JP6428519B2 - Magnet temperature estimation system, motor, and magnet temperature estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、磁石温度推定システム、モータ、及び、磁石温度推定方法に関する。 The present invention relates to a magnet temperature estimation system, a motor, and a magnet temperature estimation method.
同期電動機の一つとして、回転子に永久磁石を備える永久磁石型のモータが知られている。このような永久磁石型のモータにおいては、固定子に設けられた固定子コイルは電力が印加されると回転磁界が発生し、回転磁界が永久磁石に作用することにより、回転子が固定子内にて回転する。 As one of synchronous motors, a permanent magnet type motor having a permanent magnet in a rotor is known. In such a permanent magnet type motor, the stator coil provided in the stator generates a rotating magnetic field when electric power is applied, and the rotating magnetic field acts on the permanent magnet, so that the rotor is within the stator. Rotate at.
一般に、モータの回転速度が速くなるほど、回転子に設けられた永久磁石の温度が上昇する。また、永久磁石は、ある上限温度を超えると不可逆に消磁してしまい磁力を失ってしまうことが知られている。そのため、永久磁石の温度を測定し、永久磁石が上限温度に達しないようにモータの回転速度を制限する必要がある。 Generally, the temperature of the permanent magnet provided in the rotor increases as the rotation speed of the motor increases. Further, it is known that permanent magnets irreversibly demagnetize and lose magnetic force when a certain upper limit temperature is exceeded. Therefore, it is necessary to measure the temperature of the permanent magnet and limit the rotation speed of the motor so that the permanent magnet does not reach the upper limit temperature.
しかしながら、永久磁石の温度を測定するために温度センサを用いると、温度センサを回転子に組み込む必要があるため、モータの小型化が困難になる。そこで、温度センサを用いずに永久磁石の温度を推定する方法が検討されている。例えば、特許文献１には、モータに印加される電流と、固定子にて発生する誘起電圧とを用いて、永久磁石の温度を推定する方法が開示されている。
However, if a temperature sensor is used to measure the temperature of the permanent magnet, it is necessary to incorporate the temperature sensor into the rotor, which makes it difficult to reduce the size of the motor. Therefore, a method for estimating the temperature of the permanent magnet without using a temperature sensor has been studied. For example,
特許文献１に開示された方法では、モータの回転速度が遅い場合には、誘起電圧が小さくなるため、永久磁石の温度の推定精度が悪くなるという課題がある。
The method disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの回転子が備える永久磁石の温度の推定精度を向上させることができる、磁石温度推定システム、モータ、及び、磁石温度推定方法を提供することである。 This invention is made | formed in view of the said subject, The place made into the objective is the magnet temperature estimation system which can improve the estimation precision of the temperature of the permanent magnet with which the rotor of a motor is equipped, a motor, and It is to provide a magnet temperature estimation method.
本発明の磁石温度推定システムは、固定子コイルを備える固定子と、永久磁石を備える回転子とからなるモータ、及び、永久磁石の温度を推定する磁石温度推定装置を有する。回転子は、永久磁石の磁束の少なくとも一部と鎖交する磁石コイルと、磁石コイルと接続されるとともに、永久磁石と接触するように設けられるサーミスタと、を有する。磁石温度推定装置は、回転子を回転駆動させる駆動周波数の交流電力を固定子コイルに印加する電力供給部と、駆動周波数とは周波数が異なる測定周波数の交流電力を駆動周波数の交流電力に重畳させる重畳部と、測定周波数の電力に基づいてインピーダンスを測定し、測定したインピーダンスに応じて永久磁石の温度を推定する温度推定部と、を有する。 The magnet temperature estimation system of the present invention includes a motor including a stator including a stator coil and a rotor including a permanent magnet, and a magnet temperature estimation device that estimates the temperature of the permanent magnet. The rotor includes a magnet coil interlinking with at least a part of the magnetic flux of the permanent magnet, and a thermistor connected to the magnet coil and provided so as to come into contact with the permanent magnet. The magnet temperature estimating device superimposes AC power of a measurement frequency different from the drive frequency on the AC power of the drive frequency, and a power supply unit that applies AC power of the drive frequency that rotates the rotor to the stator coil. A superimposing unit; and a temperature estimating unit that measures impedance based on power at a measurement frequency and estimates a temperature of the permanent magnet according to the measured impedance.
