記憶しておき、比較判定部が検査対象の電気機器の電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分が規格変動幅を超えない場合に、検査対象の電気機器の複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定するように構成しておいてもよいのはもちろんである。

なお、永久磁石の劣化が存在する場合、その部分の電機子電流が増加する現象は再現性が高いため、可動子を固定子に対して移動させる動作をｎサイクル（ｎは２以上の整数）行って、電流ベクトルの軌跡の測定を各永久磁石に対してｎ回行えば、規格上限値を超える回数はｎ回以上になるはずである。そこで、ノイズなどによる影響を取り除き、測定精度を上げるために、電流ベクトル算出部は、１つの永久磁石に対して１つの環状の電流ベクトルの軌跡を算出するように構成する。電流ベクトル算出部は、複数の永久磁石のすべてについてｎ回分の電流ベクトルを算出する。そして比較判定部は、複数の永久磁石のすべてについてのｎ回分の電流ベクトルの軌跡が、規格上限値を超える回数がｎ回以上あるときに、劣化が発生しているものと判定する。このように構成すれば、ノイズなどによって規格上限値を上回ってしまった場合などの誤判定を防ぐことができる。

本発明の永久磁石の劣化判定装置は、電気機器に実装しておくことができる。このようにすれば、常時、劣化判定を行うことも可能になる。当然のことながら、劣化判定が必要になった場合にのみ電気機器に取り付けるようにしてもよいのはもちろんである。

本発明の永久磁石の劣化判定装置を備えた三相リニアモータの制御装置の構成を示すシステム構成図である。 本発明の劣化判定装置の具体的な構成の一例を示す図である。 本発明の劣化判定装置が永久磁石の劣化の有無を判定するステップを示すフロー図である。 永久磁石に劣化がない場合に、表示画面に表示される波形の例を示す図である。 永久磁石が大きく欠けている場合に、表示画面に表示される波形の例を示す図である。 永久磁石が小さく欠けている場合に、表示画面に表示される波形の例を示す図である。 本発明の永久磁石の劣化判定装置を備えたＤＣリニアモータの制御装置の構成を示す第２の実施の形態のシステム構成図である。 第２の実施の形態の劣化判定装置が永久磁石の劣化の有無を判定するステップを示すフロー図である。 三相リニアモータの永久磁石の劣化判定をコンピュータを用いて実施する第３の実施の形態を示す図である。 ＤＣリニアモータの永久磁石の劣化判定をコンピュータを用いて実施する第４の実施の形態を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の永久磁石の劣化判定方法を実施する劣化判定装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の永久磁石の劣化判定装置を備えた三相リニアモータの制御装置の構成を示すシステム構成図である。この制御装置１は、速度指令発生部３と、電流指令発生部５と、電機子電流供給装置７と、電流検出器９と、座標変換器１１と、位置検出器１３と、フィードバック速度信号発生部１５と、劣化判定装置１７とを備えている。三相リニアモータＭは、固定子に複数の永久磁石１９を有しており、可動子に電機子巻線を有している。

速度指令発生部３は、位置指令θ_*と、位置検出器１３から出力される位置検出信号θとに基づいて速度指令Ｖ_c*を発生し、電流指令発生部５は、速度指令Ｖ_c*に基づいてｄ軸電流指令ｉ_d*及びｑ軸電流指令ｉ_q*を出力する。電機子電流供給装置７は、ｄ軸電流指令ｉ_d*及びｑ軸電流指令ｉ_q*と後述するｄ軸電流フィードバック信号ｉ_d及びｑ軸電流フィードバック信号ｉ_qとに基づいて、三相リニアモータＭの電機子巻線に電機子電流を供給する。電機子電流供給装置７は、２つの電流制御器２１及び２３と、座標変換器２５と、ＰＷＭインバータ２７とを備えている。電流制御器２１，２３は、ｄ軸電流指令ｉ_d*及びｑ軸電流指令ｉ_q*とｄ軸電流フィードバック信号ｉ_d及びｑ軸電流フィードバック信号ｉ_qとの電流偏差をｄ軸電圧指令Ｖ_d*及びｑ軸電圧指令Ｖ_q*に変換する。座標変換器２５は、直交座標変換部２９と、二相三相変換部３１から構成される。直交座標変換部２９は、位置検出器１３の可動子位置（θ）に応じた信号に基づいて、ｄ軸電圧指令Ｖ_d*及びｑ軸電圧指令Ｖ_q*をα軸電圧指令値Ｖ_α*及びβ軸電圧指令値Ｖ_β*に直交座標変換する。二相三相変換部３１は、α軸電圧指令Ｖ_α*及びβ軸電圧指令Ｖ_β*を三相電圧指令Ｖ_a*、Ｖ_b*及びＶ_c*に二相三相変換する。ＰＷＭインバータ２７は、ＰＷＭ制御指令Ｖ_a*，Ｖ_b*及びＶ_c*に基づいて、インバータをＰＷＭ制御し、直流電力を三相交流電力に変換して、三相電機子電流を三相リニアモータＭに供給する。なお電機子電流供給装置７は、位置検出器１３を構成するリニアセンサが検出する可動子位置信号θに基づいて、電機子電流の位相を決定する。

