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

電気機器の永久磁石の劣化判定方法及び装置 Download PDF

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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、相電動機または発電機(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Vc*を発生し、電流指令発生部5は、速度指令Vc*に基づいてd軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*を出力する。電機子電流供給装置7は、d軸電流指令id*及びq軸電流指令iq*と後述するd軸電流フィードバック信号id及びq軸電流フィードバック信号iq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id*及びq軸電流指令iq*とd軸電流フィードバック信号id及びq軸電流フィードバック信号iqとの電流偏差をd軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*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Vd*及びq軸電圧指令Vq*をα軸電圧指令値Vα*及びβ軸電圧指令値Vβ*に直交座標変換する。二相三相変換部31は、α軸電圧指令Vα*及びβ軸電圧指令Vβ*を三相電圧指令Va*、Vb*及びVc*に二相三相変換する。PWMインバータ27は、PWM制御指令Va*,Vb*及びVc*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ia及びibを検出して、電機子電流ia及びibに基づいて電機子電流ic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ia,ib,icをα軸電流指令iα及びβ軸電流指令iβに三相二相変換する。具体的には、それぞれiα=√(3/2)×ia,iβ=(1/√2)×ib-(1/√2)×ic=(1/√2)×ia+√2×ib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 α 及びβ軸電流指令 β をd軸電流フィードバック信号id及びq軸電流フィードバック信号iqに直交二軸変換する。

リニアセンサからなる位置検出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Vc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iα及びβ軸電流指令iβ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iα及びβ軸電流指令iβ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iα及びβ軸電流指令iβ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ivec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ivec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ivec*(max)と電流ベクトルの軌跡ivecとを比較する。比較判定部47は、電流ベクトルの軌跡ivecが規格上限値ivec*(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ivec*(min)も記憶されており、規格上限値ivec*(max)と規格下限値ivec*(min)の差分から求まる規格変動幅Δivec*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ivecの最大値と最小値から電流ベクトルの軌跡ivecの変動幅Δivecを求める。比較判定部47は、ΔivecがΔivec*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ivecと記憶手段49に記憶されている規格上限値ivec*(max)と規格下限値ivec*(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ivec*(max)と規格下限値ivec*(min)が記憶されている。本実施の形態において規格上限値ivec*(max)と規格下限値ivec*(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ivec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ivec*(max)と定め、最小値の平均値を規格下限値ivec*(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ivec*(max)と規格下限値ivec*(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iα及びβ軸電流指令iβの電流ベクトルの軌跡ivecが、この規格上限値ivec*(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ivec*(max)と規格下限値ivec*(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ivec*(max)と規格下限値ivec*(min)と定めてもよい。この場合、規格上限値ivec*(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ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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ivec*(max)及び規格下限値ivec*(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Δivec*を記憶しておく(ステップST2)。規格変動幅Δivec*は、Δivec*=ivec*(max)- 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ia及びibを検出して、電機子電流ia及びibに基づいて電機子電流ic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ia,ib及びicをα軸電流指令iα及びβ軸電流指令iβ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ivec=√(iα 2+iβ 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ivec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Δivec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ivec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ivecが算出される(ステップST7)。n回分の電流ベクトルの軌跡ivec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ivec*(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ivecが規格上限値ivec*(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ivecが規格上限値ivec*(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Δivecが規格変動幅Δivec*を超えているか否かを判定している(ステップST10)。Δivecが規格変動幅Δivec*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、Δivecが規格変動幅Δivec*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)、Δivecが規格変動幅Δivec*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iα、縦軸をβ軸電流iβ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ivec*(max)に相当する環状画像51と、規格下限値ivec*(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ivec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ivec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ivecが大きく規格上限値ivec*(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ivecが規格上限値ivec*(max)を超えていることがわかる。なお、図5及び図6では、Δivecが規格変動幅Δivec*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idc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idcをidccosθ及びidcsinθの二軸に変換している(ステップST104)。電流ベクトルの軌跡ivec=√((idc・sinθ)2+(idc・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ia,ib,ic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ia,ib,icを三相二相変換してα軸電流指令iα及びβ軸電流指令iβ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idccosθ及びidcsinθ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
c* 速度指令
d* d軸電流指令
q* q軸電流指令
d d軸電流フィードバック信号
q q軸電流フィードバック信号
d* d軸電圧指令
q* q軸電圧指令
α* α軸電圧指令
β* β軸電圧指令
a*,Vb*,Vc* 三相電圧指令
a,ib,ic 電機子電流
α α軸電流指令
β β軸電流指令
c フィードバック速度信号
vec*(max) 規格上限値
vec*(min) 規格下限値
Δivec* 規格変動幅
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または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乃至のいずれか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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