本発明によれば、磁石温度推定装置により測定される測定周波数でのインピーダンスは、永久磁石の温度と相関関係があることが知られている。そのため、測定周波数でのインピーダンスを測定することにより、永久磁石の温度を推定することができる。 According to the present invention, it is known that the impedance at the measurement frequency measured by the magnet temperature estimation device has a correlation with the temperature of the permanent magnet. Therefore, the temperature of the permanent magnet can be estimated by measuring the impedance at the measurement frequency.
また、モータの回転時には、磁石コイルと鎖交する回転磁界の磁束量の変化に起因して誘起電力が発生し、サーミスタに電流が流れる。ここで、サーミスタは、ある温度範囲を上回ると抵抗値が大きく変わるような温度特性を有している。また、サーミスタは永久磁石と隣接するように設けられているため、サーミスタと永久磁石とは温度が同じであるとみなすことができる。したがって、測定周波数でのインピーダンスと永久磁石の温度との相関関係にサーミスタの温度特性が影響を及ぼすことになる。そのため、測定周波数でのインピーダンスの単位温度あたりの変化量が大きくなり、測定周波数でのインピーダンスと永久磁石の温度との相関関係が顕著になる。したがって、磁石温度推定装置が、永久磁石の温度がサーミスタの抵抗値の変化量が大きく変わる温度範囲に達したか否かの判定を確実に行うことができるようになるため、永久磁石の温度の推定精度を向上させることができる。 Further, when the motor rotates, an induced power is generated due to a change in the amount of magnetic flux of the rotating magnetic field interlinked with the magnet coil, and a current flows through the thermistor. Here, the thermistor has such a temperature characteristic that the resistance value greatly changes when exceeding a certain temperature range. Further, since the thermistor is provided adjacent to the permanent magnet, the thermistor and the permanent magnet can be regarded as having the same temperature. Therefore, the temperature characteristic of the thermistor affects the correlation between the impedance at the measurement frequency and the temperature of the permanent magnet. Therefore, the amount of change per unit temperature of the impedance at the measurement frequency becomes large, and the correlation between the impedance at the measurement frequency and the temperature of the permanent magnet becomes significant. Therefore, the magnet temperature estimation device can reliably determine whether the temperature of the permanent magnet has reached the temperature range in which the amount of change in the resistance value of the thermistor greatly changes. The estimation accuracy can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁石温度推定システムについて説明する。
(First embodiment)
A magnet temperature estimation system according to a first embodiment of the present invention will be described.
図１は、第１実施形態による磁石温度推定システムの概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnet temperature estimation system according to the first embodiment.