電流検出器９は、三相リニアモータＭの電機子巻線を流れる二相分の電流ｉ_a及びｉ_bを検出して、電機子電流ｉ_a及びｉ_bに基づいて電機子電流ｉ_cを算出する。

座標変換器１１は、三相二相変換部３３と、直交二軸変換部３５とから構成される。三相二相変換部３３は、電機子電流ｉ_a，ｉ_b，ｉ_cをα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βに三相二相変換する。具体的には、それぞれｉ_α=√(3/2)×ｉ_a，ｉ_β=(1/√2)×ｉ_b-(1/√2)×ｉ_c=(1/√2)×ｉ_a+√2×ｉ_bの式に基づいて変換を行う。直交二軸変換部３５は、位置検出器１３の可動子位置（θ）に応じた信号に基づいて、α軸電流指令ｉ _α 及びβ軸電流指令ｉ _β をｄ軸電流フィードバック信号ｉ_d及びｑ軸電流フィードバック信号ｉ_qに直交二軸変換する。

リニアセンサからなる位置検出器１３は、固定子に対する可動子の可動子位置を検出して可動子位置を示す可動子位置検出信号θを出力する。フィードバック速度信号発生部１５は、可動子位置検出信号θに基づいて、三相リニアモータＭの可動子の速度を示すフィードバック速度信号Ｖ_cを発生する。

劣化判定装置１７は、三相二相変換部３３が出力するα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βに基づいて、三相リニアモータＭの固定子に備えられた複数の永久磁石１９に劣化がないかの判定を行う。三相リニアモータＭの永久磁石１９に劣化が存在している場合、永久磁石の磁束の不足分を補うように電機子電流が増加する。そのため永久磁石の劣化している部分の電流ベクトルの軌跡のみが規格上限値を超えることを利用して、劣化判定装置１７は永久磁石１９の劣化を検出する。ここで、永久磁石の劣化とは、永久磁石の割れ、欠け、減磁など、何らかの原因で磁力が弱まることを意味している。劣化を検出すると、後述のアラーム発生部４１がアラーム信号ＡＳを出力する。アラーム信号ＡＳをどのように活用するかは任意である。例えば、アラーム信号ＡＳで警報を発生してもよいし、電力変換器の動作を遮断してモータへの電力の供給を停止するようにしてもよい。なお、何らかの原因で可動子及び固定子間のギャップが狭まる場合には、永久磁石が劣化する場合とは逆に、磁束が強まる（増磁）ため、電機子電流が減少する。この現象は、永久磁石の劣化ではないため、本実施の形態においては、検出の対象としていない。

図２には、劣化判定装置１７の実施の形態の一例を示してある。また、図３には、劣化判定装置１７が永久磁石１９の劣化の有無を判定するステップを示すフロー図が示してある。

