JP7040335B2 - モータの制御方法 - Google Patents
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Description
〈1〉回転子に永久磁石を配置し、マグネットトルクとリラクタンストルクを利用したモータの制御方法であって、
前記永久磁石が、磁性相と前記磁性相の周囲に存在する粒界相とを備える複合永久磁石であり、前記磁性相が、芯部と前記芯部の周囲に存在する外郭部とを備え、前記芯部及び前記外郭部の一方のキュリー温度がTc1Kであり、他方のキュリー温度がTc2Kであり、かつ、前記Tc2Kは前記Tc1Kよりも高く、かつ、
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、
モータの制御方法。
〈2〉前記芯部のキュリー温度がTc1K、かつ、前記外郭部のキュリー温度がTc2Kである、〈1〉項に記載の方法。
〈3〉前記複合永久磁石が、(R2 (1-x)R1 x)yFe(100-y-W-z-v)CowBzMv(ここで、R2はNd及びPrからなる群から選ばれる1種以上であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、及びScからなる群から選ばれる1種以上であり、MはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群から選ばれる1種以上並びに不可避的不純物であり、0<x<1、y=12~20、z=5.6~6.5、w=0~8、及びv=0~2)の全体組成を有し、
前記芯部におけるR1/(R2+R1)が、前記外郭部におけるR1/(R2+R1)よりも大きい、〈2〉項に記載の方法。
〈4〉前記磁性相の平均粒径が1000nm以下 である、〈3〉項に記載の方法。
〈5〉前記R1がCe及びLaからなる群より選ばれる1種以上であり、かつ、前記R2がNdである、〈3〉又は〈4〉項に記載の方法。
〈6〉前記R1がCeであり、かつ、前記R2がNdである、〈3〉又は〈4〉項に記載の方法。
〈7〉前記芯部のキュリー温度がTc2K、かつ、前記外郭部のキュリー温度がTc1Kである、〈1〉項に記載の方法。
〈8〉前記複合永久磁石が、(R2 (1-x)R1 x)yFe(100-y-W-z-v)CowBzMv(ここで、R2はNd及びPrからなる群から選ばれる1種以上であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、及びScからなる群から選ばれる1種以上であり、MはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群から選ばれる1種以上並びに不可避的不純物であり、0<x<1、y=12~20、z=5.6~6.5、w=0~8、及びv=0~2)の全体組成を有し、
前記芯部におけるR2/(R2+R1)が、前記外郭部におけるR2/(R2+R1)よりも大きい、〈7〉項に記載の方法。
〈9〉前記磁性相の平均粒径が1000nm以下である、〈8〉項に記載の方法。
〈10〉前記R1がCe及びLaからなる群から選ばれる1種以上であり、かつ、前記R2がNdである、〈8〉又は〈9〉項に記載の方法。
〈11〉前記R1がCeであり、かつ、前記R2がNdである、〈8〉又は〈9〉項に記載の方法。
〈12〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータに断熱材を配置して、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記モータから前記断熱材を除去して、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、〈1〉~〈11〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈13〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータの放熱部材を取り外し、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記モータに放熱部材を再配置し、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、〈1〉~〈11〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈14〉前記モータを、電動車に配置すること、
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータへ供給される冷却流体の流量を減少させて、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記冷却流体の流量を増加させて、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、〈1〉~〈11〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈15〉前記電動車が、エンジンと前記モータとを備えるハイブリッド車であり、
前記冷却流体が、前記エンジンと前記モータとを連結する動力分割装置の内部に充填されている潤滑流体である、〈14〉項に記載の方法。
〈16〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上Tc2K未満のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈17〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上Tc2K未満のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈18〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈19〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈20〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈21〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈22〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈23〉リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、〈1〉~〈15〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈24〉前記複合永久磁石の温度を、前記モータの内部又は外部に配置した温度センサで検知する、〈1〉~〈23〉項のいずれか一項に記載の方法。
本開示のモータの制御方法(以下、「本開示の方法」ということがある。)が対象とするモータは、回転子に永久磁石を配置し、マグネットトルクとリラクタンストルクを利用するモータである。そして、その永久磁石が、後述する複合永久磁石であればよい。このようなモータは、一般的に、永久磁石式モータ(PMモータ:Permanent Magnetモータ)と呼ばれている。