磁石温度推定システム１００は、モータ１と、磁石温度推定装置２とにより構成される。
The magnet
モータ１は、３相で動作する永久磁石型の回転同期機（ＰＭＳＭ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）である。モータ１は、中空円柱状の固定子１１と、固定子１１の中空部に回転可能に設けられた回転子１２とにより構成されている。
The
固定子１１は、固定子コイルを備えており、所定の駆動周波数の交流電力が固定子コイルに供給されると所定のタイミングで回転磁界を発生する。
The
回転子１２は、永久磁石を備えている。固定子１１の固定子コイルにより発生する回転磁界が永久磁石に作用することにより、固定子コイルと永久磁石とが誘引または反発することで回転駆動力が発生して、回転子１２が固定子１１内で回転する。
The
磁石温度推定装置２は、モータ１に駆動周波数の交流電力を供給するとともに、モータ１の回転子１２が備える永久磁石の温度を推定する。
The magnet
次に、図２を参照して、モータ１の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図２は、モータ１の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
モータ１の固定子１１には、固定子１１の軸方向に貫通するスロット２１が、固定子１１の周方向に等間隔に複数形成されている。このように固定子１１にスロット２１を複数形成することにより、隣接するスロット２１の間にティース２２が構成される。そして、ティース２２を巻回するように、固定子コイル２３が設けられている。
A plurality of
回転子１２においては、軸方向に延在する空隙２４が形成されており、空隙２４に磁石部２５が挿入されている。磁石部２５は、略対向するように対をなしており、対をなした磁石部２５が、周方向に等間隔に設けられる。略対向する磁石部２５は、対向面が同じ極性となるように配置される。また、略対向する磁石部２５と、その隣にて略対向する磁石部２５とは、互いの対向面の極性が異なるように配置される。具体的には、図２に示すように、略対向する磁石部２５Ａと磁石部２５Ｂの隣に略対向する磁石部２５Ｃ及び磁石部２５Ｄが設けられている場合には、磁石部２５Ａと磁石部２５Ｂの対向面がＮ極であれば、磁石部２５Ｃと２５Ｄの対向面がＳ極となる。
In the
固定子コイル２３は、磁石温度推定装置２から交流電力が印加されると回転磁界を発生させる。固定子コイル２３による回転磁界の方向は印加される交流電力の位相に応じて変化するため、固定子コイル２３と回転子１２の磁石部２５とが誘引と反発とを交互に繰り返すことで回転駆動力が発生し、固定子１１内で回転子１２が回転する。
The
次に、図３を参照して、磁石部２５の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図３は、磁石部２５の概略構成図である。図３における上下方向は、回転子１２の軸方向、すなわち、図２における紙面に向かう方向を示している。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
磁石部２５は、回転子１２の軸方向に積層された複数の永久磁石３１により構成されている。例えば、モータ１が高効率の運転が求められる電動自動車などに用いられる場合には、磁石部２５は、複数の永久磁石３１により構成されることが多い。固定子コイル２３が印加される交流電流に応じた回転磁界を発生させると、回転子１２の磁石部２５の表面において渦電流が発生して損失が発生してしまう。そこで、磁石部２５を複数の永久磁石３１により構成することにより、磁石部２５を１つの永久磁石により構成する場合と比較すると、表面積を小さくすることができる。このようにすることで、渦電流の経路が短くなり、渦電流による損失を低減することができる。
The
また、磁石部２５においては、永久磁石３１の磁束の少なくとも一部と鎖交するように磁石コイル３２が巻回されている。また、永久磁石３１と隣接するようにサーミスタ３３が設けられており、サーミスタ３３と磁石コイル３２とは接続されている。なお、永久磁石３１とサーミスタ３３とは熱伝導性が高い接着部材３４により接合されている。なお、接着部材３４は、例えば、アルミナや、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの熱伝導性に優れた材料がフィラーとして含有された接着剤である。
In the
サーミスタ３３は、所定の温度領域を上回ると抵抗値が急激に変化する性質を有する電子部材である。本実施形態においては、サーミスタ３３は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタであり、ある温度範囲を超えると抵抗値が急激に大きくなる温度特性を有する。ＰＴＣサーミスタの詳細な温度特性について、図４を用いて説明する。
The
図４は、ＰＴＣサーミスタの温度特性を示す図である。横軸に温度が示されており、縦軸に抵抗値が常用対数で示されている。図４を参照すると、ＰＴＣサーミスの抵抗は、キュリー温度Ｔｃを超えると急激に大きくなる。また、一般に、永久磁石は、ある温度を上回ると消磁してしまい常温に戻っても着磁しないという不可逆消磁の性質がある。なお、サーミスタの抵抗値の変化量が急激に変わる温度は、一般に、キュリー温度と称される。本実施形態においては、キュリー温度Ｔｃが永久磁石３１の不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いＰＴＣサーミスタが、サーミスタ３３として用いられるものとする。
