JPH09275696A - 永久磁石モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石モータの低温時の運転による永久磁
石の減磁を防止する。 【解決手段】 永久磁石の温度を測定する温度検出器４
０を設け、この温度が所定値以下の場合、ステータのコ
イルに高周波電流をインバータ２６より供給する。この
高周波電流によってモータ内に高周波磁界が発生する。
これに伴って発生する鉄損によってモータコア部分にて
発熱し、永久磁石が加熱される。そして、減磁が生じる
低温状態となることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータに永久磁石
を配置した永久磁石モータの制御装置に関し、特に永久
磁石の材料の物性よって定まる、減磁が生じる運転領域
におけるモータの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータに永久磁石を配置して、ロータ周
囲のステータにより回転磁界を発生させて、この回転磁
界とロータの永久磁石の吸引および反発力によって、ロ
ータを回転させるモータが知られている。このようなモ
ータにおいては、磁束密度の大きい永久磁石を使用する
ことによって、誘導モータなどのように永久磁石を持た
ないモータに対して、小型で強力なモータを作製するこ
とができる。

【０００３】永久磁石の発生する磁束密度は、ある範囲
内では、外部の磁界に比例して変化する。よって、外部
の磁界が除去されれば、元の磁束密度に復帰する。しか
し、外部の磁界が永久磁石の形成する磁界と逆向で、そ
の大きさがある値以上となると、もはや外部の磁界を除
去しても元の磁束密度に復帰せず、これより小さい値と
なる。この現象が減磁である。ロータに用いられた永久
磁石が減磁すると、このモータは所定の性能を発生でき
なくなるので、永久磁石モータは、減磁が起こらない範
囲で運転する必要がある。

【０００４】ところで、永久磁石が減磁しはじめる外部
磁界の値（減磁開始点）は、温度によって変化する。た
とえば、フェライト系磁石の場合、温度が低下すると、
常温時では減磁が起きないような弱い外部磁界によって
も減磁が起こる。すなわち、永久磁石が低温のときに
は、磁石がそれ自身の磁力を保持し続けようとする能力
（保磁力）が低下する。低温環境でモータを使用する場
合、ロータの永久磁石も低温となっている場合がある。
この場合、永久磁石の保持力が低下しており、この状態
でモータを運転するとステータにより形成された磁界が
永久磁石の減磁開始点より強くなり、永久磁石が減磁す
る可能性がある。

【０００５】このような減磁が起きると、たとえ温度が
常温に戻っても永久磁石の磁束密度が初期の値まで復帰
できず、モータは所定の性能を発生できなくなる。永久
磁石の磁束密度を再び初期の値に戻すためには着磁を行
う必要があるが、これはモータを分解して永久磁石を取
り出さなければできない作業であり、現実的な方法では
ない。したがって、実際には減磁を生じさせることがな
いように運転することが要求される。

【０００６】このような低温環境における減磁を防止す
る技術が、特開昭６２−８１９５１号公報に記載されて
いる。この技術によれば、モータの温度が所定の温度以
下となった場合に、予めモータに組み込まれたニクロム
線などの発熱体に通電し、ジュール熱を発生させること
で、永久磁石の温度を上昇させ、保磁力の低下を防止し
ている。また、上記公報には、界磁を発生させるための
コイルに、ロータが回転しない程度の微弱な電流を流し
てジュール熱を発生させ、この熱によって永久磁石の温
度を上昇させ、保磁力の低下を防止する技術も開示され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載された
前者の技術によれば、発熱体などの新たな構成を設ける
必要があり、コストの上昇、大型化および重量増加を招
くことになる。後者の技術によれば前記の問題は生じな
いが、ロータが回転しないような小さな値の電流しか流
せず、発生するジュール熱は電流の２乗に比例するの
で、このような場合十分な発熱が期待できない。また、
本来コイルを形成する導線は抵抗の小さい材料が選ばれ
ているので、この面からも発生するジュール熱は微小と
なる。さらに、発熱するコイルと、加熱されるべき永久
磁石は離れているので、コイルの発熱が効率良く永久磁
石を加熱することとならない。以上のように、前記公報
の後者の技術では、永久磁石を減磁の生じない温度まで
上昇させることはできないか、または非常に長い時間を
要するという問題があった。