図２に示すように、劣化判定装置１７は、電流ベクトル算出部３７と、劣化状態判定部３９と、アラーム発生部４１と、表示制御部４３と、表示画面４５とから構成される。なお、図２には図示していないが、本実施の形態においては、α軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βを得るための電流検出器９及び三相二相変換部３３も劣化判定装置１７を構成する要素となっている。電流ベクトル算出部３７は、所定のサンプリング周期でα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βに基づいて、電流ベクトルを算出する。算出結果の集合が、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecとなる。電流ベクトル算出部３７は、劣化状態判定部３９の比較判定部４７に電流ベクトルの軌跡ｉ_vecを出力する。永久磁石１９の局部的な劣化も適切に検出できるように、本実施の形態では、サンプリング周期は、０．２秒にしてある。比較判定部４７は、記憶手段４９に記憶されている後述する規格上限値ｉ_vec*(max)と電流ベクトルの軌跡ｉ_vecとを比較する。比較判定部４７は、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが規格上限値ｉ_vec*(max)を超えた回数に基づいて、複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石で劣化が発生しているか否かを判定する。比較判定部４７が劣化の発生を判定すると、比較判定部４７はアラーム発生部４１に劣化検出信号を出力する。アラーム発生部４１は、劣化検出信号を受信すると、永久磁石１９に劣化が発生していることを示すアラーム信号ＡＳを発生する。また、記憶手段４９には、規格下限値ｉ_vec*(min)も記憶されており、規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)の差分から求まる規格変動幅Δｉ_vec*も記憶している。電流ベクトル算出部３７は、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecの最大値と最小値から電流ベクトルの軌跡ｉ_vecの変動幅Δｉ_vecを求める。比較判定部４７は、Δｉ_vecがΔｉ_vec*を超えたか否かを判定する機能及び全体的な減磁を判定する機能を有している。

表示制御部４３は、電流ベクトル算出部３７が求めた電流ベクトルの軌跡ｉ_vecと記憶手段４９に記憶されている規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)に基づいて、表示画面４５に画像の表示を行う。なお、表示制御部４３及び表示画面４５は必須の構成ではなく、本実施の形態の劣化判定装置では、電流ベクトルの軌跡を目視により確認できるようにするためにこれらを構成要素として備えている。

記憶手段４９には、規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)が記憶されている。本実施の形態において規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)は、劣化のない複数の永久磁石を有する正常な三相リニアモータの電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡ｉ_vecを求めて該軌跡の変化幅の最大値の平均値を規格上限値ｉ_vec*(max)と定め、最小値の平均値を規格下限値ｉ_vec*(min)と定めた。正常な三相リニアモータでは、電機子電流は平衡三相電流である。したがってこの三相の電機子電流を三相二相変換して位相差９０°のαβ軸電流を算出すれば、これらαβ電流から求めた電流ベクトルは大きさが一定で、向きのみが変化する。したがって電流ベクトルの軌跡は円に近い環状になる。そこで、本実施の形態では、正常な電気機器の可動子を固定子に対して複数サイクル移動させて、電機子電流の電流ベクトルの軌跡を複数回測定し、その測定結果における電流ベクトル軌跡の半径の変化幅から規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)を定めた。そして、後述するように、本実施の形態では、検査対象の三相リニアモータＭの電機子電流を三相二相変換して得られるα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βの電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが、この規格上限値ｉ_vec*(max)を超える点をカウントすることで、三相リニアモータＭの永久磁石１９に劣化があるか否かを判定する。なお、上記規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)の定め方は一例であり、他に、正常な電気機器に対して定格負荷を印加させた状態で電機子巻線に定格電流を流したときの電流ベクトルの軌跡を演算（シミュレーション）により求めて、該軌跡から規格上限値ｉ_vec*(max)と規格下限値ｉ_vec*(min)と定めてもよい。この場合、規格上限値ｉ_vec*(max)は、例えば、定格電流値から求めた電流ベクトルの軌跡×１．１以下の値とし、規格下限値ｉ_vec*(min)は、例えば、定格電流値から求めた電流ベクトルの軌跡×０．９以上の値とすることができる。

図３に従って、本実施の形態で永久磁石１９の検査を行うステップを説明する。検査に先立ち、必要があれば、検査対象とする電気機器の負荷を規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)を取得した際の条件と同じ負荷Ｌに交換し、比較対象の測定条件に設備にそろえておく（例えば、規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)を定格電流値で定めている場合には、定格負荷に交換する。）。