FIG. 4 is a diagram showing temperature characteristics of the PTC thermistor. The horizontal axis shows temperature, and the vertical axis shows resistance value in common logarithm. Referring to FIG. 4, the resistance of PTC thermisties increases rapidly when the Curie temperature Tc is exceeded. In general, permanent magnets have an irreversible demagnetization property such that they demagnetize above a certain temperature and do not magnetize even when the temperature returns to room temperature. The temperature at which the amount of change in the resistance value of the thermistor changes abruptly is generally called the Curie temperature. In the present embodiment, a PTC thermistor having a Curie temperature Tc lower than the irreversible demagnetization temperature Te of the
次に、図５を用いて、磁石温度推定装置２について説明する。
Next, the magnet
図５は、磁石温度推定装置２のシステム構成図である。なお、各構成の入出力の線に付された２本斜線および３本斜線は、それぞれ、各構成にて入出力される値が２次元、３次元のベクトルであることを示している。
FIG. 5 is a system configuration diagram of the magnet
図５に示すように、磁石温度推定装置２は、電力供給部５１と、重畳部５２と、磁石温度推定部５３とを有する。
As shown in FIG. 5, the magnet
電力供給部５１は、不図示のモータコントローラなどからリミッタ５３３を経て入力される基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**に応じて、駆動周波数（基本波）の交流電力である３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗをモータ１に出力することにより、モータ１を回転駆動させる。
The
重畳部５２には、磁石部２５の温度を推定するために、基本波の駆動周波数よりも周波数が高い高調波である測定周波数の高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*が入力される。そして、重畳部５２は、入力に応じた高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を電力供給部５１に出力することで、電力供給部５１がモータ１に供給する交流電力に高調波成分の電力を重畳する。
In order to estimate the temperature of the
磁石温度推定部５３は、入力される高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*、及び、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を用いて、測定周波数でのインピーダンスを求め、求めたインピーダンスを用いて磁石部２５の磁石温度Ｔｍを推定する。そして、磁石温度推定部５３は、推定した磁石温度Ｔｍに応じて、リミッタ５３３を用いて電力供給部５１に入力される基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**を制限し、モータ１の回転速度を制限する。
The
なお、基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*の周波数は、モータ１を回転させる回転速度に応じて変化する。また、基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*は、回転座標軸（ｄｑ軸）を用いて表されている。
Note that the frequencies of the fundamental wave current command values idsf * and iqsf * vary according to the rotational speed at which the
高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*は、上述のように、磁石部２５の温度の推定に用いる高調波の電力をモータ１に供給するための指令値である。高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*の周波数は、モータ１の回転中には変更されず一定であるものとする。また、本実施形態では、高調波成分の指令値によってモータ１に回転トルクを発生させないように、ｑ軸成分の高調波電流指令値ｉｑｓｃ*をゼロとし、ｄ軸成分の高調波電流指令値ｉｄｓｃ*だけが変更されて磁石温度推定装置２に入力されるものとする。また、高調波電流指令値の振幅は、モータ１への影響を小さくするために、基本波電流指令値の振幅よりも小さいものとする。
The harmonic current command values idsc * and iqsc * are command values for supplying the
以下では、電力供給部５１、重畳部５２、及び、磁石温度推定部５３の詳細な構成について説明する。
Below, the detailed structure of the electric
電力供給部５１は、減算器５１１、電流制御部５１２、加算器５１３、座標変換部５１４、電力変換部５１５、電流検出部５１６、座標変換部５１７、及び、バンドストップフィルター５１８を備える。
The
また、電力供給部５１においては、磁石温度推定部５３のリミッタ５３３を経た基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**が、減算器５１１に入力されるとともに、重畳部５２の共振制御部５２２から高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*が、加算器５１３に入力される。そして、電力供給部５１は、これらの入力に応じて、３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗをモータ１に出力する。
