JP6213407B2 - モータのトルクを推定する方法及び装置 - Google Patents
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Description
(磁界等)
図1に、板状の永久磁石の断面を示す。この永久磁石は、厚み方向に着磁されており、永久磁石の周囲には、N極からS極に向かう磁界(磁場)が形成されている。ここでは永久磁石が着磁される方向の磁界の強さを記号Hで表す。
図2に、磁性体のヒステリシスカーブ(磁気履歴曲線)を模式的に示す。実線が、縦軸を磁束密度Bで表したB−H曲線であり、破線は、そのB−H曲線を換算して得られる、縦軸を磁化Jで表したJ−H曲線である。ヒステリシスカーブは、直流磁化特性測定装置(B−Hトレーサー)等を用いて測定することができる。
図3に、減磁曲線(B−H曲線)を模式的に示す。減磁曲線は温度によって変化し、C1は常温の減磁曲線を、C2は100℃以上の高温の減磁曲線を、それぞれ表している。L1,L2は、傾きが、反磁界Hdと磁束密度Bとの比(B/Hd)である動作線を表している。これら動作線L1,L2の傾きは、磁石の形状や寸法等によって定まり、パーミアンス係数と呼ばれる。
本発明では、減磁が生じ得る永久磁石式のモータ(PMモータ)を主たる対象とする。
図5に、本実施形態のトルク推定装置の一例を示す(以下、単に装置1ともいう)。この装置1のハードウエアは、いわゆるコンピュータシステムであり、CPU2(演算部に相当)、ROM、RAM、HDD等のメモリ3(記憶部に相当)、ディスプレイ4(表示部)、キーボード5やマウス6等(入力部)などで構成されている。
図6のフローチャートを参照しながら、トルク推定装置1により、モータのトルクを推定する方法について説明する。このトルク推定方法は、減磁を適切に反映することで、モータのトルクが高精度に推定できるように工夫されている。なお、便宜上、説明では2次元解析モデルを用いるが、3次元解析モデルにも適用可能である。
本工程では、少なくとも基準温度と対象温度とにおいて、解析対象とされるモータの永久磁石(以下、単に永久磁石ともいう)の減磁曲線を実測し、これら温度別の減磁曲線をデータ化して記憶する処理が行われる。
本工程では、磁化J及び残留磁束密度Brの比率と、不可逆減磁率と、の相関からなる永久磁石の減磁関数を取得し、その減磁関数をデータ化して記憶する処理が行われる。
本工程では、取得した減磁曲線及び減磁関数を用いてトルクの推定が行われる。トルク推定工程30は、主に、動作点情報取得ステップ31、要素別減磁率算出ステップ32、減磁後減磁曲線取得ステップ33、及び減磁後トルク算出ステップ34で構成されている。
本ステップでは、有限要素法による磁場解析により、永久磁石に設定される複数の要素の各々について、対象温度、制御条件(電流条件)を入力して、その際の動作点Pwの位置データを、ロータの回転角度ごとに算出する処理が行われる。
本ステップでは、動作点情報取得ステップ31で算出された動作点Pwの位置データに基づいて、各要素での磁化Jの最小値を取得し、これら磁化Jの最小値を減磁関数に代入することにより、減磁率の最大値を要素ごとに算出する処理が行われる。
本ステップでは、記憶した基準温度の減磁曲線に、算出された減磁率を適用することにより、減磁後の減磁曲線を取得する処理が行われる。
減磁後減磁曲線取得ステップ33において、要素ごとに、基準温度における減磁後のJ−H曲線Cs’が得られたことから、本ステップでは、この減磁後の減磁曲線Cs’を用いた有限要素法による磁場解析により、トルクを算出する処理が行われる。
10 材料特性取得工程
20 減磁関数取得工程
30 トルク推定工程
50 モータ
55 永久磁石
Claims (5)
- ロータとステータとの対向部位に複数の永久磁石が配置されているモータのトルクを推定する方法であって、
少なくとも基準温度と不可逆減磁が生じ得る対象温度とにおいて、前記永久磁石の減磁曲線を実測し、これら温度別の減磁曲線をデータ化して記憶する材料特性取得工程と、
不可逆減磁率と、磁化及び残留磁束密度の比率と、の相関からなる前記永久磁石の減磁関数を取得し、当該減磁関数をデータ化して記憶する減磁関数取得工程と、
前記減磁曲線及び前記減磁関数を用いてトルクを推定するトルク推定工程と、
を含み、
前記トルク推定工程は、
有限要素法による磁場解析により、前記永久磁石に設定される複数の要素の各々について、前記対象温度における減磁曲線上の動作点の位置データを、前記ステータに対する前記ロータの回転角度ごとに算出する動作点情報取得ステップと、
算出された前記動作点の位置データに基づいて、前記要素の各々において磁化の最小値を取得し、当該磁化の最小値を前記減磁関数に代入することにより、前記不可逆減磁率を前記要素ごとに算出する要素別減磁率算出ステップと、
記憶した前記基準温度の減磁曲線に、前記不可逆減磁率を適用することにより、減磁後の減磁曲線を取得する減磁後減磁曲線取得ステップと、
前記減磁後の減磁曲線を用いた有限要素法による磁場解析により、トルクを算出する減磁後トルク算出ステップと、
を含み、
前記減磁関数取得工程が、
前記永久磁石の試験片を用いた熱減磁試験により、温度別の不可逆減磁率を実測する実測ステップと、
各温度時の前記試験片の磁化を、有限要素法による磁場解析によって算出する解析ステップと、
を含むトルクの推定方法。 - 請求項1に記載のトルクの推定方法において、
前記モータは、弱め磁束制御が行われるモータであり、
前記動作点情報取得ステップにおいて、
前記動作点の位置データの算出に、前記弱め磁束制御によって前記永久磁石に外部から逆向きに作用する外部磁界が適用されているトルクの推定方法。 - 請求項2に記載のトルクの推定方法において、
前記モータは、自動車の駆動モータであり、
前記永久磁石がNd−Fe−B系焼結磁石であるトルクの推定方法。 - 請求項3に記載のトルクの推定方法において、
前記対象温度が−40〜200℃の範囲内にあるトルクの推定方法。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のトルクの推定方法を用いることにより、前記モータのトルクの推定が可能な装置であって、
前記減磁曲線及び前記減磁関数の各データと、
前記各データを用いて減磁解析を実行する減磁解析プログラムと、
前記磁場解析を実行する磁場解析プログラムと、
を記憶する記憶部と、
前記記憶部と協働して前記トルク推定工程の各ステップの演算処理を行う演算部と、
を備える装置。
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