まず、図示しない入力手段を用いて、規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)を入力し、記憶手段４９に記憶させる（ステップＳＴ１）。規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)は、検査対象の電気機器が変わるたびに事前に測定したものを記憶手段４９に記憶させてもよいが、予め測定を予定している各種の電気機器について事前に決定した規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)をすべて記憶手段４９に記憶させておき、測定の際に使用する規格上限値ｉ_vec*(max)及び規格下限値ｉ_vec*(min)を選択するようにしてもよいのはもちろんである。記憶手段４９には、入力または選択された規格上限値及び規格下限値に基づいて、予め算出した規格変動幅Δｉ_vec*を記憶しておく（ステップＳＴ２）。規格変動幅Δｉ_vec*は、Δｉ_vec*=ｉ_vec*(max)-ｉ _vec*(min)の式に基づいて算出される。次に、電流検出器９は、三相リニアモータＭの電機子巻線を流れる二相分の電機子電流ｉ_a及びｉ_bを検出して、電機子電流ｉ_a及びｉ_bに基づいて電機子電流ｉ_cを算出する（ステップＳＴ３）。そして、三相二相変換部３３により電機子電流ｉ_a，ｉ_b及びｉ_cをα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βに変換し（ステップＳＴ４）、電流ベクトル算出部３７は、電流ベクトルの軌跡ｉ_vec=√(ｉ_α ²+ｉ_β ²)を求める（ステップＳＴ５）。電流ベクトル算出部３７は、さらに、サンプリング毎に、測定期間内のｉ_vecの最大値と最小値を検出し、最大値と最小値の差分であるΔｉ_vecも算出する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ３からステップＳＴ６は、サンプリングのたびに繰り返される。

本実施の形態では、三相リニアモータＭの固定子に備えられた複数の永久磁石１９の１つの永久磁石１９の上を可動子が動くことで１つの環状の電流ベクトルの軌跡ｉ_vecを算出するように電流ベクトル算出部３７が構成されている。そして、可動子を固定子に対してｎサイクル移動させると、複数の永久磁石１９のすべてについてｎ回分の電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが算出される（ステップＳＴ７）。ｎ回分の電流ベクトルの軌跡ｉ_vecを算出するのは、ノイズによる誤判定を防止するためである。これは永久磁石の劣化が存在する場合、その部分を可動子が通過する際に電機子電流が増加する現象は必ず発生するため、ｎ回の測定を行えば、規格上限値ｉ_vec*(max)を超える回数はｎ回になるはずである。この場合、電流の増加がｎ回よりも少なければ、ノイズであると判断し、ｎ回以上あればノイズが含まれているものの、劣化があると判断する。このようにすることによりノイズの影響を取り除き、測定精度を上げることができる。そこで本実施の形態では、ｎ回分の測定後、比較判定部４７が、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが規格上限値ｉ_vec*(max)を超えている点がｎ個以上あるかを判定する（ステップＳＴ８）。ｎ個よりも少ない場合には、規格上限値を超えている点があったとしてもノイズなどの影響であるとみなして、異常なしと判定する（ステップＳＴ９）。電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが規格上限値ｉ_vec*(max)を超えている点がｎ個以上ある場合には、複数ある永久磁石１９の少なくとも一部に劣化が発生しているとみなすことができる。この時点でアラーム発生部４１がアラーム信号ＡＳを発するように構成してもよいが、本実施の形態では、比較判定部４９は、さらに、検査対象の三相リニアモータＭの差分Δｉ_vecが規格変動幅Δｉ_vec*を超えているか否かを判定している（ステップＳＴ１０）。Δｉ_vecが規格変動幅Δｉ_vec*を超えていない場合、永久磁石１９が割れたり欠けたりしていることはなく、また、局部的な減磁が生じている可能性はなく、全体的な減磁が生じていると判定する。全体的な減磁の場合には、直ちに三相リニアモータＭの動作に影響があるわけではない。そのため、この場合のアラームは修理または交換時期が近づいていることを示すことになる。したがって、Δｉ_vecが規格変動幅Δｉ_vec*を超えている場合には、永久磁石１９に劣化ありと判定し（ステップＳＴ１１）、Δｉ_vecが規格変動幅Δｉ_vec*を超えていない場合には、全体減磁と判定する（ステップＳＴ１２）。