本開示の方法においては、リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、複合永久磁石50の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにする。これにより、複合永久磁石50を減磁して、逆起電圧の上昇を抑制する。その結果、高回転時の引きずり損失を低減することができる。
本開示の方法においては、リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき(モータが低回転であるとき)、複合永久磁石50の温度をTsK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にする。これにより、芯部32及び外郭部34のうち、キュリー温度がTc2Kである部分の磁束によって、キュリー温度がTc1Kである部分を再着磁することができる。
複合永久磁石50の温度をTsKにするために、モータの自己発生熱を利用して、複合永久磁石50に与熱してもよい。例えば、リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、モータに断熱材を配置して、複合永久磁石50の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにしてもよい。また、リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、モータから断熱材を除去して、複合永久磁石50の温度をTmK未満にしてもよい。このようにすることにより、複合永久磁石50の温度を変化させるのに、特段の加熱源を設ける必要がなくなる。また、モータの自己発生熱を、大気中に放出することなく、有効利用することができる。
モータには、冷却フィン等の放熱部材が取り付けられていることが多い。放熱部材をモータから着脱することによって、複合永久磁石50の温度を変化させてもよい。すなわち、放熱部材をモータから取り外して、複合永久磁石50の温度を上昇させてもよい。また、放熱部材をモータに再配置して、複合永久磁石50の温度を低下させてもよい。
電動車には、インバータの冷却装置等を備えることが多い。そして、冷却装置中には、冷却流体が循環している。モータ中の複合永久磁石50を変化させるため、この冷却流体を利用してもよい。本明細書において、電動車とは、電気自動車、燃料電池車、及びハイブリッド車等、モータを少なくとも一つ備える自動車のことを意味する。
複合永久磁石50の温度を、モータの内部又は外部に配置した温度センサで検知してもよい。このようにすることにより、複合永久磁石50を、正確に、減磁及び/又は再着磁することができる。
複合永久磁石50としては、上述の構成要件を満たしていれば、成分組成等については、特に制限はない。複合永久磁石50としては、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、及び希土類磁石等が挙げられる。希土類磁石としては、例えば、ThMn12型の結晶構造を有する希土類磁石、あるいは、R2T14B(ここで、Rは希土類元素、TはFe、Co、及びNiからなる群から選ばれる1種以上、Bはホウ素)で表される磁性相を有する希土類磁石等が挙げられる。なお、本明細書において、希土類元素は、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの17元素である。
希土類磁石Aは、(R2 (1-x)R1 x)yFe(100-y-W-z-v)CowBzMvで表される全体組成を有する。全体組成とは、図2において、磁性相30及び粒界相40の合計組成を意味する。
上述したように、希土類磁石A(態様1)を得るためには、R1 2(Fe、Co)14B又は(R2、R1)2(Fe、Co)14Bで表される磁性相を有する希土類磁石前駆体に、改質材として、R2を含有する低融点合金を拡散浸透させる。これに代えて、R2 2(Fe、Co)14B又は(R2、R1)2(Fe、Co)14Bで表される磁性相を有する希土類磁石前駆体に、改質材として、R1を含有する低融点合金を拡散浸透させてもよい。以下、R2 2(Fe、Co)14B又は(R2、R1)2(Fe、Co)14Bで表される磁性相を有する希土類磁石前駆体に、改質材として、R1を含有する低融点合金を拡散浸透させて得た希土類磁石B(態様2)について説明する。
試料として、実施例及び比較例の永久磁石を、次の要領で準備した。
Ce13.80Fe75.70Co4.46B5.66Ga0.38で表される組成を有する合金溶湯を、単ロールを用いて液体急冷して薄帯を得た。液体急冷条件については、溶湯温度は1470℃、そして、ロール周速は30m/sとした。
Nd13.80Fe75.71Co4.46B5.66Ga0.38で表される組成を有する合金溶湯を、単ロールを用いて液体急冷して薄帯を得た。液体急冷条件については、溶湯温度は1470℃、そして、ロール周速は30m/sとした。
試料として準備した実施例及び比較例の永久磁石を、次の要領で評価した。
実施例の永久磁石について、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて合金組織を観察し、成分分析(EPMA面分析)を行った。
実施例及び比較例の永久磁石について、キュリー温度を測定した。測定方法は、次のとおりである。実施例及び比較例の各試料について、10Tのパルス磁場を磁化容易軸方向に印加した後、振動試料磁気測定装置(VSM)を用いて、1Tの磁場を各試料に印加した状態で、各試料の温度を室温(298K)から600Kに上昇させながら、それらの磁化を測定して、キュリー温度を求めた。
実施例の永久磁石を3個準備して、試料1~3とした。試料1~3それぞれを、同一の条件で着磁した。着磁後の試料1~3それぞれについて、315K-適用温度-315Kのサイクルで加熱及び冷却し、適用温度に加熱する前の315Kでの磁化B1と、適用温度に加熱し冷却した後の315Kでの磁化B2を測定した。そして、次式により、磁化回復率を算出した。適用温度については、試料1が315K、試料2が445K、そして、試料3が588Kであった。
磁化回復率=B2/B1×100
評価1~評価3までの結果は、次のとおりである。
図4は、実施例の永久磁石について、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて合金組織を観察し、EPMA面分析した結果を示す図である。図4(a)はFeについて面分析した結果を示し、図4(b)はCeについて面分析した結果を示し、図4(c)はNdについて面分析した結果を示す。図4(a)~(c)それぞれにおいて、明視野で示される領域は、Feが存在する領域、Ceが存在する領域、及びNdが存在する領域を示す。
図5は、実施例及び比較例の永久磁石について、キュリー温度を測定した結果を示すグラフである。図5においては、磁化については、315Kのときの磁化を「1.0」として規格化してある。
図6は、実施例の永久磁石について、適用温度と磁化回復率の関係を示すグラフである。図6には、破線で、Tc1K(430K)を示した。また、実線は、磁化回復率の各算出値を、滑らかに連結したものである。そして、評価2の結果からTc2Kは595Kである。
12 孔
20 固定子
30 磁性相
32 芯部