In the
減算器５１１は、基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**から、それぞれ基本波検出電流値ｉｄｓｆ、ｉｑｓｆを減算し、これらの減算結果を電流制御部５１２に出力する。なお、基本波検出電流値ｉｄｓｆ、ｉｑｓｆは、モータ１に印加され電流の検出値の基本波成分である。
The
電流制御部５１２は、減算器５１１の減算結果がそれぞれゼロに近づくように、すなわち、基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**と、基本波電流検出値ｉｄｓｆ、ｉｑｓｆとの偏差がなくなるように比例積分制御を行い、第１電圧指令値ｖｄ０*、ｖｑ０*を加算器５１３に出力する。
The
加算器５１３は、電流制御部５１２から出力された第１電圧指令値ｖｄ０*、ｖｑ０*に、重畳部５２の共振制御部５２２から出力された高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を加算する。そして、加算器５１３は、高調波成分が重畳された第２電圧指令値ｖｄｓ*、ｖｑｓ*を座標変換部５１４へ出力する。
The
座標変換部５１４は、加算器５１３から出力された第２電圧指令値ｖｄｓ*、ｖｑｓ*に対して、回転座標（ｄｑ軸）から３相座標（ｕｖｗ相）への変換を行い、３相電圧指令値ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*を算出する。そして、座標変換部５１４は、算出した３相電圧指令値ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*を、電力変換部５１５に出力する。
The coordinate
電力変換部５１５は、例えばコンバータとインバータで構成される電力変換回路を備えている。また、電力変換部５１５には、不図示のバッテリーから直流電力が供給されている。電力変換部５１５は、３相電圧指令値ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*によりインバータが制御されることで、バッテリーからの直流電力を交流である３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換して、モータ１に出力する。なお、インバータとしては、電圧型インバータまたは電流型インバータを用いることができる。
The
電流検出部５１６は、例えばホール素子などを用いて構成され、３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗがモータ１に印加される際に、磁石温度推定装置２からモータ１へと流れる３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。電流検出部５１６は、検出した３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを座標変換部５１７に出力する。
The
座標変換部５１７は、電流検出部５１６により検出された３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに対して、３相座標から回転座標への座標変換を行い、検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓを求める。そして、座標変換部５１７は、求めた検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓを、バンドストップフィルター５１８、および、重畳部５２のバンドパスフィルター５２３に出力する。
The coordinate
バンドストップフィルター５１８は、重畳された高調波の周波数帯の信号をカットする。これにより、バンドストップフィルター５１８は、検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓの高調波成分をカットして求めた基本波検出電流値ｉｄｓｆ、ｉｑｓｆを減算器５１１に出力する。
The
重畳部５２は、減算器５２１と、共振制御部５２２と、バンドパスフィルター５２３とを備える。重畳部５２は、減算器５２１への高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*の入力に応じて、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を電力供給部５１の加算器５１３および磁石温度推定部５３の温度推定部５３１に出力する。
The superimposing
バンドパスフィルター５２３は、高調波の周波数帯の信号のみを通す。これにより、バンドパスフィルター５２３は、座標変換部５１７から出力される検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓの基本波成分をカットして求めた高調波検出電流値ｉｄｓｃ、ｉｑｓｃを減算器５２１に出力する。
The
減算器５２１には、高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*が入力されるとともに、バンドパスフィルター５２３からの高調波検出電流値ｉｄｓｃ、ｉｑｓｃがフィードバック入力される。減算器５２１は、高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*から高調波検出電流値ｉｄｓｃ、ｉｑｓｃを減算し、その減算結果を共振制御部５２２に出力する。
To the
共振制御部５２２は、減算器５２１からの出力がゼロに近づくように、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を生成する。そして、共振制御部５２２は、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を、電力供給部５１の加算器５１３、及び、磁石温度推定部５３の温度推定部５３１に出力する。