図４乃至図６には、表示画面４５に表示される波形の例を示してある。横軸をα軸電流ｉ_α、縦軸をβ軸電流ｉ_βにして、αβ軸の交点（原点０）を画面中央に設定してあり、規格上限値ｉ_vec*(max)に相当する環状画像５１と、規格下限値ｉ_vec*(min)に相当する環状画像５２が表示されている。環状画像５１，５２に重なるように検査対象の三相リニアモータＭの電流ベクトルの軌跡ｉ_vecがプロットされる。図４は異常なしと判定された例、図５及び図６は、永久磁石１９に劣化ありと判定された例を示している。

図４は、永久磁石１９に劣化がない例であり、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecのすべてが環状画像５１，５２の間に収まっていることがわかる。これに対して、図５は、永久磁石１９の一部に大きな割れが発生している例であり、符号Ａの領域や符号Ｂの領域など全体にわたって、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが大きく規格上限値ｉ_vec*(max)を超えていることがわかる。また、図６は、永久磁石１９の一部に小さな割れが発生している例であり、符号Ｃの領域や符号Ｄの領域において、電流ベクトルの軌跡ｉ_vecが規格上限値ｉ_vec*(max)を超えていることがわかる。なお、図５及び図６では、Δｉ_vecが規格変動幅Δｉ_vec*を越えているため、永久磁石が全体的に減磁していることはないことがわかる。

図７は、検査対象をＤＣリニアモータとした場合の第２の実施の形態を示すシステム構成図である。また、図８は、第２の実施の形態において、劣化判定装置が永久磁石の劣化を検出する際のステップを示すフロー図である。電流検出器１０９は電機子電流ｉ_dcを検出し（ステップＳＴ１０３）、座標変換器１１１がリニアセンサからなる位置検出器１１３の検出した位置（θ）に応じた信号に基づいて単相の電機子電流ｉ_dcをｉ_dccosθ及びｉ_dcsinθの二軸に変換している（ステップＳＴ１０４）。電流ベクトルの軌跡ｉ_vec=√((ｉ_dc・sinθ)²+(ｉ_dc・cosθ)²)である（ステップＳＴ１０５）。

それ以外の構成要素及びフローについては、図１乃至図３に示した制御装置１及びステップと同様であるため、図１乃至図３に付した符号の数に１００の数を加えた符号を付して、その説明を省略する。このように構成することによって、ＤＣリニアモータにも劣化判定方法及び装置を適用できる。他にも、ｎ相電動機または発電機の永久磁石の劣化の判定にも本発明は適用可能である。

図９は、三相リニアモータの永久磁石の劣化判定をコンピュータＰＣを用いて実施する本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。図９には、図１乃至図３に示した実施の形態と同じ部材には、図１乃至図３に付した符号の数に２００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、供試機２５３から延びて三相リニアモータＭの可動子につながる動力線に電流検出器２０９を取り付け、二相分の電流値を取得し、Ａ／Ｄ変換装置２５５を用いて変換した三相分の電機子電流ｉ_a，ｉ_b，ｉ_cをコンピュータＰＣに入力している。コンピュータＰＣでは、電機子電流ｉ_a，ｉ_b，ｉ_cを三相二相変換してα軸電流指令ｉ_α及びβ軸電流指令ｉ_βを得て、劣化判定部２１７で第１の実施の形態と同様の方法で永久磁石の劣化を判定している。

図１０は、ＤＣリニアモータの永久磁石の劣化判定をコンピュータＰＣを用いて実施する本発明の第４の実施の形態の構成を示す図である。図１０には、図１乃至図３に示した実施の形態と同じ部材には、図１乃至図３に付した符号の数に３００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、供試機３５３から延びてＤＣリニアモータＭの可動子につながる動力線に電流検出器３０９を取り付けて電流値を取得し、Ａ／Ｄ変換装置３５５の出力と、リニアセンサからなる位置検出器３１３の検出した位置（θ）に応じて作動するカウンタ３５７の出力をコンピュータＰＣに入力している。コンピュータＰＣでは、入力された情報に基づいてｉ_dccosθ及びｉ_dcsinθを得て、劣化判定部３１７で第２の実施の形態と同様の方法で永久磁石の劣化を判定している。