34 外郭部
40 粒界相
50 複合永久磁石
55 通常の永久磁石
60 モータ
62 エンジン
64 動力分割装置
66 連結軸
68a、68b 潤滑流体流路
Claims (23)
- 回転子に永久磁石を配置し、マグネットトルクとリラクタンストルクを利用したモータの制御方法であって、
前記永久磁石が、磁性相と前記磁性相の周囲に存在する粒界相とを備える複合永久磁石であり、前記磁性相が、芯部と前記芯部の周囲に存在する外郭部とを備え、前記芯部及び前記外郭部の一方のキュリー温度がTc1Kであり、他方のキュリー温度がTc2Kであり、かつ、前記Tc2Kは前記Tc1Kよりも高く、かつ、
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるような高回転数で前記モータが稼働しているとき、前記複合永久磁石を加熱し、前記モータの内部又は外部に配置したセンサで前記複合永久磁石の温度を検知して、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKに制御し、前記複合永久磁石を自己減磁すること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるような低回転数で前記モータが稼働しているとき、前記モータを冷却し、前記モータの内部又は外部に配置したセンサで前記複合永久磁石の温度を検知して、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満に制御して、前記減磁後の前記複合永久磁石を自己再着磁すること、
を含み、
前記モータの自己発生熱の利用及びヒータの使用の少なくともいずれかによって、前記複合永久磁石の前記加熱を行い、かつ、前記モータの自己発生熱の放熱及び冷却流体の利用の少なくともいずれかによって、前記複合永久磁石の冷却を行う、
モータの制御方法。 - 前記芯部のキュリー温度がTc1K、かつ、前記外郭部のキュリー温度がTc2Kである、請求項1に記載の方法。
- 前記複合永久磁石が、(R2 (1-x)R1 x)yFe(100-y-W-z-v)CowBzMv(ここで、R2はNd及びPrからなる群から選ばれる1種以上であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、及びScからなる群から選ばれる1種以上であり、MはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群から選ばれる1種以上並びに不可避的不純物であり、0<x<1、y=12~20、z=5.6~6.5、w=0~8、及びv=0~2)の全体組成を有し、
前記芯部におけるR1/(R2+R1)が、前記外郭部におけるR1/(R2+R1)よりも大きい、請求項2に記載の方法。 - 前記磁性相の平均粒径が1000nm以下である、請求項3に記載の方法。
- 前記R1がCe及びLaからなる群より選ばれる1種以上であり、かつ、前記R2がNdである、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記R1がCeであり、かつ、前記R2がNdである、請求項3又は4に記載の方法。
- 前記芯部のキュリー温度がTc2K、かつ、前記外郭部のキュリー温度がTc1Kである、請求項1に記載の方法。
- 前記複合永久磁石が、(R2 (1-x)R1 x)yFe(100-y-W-z-v)CowBzMv(ここで、R2はNd及びPrからなる群から選ばれる1種以上であり、R1は、Ce、La、Gd、Y、及びScからなる群から選ばれる1種以上であり、MはGa、Al、Cu、Au、Ag、Zn、In、及びMnからなる群から選ばれる1種以上並びに不可避的不純物であり、0<x<1、y=12~20、z=5.6~6.5、w=0~8、及びv=0~2)の全体組成を有し、
前記芯部におけるR2/(R2+R1)が、前記外郭部におけるR2/(R2+R1)よりも大きい、請求項7に記載の方法。 - 前記磁性相の平均粒径が1000nm以下である、請求項8に記載の方法。
- 前記R1がCe及びLaからなる群から選ばれる1種以上であり、かつ、前記R2がNdである、請求項8又は9に記載の方法。
- 前記R1がCeであり、かつ、前記R2がNdである、請求項8又は9に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータに断熱材を配置して、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記モータから前記断熱材を除去して、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。 - リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータの放熱部材を取り外し、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記モータに放熱部材を再配置し、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記モータを、電動車に配置すること、
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記モータへ供給される冷却流体の流量を減少させて、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上Tc2K未満のTsKにすること、及び
リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ未満であるとき、前記冷却流体の流量を増加させて、前記複合永久磁石の温度を、TSK及びTc1Kのいずれか低い方の温度未満にすること、
を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記電動車が、エンジンと前記モータとを備えるハイブリッド車であり、
前記冷却流体が、前記エンジンと前記モータとを連結する動力分割装置の内部に充填されている潤滑流体である、請求項14に記載の方法。 - リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上Tc2K未満のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上Tc2K未満のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上(Tc2-5)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-100)K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度を(Tc1-50)K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
- リラクタンストルクの大きさが、マグネットトルクの大きさ以上であるとき、前記複合永久磁石の温度をTc1K以上(Tc1+50)K以下のTsKにする、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。
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