The
なお、共振制御部５２２は、高調波電圧指令値の振幅や、高調波電圧指令値の出力間隔を任意に設定することができる。なお、ｑ軸成分の高調波電圧指令値ｖｑｓｃ*は、モータ１の回転トルクの制御に用いられる。そのため、モータ１の回転トルクに影響を与えないように、共振制御部５２２は、ｑ軸成分の高調波電圧指令値ｖｑｓｃ*としてゼロを出力し、ｄ軸成分の高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*のみを変化させて出力する。
The
本実施形態では、共振制御部５２２は、パルセイティング・ベクトル・インジェクション（Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ ｖｅｃｔｏｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式によって高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*を出力するものとする。具体的には、共振制御部５２２は、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*に正負の符号を交互に付して出力する。このようにすることにより、モータ１への指令値として加算器５１３から出力される第２電圧指令値ｖｄｓ*、ｖｑｓ*においては、ｄ軸方向に高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*の進みと遅れとが交互に生じることになる。
In the present embodiment, it is assumed that the
磁石温度推定部５３は、温度推定部５３１と、磁石保護部５３２と、リミッタ５３３とを備える。リミッタ５３３には、基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*が入力される。また、温度推定部５３１には、高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*が入力されるとともに、重畳部５２の共振制御部５２２から高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*が入力される。なお、上述のように、ｑ軸成分の高調波電流指令値ｉｑｓｃ*、及び、高調波電圧指令値ｖｑｓｃ*はゼロである。そして、磁石温度推定部５３は、高調波電圧指令値と高調波電流指令値とを用いて測定したインピーダンスに応じて、磁石部２５の温度を推定する。
The magnet
温度推定部５３１は、重畳される高調波の周波数に応じた不図示のバンドパスフィルターを有しており、パルセイティング・ベクトル・インジェクション方式で印加された高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*の正または負のいずれかの値を抽出する。温度推定部５３１は、入力された高調波電流指令値ｉｄｓｃ*と、バンドパスフィルターを経た高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*とを用いて、高調波成分のインピーダンスＺｈを算出することができる。
The
ここで、高調波成分のインピーダンスＺｈの実部Ｒｄは、固定子１１の磁石部２５の温度と相関関係があることが知られている。そのため、温度推定部５３１は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石部２５の温度との相関関係を示すテーブルを予め記憶しておき、算出した高調波インピーダンスの実部Ｒｄと記憶している相関関係を示すテーブルとを用いて、磁石部２５の温度を推定することができる。
Here, it is known that the real part Rd of the impedance Zh of the harmonic component has a correlation with the temperature of the
磁石保護部５３２は、温度推定部５３１により推定された磁石部２５の磁石温度Ｔｍに応じて、モータ１への供給電力の上限指令値である最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*を出力する。また、磁石保護部５３２は、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを、モータ１の回転を停止する停止温度Ｔｓｔｏｐとして記憶している。
The
磁石保護部５３２は、磁石温度Ｔｍと停止温度Ｔｓｔｏｐとを比較し、比較結果に応じて最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*を出力する。磁石温度Ｔｍが停止温度Ｔｓｔｏｐ以下である場合には（Ｔｍ≦Ｔｓｔｏｐ）、磁石保護部５３２は、モータ１を停止する必要はないと判断し、設計上の最大の電流指令値を最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*として出力する。一方、磁石温度Ｔｍが停止温度Ｔｓｔｏｐより大きい場合には（Ｔｍ＞Ｔｓｔｏｐ）、磁石保護部５３２は、モータ１を停止する必要があると判断し、最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*としてゼロを出力する。
The
リミッタ５３３には、モータコントローラなどからの基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*が入力されるとともに、磁石保護部５３２から最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*が入力される。リミッタ５３３は、基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*と、最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*とのうちの小さい方の指令値を、基本波電流指令値ｉｄｓｆ**、ｉｑｓｆ**として出力する。このようにすることで、例えば、磁石保護部５３２が最大電流指令値としてゼロをリミッタ５３３に出力した場合には、リミッタ５３３から出力される基本波電流指令値がゼロになるため、モータ１を停止することができる。