第３及び第４の実施の形態のように構成すれば、電機子電流を検出できれば、専用の装置を追加することなく、永久磁石の劣化判定ができる。

なお、本願明細書において、数値は、一例として示してあるのみであり、これに限定する意図ではなく、検査対象の電気機器などによって適宜変更することができる。

本発明によれば、検査対象の電気機器を取り外すことなく、簡便な方法で永久磁石の劣化を判定することができる永久磁石の劣化判定方法及び装置を提供することができる。

１ 制御装置
３ 速度指令発生部
５ 電流指令発生部
７ 電機子電流供給装置
９ 電流検出器
１１ 座標変換器
１３ 位置検出器
１５ フィードバック速度信号発生部
１７ 劣化判定装置
１９ 永久磁石
２１，２３ 電流制御器
２５ 座標変換器
２７ ＰＷＭインバータ
２９ 直行座標変換部
３１ 二相三相変換部
３３ 三相二相変換部
３５ 直行二軸変換部
３７ 電流ベクトル算出部
３９ 劣化状態判定部
４１ アラーム発生部
４３ 表示制御部
４５ 表示画面
４７ 比較判定部
４９ 記憶手段
５１ 環状画像
Ｍ 三相リニアモータ
θ_* 位置指令
Ｖ_c* 速度指令
ｉ_d* ｄ軸電流指令
ｉ_q* ｑ軸電流指令
ｉ_d ｄ軸電流フィードバック信号
ｉ_q ｑ軸電流フィードバック信号
Ｖ_d* ｄ軸電圧指令
Ｖ_q* ｑ軸電圧指令
Ｖ_α* α軸電圧指令
Ｖ_β* β軸電圧指令
Ｖ_a*，Ｖ_b*，Ｖ_c* 三相電圧指令
ｉ_a，ｉ_b，ｉ_c 電機子電流
ｉ_α α軸電流指令
ｉ_β β軸電流指令
Ｖ_c フィードバック速度信号
ｉ_vec*(max) 規格上限値
ｉ_vec*(min) 規格下限値
Δｉ_vec* 規格変動幅
ｉ_vec 電流ベクトルの軌跡

Claims (11)