【０００８】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、モータの温度が低いときに永久磁石
を効率良く加熱して、減磁することを防止することので
きる永久磁石モータの制御装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる永久磁石モータの制御装置は、永
久磁石の温度を測定する温度測定手段と、温度が所定値
以下の場合、ステータのコイルに高周波電流を供給する
高周波電流供給手段と、を有している。

【００１０】本発明は以上のような構成を有しており、
低温時には、コイルに供給される高周波電流によって高
周波の磁界を発生させ、この高周波磁界の形成に伴って
コア部分にて発生する鉄損によって当該コア部分が発熱
し、永久磁石が加熱される。モータ内部で発生する熱量
Ｗは、

【数１】 で表される。（１）式の第１項はコイルで発生するジュ
ール熱を表し、第２項は鉄損によって発生する熱を表し
ている。単位重量あたりの鉄損ｗ_f は、

【数２】 で表される。なお、（２）式のｄは、モータのコアを形
成する積層された鋼板の一枚の厚さを表すものである。
（２）式から、ステータに発生する磁界の変動周波数を
高くすれば、鉄損が増加することが理解され、（１）式
の第２項が増加しジュール熱のみで加熱する場合よりも
大きな発熱量が得られる。

【００１１】また、鉄損による発熱は、実際に加熱した
い永久磁石に隣接するロータコアでも生じるので、効率
良く永久磁石を加熱することができる。よって、永久磁
石の保磁力が弱くなっている条件で運転されることがな
くなり、永久磁石が減磁されることを防止することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以
下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図１に
は、永久磁石モータ１０の軸直交平面での断面図が示さ
れている。本図においては、直交する２本の対称軸に挟
まれた部分、すなわち全体の４分の１のみが表されてい
る。ステータ１２は、円筒の内側に櫛歯状の磁極を有す
るステータコア１４と、磁極の間に納められたコイル１
６を含んでいる。ロータ１８は、円柱形状のロータコア
２０と、ロータコア２０の周上に所定の間隔を開けて配
置された永久磁石２２とを含んでいる。

【００１３】図２には、上記の永久磁石モータ１０を駆
動モータとして利用した車両の駆動系の構成が示されて
いる。駆動モータ２４には、インバータ２６を介してバ
ッテリ２８より電力が供給される。インバータ２６は、
制御器３０の制御指令に基づき、バッテリ２８からの直
流電流を所定の周波数、振幅の交流電流に変換し、これ
を駆動モータに供給する。制御器３０は、アクセルペダ
ルなどの操作部３２の操作量などに基づき運転者の要求
する出力が達成されるように、インバータ２６の制御を
行う。このように制御される駆動モータ２４の出力は、
減速機および差動装置３６を介してタイヤ３８に伝達さ
れる。また、駆動モータ２４には、永久磁石の温度を検
出するのに好適な位置に温度検出器４０が設けられてい
る。温度検出器４０の設置位置は、永久磁石に直接設け
ても、また近傍に設けても良く、さらには永久磁石との
温度差が小さいと考えられる場合にはステータに取り付
けることも可能である。

【００１４】図３には、制御器３０のインバータ制御に
かかる制御ブロック図が示されている。操作部３２の操
作量に基づくトルク指令τ＊により、駆動電流指令演算
部４２において、三相の駆動電流指令ｉτｕ，ｉτｖ，
ｉτｗが算出される。一方、温度検出器４０で検出され
た温度に基づき、温度判定部４４はこの温度が駆動モー
タ２４を運転した場合に永久磁石の減磁が起こる温度で
あるかを判定する。減磁が起こる温度であると判断する
と、加熱電流指令演算部４６に対し、加熱用の高周波電
流指令を生成する指令を送る。加熱電流指令演算部４６
では、三相の高周波加熱電流指令ｉｈｕ，ｉｈｖ，ｉｈ
ｗが次式に基づき算出される。