The
ここで、図６を用いて、温度推定部５３１により測定される高調波インピーダンスの実部Ｒｄと、磁石部２５の温度との相関関係について説明する。
Here, the correlation between the real part Rd of the harmonic impedance measured by the
図６は、磁石温度推定装置２にて磁石温度が推定される一般的なモータをモデル化した等価回路を示す図である。この図においては、図６（６）にモータの構成が示されており、図６（６）には図６（ａ）のモータと等価な磁束回路が示されている。この図におけるモータの磁石部２５は、磁石コイル３２およびサーミスタ３３を備えておらず、永久磁石３１のみで構成されているものとする。
FIG. 6 is a diagram showing an equivalent circuit in which a general motor whose magnet temperature is estimated by the magnet
なお、この図においては、図５に示した電力変換部５１５から出力される３相電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗの高調波成分が高調波電圧Ｖｈとして固定子コイル２３に印加される。また、固定子コイル２３に印加される電流の高調波成分が高調波電流Ｉｈとして示されている。この高調波電流Ｉｈは、図５の電流検出部５１６にて検出される３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの高調波成分である。
In this figure, the harmonic components of the three-phase voltages vu, vv, vw output from the
図６を参照すれば、固定子コイル２３に磁石温度推定装置２（図６では不図示）から高調波電圧Ｖｈが印加されると、固定子コイル２３と磁石部２５との間に高調波成分を有する回転磁界が発生する。一方、磁石部２５の表面においては、固定子コイル２３により発生する回転磁界の高調波成分に応じて渦電流が発生する。そのため、磁石部２５は、インダクタンス成分を有することになる。このようにして、モータ１が回転しているときには、固定子１１と回転子１２とにより磁束回路が構成されることになる。
Referring to FIG. 6, when a harmonic voltage Vh is applied to the
ここで、固定子コイル２３は、抵抗成分がＲｃであり、インダクタンス成分がＬｃであるものとする。
Here, the
また、磁石部２５は、抵抗成分がＲｍであり、インダクタンス成分がＬｍであるものとする。磁石部２５の抵抗成分Ｒｍは、複数の永久磁石３１の抵抗値を合成した値となる。また、磁石部２５の抵抗成分Ｒｍは、磁石温度Ｔｍに応じて変化するためＲｍ（Ｔｍ）と示すことができる。磁石部２５のインダクタンス成分Ｌｍは、複数の永久磁石３１のインダクタンス成分を合成した値となる。また、磁石部２５のインダクタンス成分Ｌｍは、磁石温度Ｔｍ、および、高調波電流値Ｉｈに応じて変化するため、Ｌｍ（Ｔｍ，Ｉｈ）と示すことができる。
Moreover, the
ここで、高調波電圧Ｖｈと高調波電流値Ｉｈとから、Ｚｈ＝Ｖｈ／Ｉｈの関係を用いて高調波インピーダンスＺｈを演算する。そのような場合には、高調波インピーダンスＺｈの実部Ｒｄは、式（１）で表される。 Here, the harmonic impedance Zh is calculated from the harmonic voltage Vh and the harmonic current value Ih using the relationship of Zh = Vh / Ih. In such a case, the real part Rd of the harmonic impedance Zh is expressed by Expression (1).
ただし、Ｍは相互インダクタンス、ωは高調波電圧Ｖｈの角周波数である。なお、相互インダクタンスＭは、磁石温度Ｔｍ、および、高調波電流値Ｉｈに応じて変化するため、Ｍ（Ｔｍ，Ｉｈ）と示される。式（１）によれば、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、磁石部２５の温度である磁石温度Ｔｍと、図７に示すような相関関係がある。
Where M is the mutual inductance, and ω is the angular frequency of the harmonic voltage Vh. Since mutual inductance M changes according to magnet temperature Tm and harmonic current value Ih, it is indicated as M (Tm, Ih). According to the equation (1), the real part Rd of the harmonic impedance has a correlation as shown in FIG. 7 with the magnet temperature Tm which is the temperature of the
図７は、図６に示したような、磁石部２５が磁石コイル３２およびサーミスタ３３を備えていないモータにおける、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係を示すグラフである。横軸は、磁石温度Ｔｍを示し、縦軸は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄを示している。図７には、磁石温度Ｔｍが増加すると高調波インピーダンスの実部Ｒｄが増加するような相関関係が示されている。そのため、温度推定部５３１は、求めた高調波インピーダンスの実部Ｒｄと、図７に示したような相関関係とを用いることにより、磁石温度Ｔｍを推定することができる。