1. 可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する検査対象の電気機器の前記永久磁石の劣化状態を判定する永久磁石の劣化判定方法であって、
   可動子及び固定子の一方に劣化していない複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する正常な電気機器の前記電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡の変化幅から規格上限値を定め、
   前記正常な電気機器の測定条件と同じ条件で、前記検査対象の電気機器の前記電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求め、該電流ベクトルの軌跡が前記規格上限値を超える場合には、前記複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石に劣化が発生しているものと判定することを特徴とする永久磁石の劣化判定方法。
2. 前記正常な電気機器の前記電流ベクトルの軌跡の前記変化幅から規格下限値を定めて、前記規格上限値と前記規格下限値の差分を規格変動幅と定め、
   前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分を求め、該差分が前記規格変動幅を超えない場合には、前記検査対象の電気機器の前記複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の劣化判定方法。
3. 可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する検査対象の電気機器の前記永久磁石の劣化状態を判定する永久磁石の劣化判定方法であって、
   可動子及び固定子の一方に劣化していない複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する正常な電気機器に対して定格負荷を印加させた状態で定格電流を流したときの電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡から規格上限値を定め、
   前記定格負荷を印加した前記検査対象の電気機器の前記電機子巻線に前記定格電流を流したときの電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求め、該電流ベクトルの軌跡が前記規格上限値を超える場合には、前記複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石に劣化が発生しているものと判定することを特徴とする永久磁石の劣化判定方法。
4. 前記正常な電気機器の前記電流ベクトルの軌跡から規格下限値を定めて、前記規格上限値と前記規格下限値の差分を規格変動幅と定め、
   前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分を求め、該差分が前記規格変動幅を超えない場合には、前記検査対象の電気機器の前記複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定することを特徴とする請求項３に記載の永久磁石の劣化判定方法。
5. 前記規格上限値及び前記規格下限値に相当する環状画像を表示画面上に表示し、
   前記検査対象の電気機器の前記電機子巻線に流れる電機子電流の前記電流ベクトルの軌跡を前記表示画面上に前記環状画像と重なるように表示する請求項２または４に記載の永久磁石の劣化判定方法。
6. 可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する検査対象の電気機器の前記永久磁石の劣化状態を判定する永久磁石の劣化判定装置であって、
   前記電機子巻線に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、
   前記電機子電流に基づいて電流ベクトルの軌跡を求める電流ベクトル算出部と、
   前記電流ベクトルの軌跡の変化に基づいて前記永久磁石の劣化状態を判定する劣化状態判定部とを備えており、
   前記劣化状態判定部は、
   可動子及び固定子の一方に劣化していない複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する正常な電気機器の前記電機子巻線に流れる電機子電流の電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡の変化幅から規格上限値を定めたものを記憶する記憶手段と、
   前記正常な電気機器の測定条件と同じ条件で前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡を求め、前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡と前記規格上限値とを比較し、前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡が、前記規格上限値を超えた回数に基づいて、前記複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石で劣化が発生しているか否かを判定する比較判定部とを備えていることを特徴とする永久磁石の劣化判定装置。
7. 前記劣化状態判定部の前記記憶手段は、前記軌跡の変化幅から定めた規格下限値と規格上限値の差分を規格変動幅としてさらに記憶しており、
   前記比較判定部は、前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分が前記規格変動幅を超えない場合に、前記検査対象の電気機器の前記複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定することを特徴とする請求項６に記載の永久磁石の劣化判定装置。
8. 可動子及び固定子の一方に複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する検査対象の電気機器の前記永久磁石の劣化状態を判定する永久磁石の劣化判定装置であって、
   前記電機子巻線に流れる電機子電流を検出する電流検出部と、
   前記電機子電流に基づいて電流ベクトルの軌跡を求める電流ベクトル算出部と、
   前記電流ベクトルの軌跡の変化に基づいて前記永久磁石の劣化状態を判定する劣化状態判定部とを備えており、
   前記劣化状態判定部は、
   可動子及び固定子の一方に劣化していない複数の永久磁石を有し、他方に電機子巻線を有する正常な電気機器に対して定格負荷を印加させた状態で前記電機子巻線に定格電流を流したときの電流ベクトルの軌跡を求めて該軌跡から規格上限値を定めたものを記憶する記憶手段と、
   前記定格負荷を印加した前記検査対象の電気機器に前記定格電流を流したときの前記電流ベクトルの軌跡と前記規格上限値とを比較し、前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡が、前記規格上限値を超えた回数に基づいて、前記複数の永久磁石の少なくとも一部の永久磁石で劣化が発生しているか否かを判定する比較判定部とを備えていることを特徴とする永久磁石の劣化判定装置。
9. 前記劣化状態判定部の前記記憶手段は、前記軌跡から定めた規格下限値と規格上限値の差分を規格変動幅としてさらに記憶しており、
   前記比較判定部は、前記検査対象の電気機器の前記電流ベクトルの軌跡の最大値と最小値の差分が前記規格変動幅を超えない場合に、前記検査対象の電気機器の前記複数の永久磁石の全てが減磁しているものと判定することを特徴とする請求項８に記載の永久磁石の劣化判定装置。
10. 前記電流ベクトル算出部は、１つの前記永久磁石に対して１つの環状の前記電流ベクトルの軌跡を算出するように構成され、
    前記電流ベクトル算出部は、前記複数の永久磁石のすべてについてｎ回分（ｎは２以上の整数）の前記電流ベクトルを算出し、
    前記比較判定部は、前記複数の永久磁石のすべてについての前記ｎ回分の前記電流ベクトルの軌跡が、前記規格上限値を超える回数がｎ回以上あるときに、前記劣化が発生しているものと判定することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の永久磁石の劣化判定装置。
11. 前記請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の永久磁石の劣化判定装置を備えていることを特徴とする電気機器。

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