【００１５】

【数３】 そして、加算器４８において、駆動電流指令と高周波加
熱電流指令の各々の相が加算されて、電流指令ｉｕ＊，
ｉｖ＊，ｉｗ＊が次式に基づき算出される。

【数４】 インバータ制御部５０は（４）式の電流指令に基づきイ
ンバータの制御を行い、インバータ２６はバッテリ２８
からの直流電流を交流電流に変換して駆動モータ２４に
供給する。以上より、温度判定部４４、加熱電流指令演
算部４６、インバータ制御部５０およびインバータ２６
が高周波電流供給手段として機能することが分かる。

【００１６】冷間始動などにおいては、駆動電流指令を
ゼロとすれば（４）式よりモータには高周波加熱電流の
み流れ、停止状態で永久磁石を加熱することができる。
また、走行中に何らかの原因で温度が下がった場合、駆
動電流と高周波加熱電流をモータに印加することによっ
て、永久磁石を加熱することができる。

【００１７】また、温度判定部４４のしきい値を、この
温度以下で駆動モータ２４の運転を行えば永久磁石も減
磁が生じる第１しきい値と、前記第１しきい値より高い
温度の第２しきい値のふたつを設けることも可能であ
る。この場合、駆動モータ２４の温度が第１しきい値以
下の場合は、駆動電流指令演算部４２に駆動電流指令を
０とする指令を行い駆動モータ２４の運転を禁止し、高
周波加熱電流のみを駆動モータ２４に供給する。また、
駆動モータ２４の温度が第１と第２のしきい値の間の温
度である場合、（４）式に基づき駆動電流および高周波
加熱電流を駆動モータ２４に供給する。

【００１８】このように、温度に関するふたつのしきい
値を設けた場合、永久磁石の減磁が起きる温度では、モ
ータの運転を禁止し、減磁の起きる温度になる手前にお
いて、この温度にならないように予め永久磁石の加熱を
行うことができる。したがって、冷間始動において、永
久磁石が十分に暖められていないときに走行することを
防止し、運転中に永久磁石の温度が下がってきた場合、
減磁の起きる温度になる前に予め加熱を行い、減磁の起
きる温度にならないようにして、走行を継続することが
できる。よって、減磁の起こる温度領域で駆動モータの
運転を行うことを確実に禁止することができる。

【００１９】本実施形態においては、三相交流電流で高
周波加熱電流を供給したが、次式で表される電流を供給
し、交番磁界を発生させても良い。

【数５】 また、（５）式で表される電流は、ｕ相、ｖ相に供給さ
れるが、（ｕ相，ｖ相）、（ｖ相、ｗ相）、（ｗ相，ｕ
相）と順次供給する相を変更すれば、均一に加熱するこ
とができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、高周波電流によって、
ジュール熱に加えて鉄損による発熱によって加熱するこ
とができ、より強い加熱を行うことができる。また、鉄
損による発熱は、実際に加熱したい永久磁石に隣接する
ロータコアでも生じるので、効率良く永久磁石を加熱す
ることができる。よって、永久磁石の保磁力が弱くなっ
ている条件で運転されることがなくなり、永久磁石が減
磁されることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 永久磁石モータの構成を示す図である。

【図２】 本発明にかかるモータ制御装置を適用した車
両の駆動機構の構成を示す図である。

【図３】 本発明にかかるモータ制御装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】 ４０ 温度検出器、２６ インバータ（高周波電流供給
手段）、４４ 温度判定部（高周波電流供給手段）、４
６ 加熱電流指令演算部（高周波電流供給手段）、５０
インバータ制御部（高周波電流供給手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータに設けられたコイルに電流を流
   して発生された回転磁界によって、永久磁石を有するロ
   ータを回転させる永久磁石モータの運転を制御する制御
   装置であって、 前記永久磁石の温度を測定する温度測定手段と、 前記温度が所定値以下の場合、前記ステータのコイルに
   高周波電流を供給する高周波電流供給手段と、を有する
   永久磁石モータの制御装置。