FIG. 7 is a graph showing the correlation between the real part Rd of the harmonic impedance and the magnet temperature Tm in the motor in which the
次に、本実施形態のように、磁石部２５が磁石コイル３２およびサーミスタ３３を備えているモータについて説明する。このようなモータでは、回転子１２が回転する場合には、固定子コイル２３による回転磁界が磁石コイル３２を交番するため、磁石コイル３２において誘起電力が発生し、磁石コイル３２およびサーミスタ３３に電流が流れる。したがって、モータ１は、図８に示したような等価回路となる。
Next, a motor in which the
図８は、本実施形態のような、磁石部２５が磁石コイル３２およびサーミスタ３３を備えるモータ１の等価回路を示す図である。図８は、図６に示した一般的なモータの等価回路と比較すると、磁石コイル３２およびサーミスタ３３に起因する抵抗成分及びインダクタンス成分が追加されている。ここで、この等価回路においては、永久磁石３１は、抵抗成分がＲｍ１であり、インダクタンス成分がＬｍ１であるものとする。また、磁石コイル３２及びサーミスタ３３は、抵抗成分がＲｍ２であり、インダクタンス成分がＬｍ２であるものとする。
FIG. 8 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the
ここで、式（１）における磁石部２５の抵抗成分Ｒｍは、永久磁石３１の抵抗成分Ｒｍ１と、磁石コイル３２及びサーミスタ３３の抵抗成分Ｒｍ２とを合成することで求められる。また、磁石部２５のインダクタンス成分Ｌｍは、永久磁石３１のインダクタンス成分Ｌｍ１と、磁石コイル３２及びサーミスタ３３のインダクタンス成分Ｌｍ２とを合成することで求められる。
Here, the resistance component Rm of the
図４に示したように、サーミスタ３３の抵抗値は、キュリー温度Ｔｃを上回ると急激に大きくなる温度特性がある。そのため、式（１）における磁石部２５の抵抗値Ｒｍ（Ｔｍ）の温度特性に、このようなサーミスタ３３の温度特性が加味されることになる。したがって、磁石部２５の抵抗値Ｒｍは、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを上回ると急激に大きくなる。
As shown in FIG. 4, the resistance value of the
図９は、磁石部２５が磁石コイル３２およびサーミスタ３３を備えるモータ１における高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係を示す図である。横軸は、磁石温度Ｔｍを示し、縦軸は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄを示している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a correlation between the real part Rd of the harmonic impedance and the magnet temperature Tm in the
図９に示すように、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを下回る温度範囲においては、図７と同様に磁石温度Ｔｍの上昇に伴って増加する。そして、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを上回ると、急激に大きくなる。そのため、単位温度あたりの高調波インピーダンスの実部Ｒｄの変化量は、キュリー温度Ｔｃを上回ると急激に大きくなることになる。
As shown in FIG. 9, the real part Rd of the harmonic impedance increases as the magnet temperature Tm increases in the temperature range below the Curie temperature Tc of the
したがって、図５の温度推定部５３１が図９の相関関係を用いて磁石部２５の磁石温度Ｔｍを推定する際には、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの単位時間あたりの変化量である変化率が急増したか否かを判定することにより、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃに達したか否かを正確に判定することができる。
Therefore, when the
なお、本実施形態においては、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを、磁石保護部５３２によりモータ１の回転を停止させる停止温度Ｔｓｔｏｐとしたが、これに限らない。サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃよりも高く、かつ、不可逆消磁温度Ｔｅよりも低い温度を、磁石保護部５３２によりモータ１の回転を停止させる停止温度Ｔｓｔｏｐとしても、永久磁石３１の不可逆消磁を防ぐことができる。
In the present embodiment, the Curie temperature Tc of the
第１実施形態の磁石温度推定システムによって、以下の効果を得ることができる。 The following effects can be obtained by the magnet temperature estimation system of the first embodiment.
第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、磁石温度推定装置２において、重畳部５２は、電力供給部５１から出力されてモータ１へ供給される基本波の電力に、高調波の電力を重畳させる。そして、温度推定部５３１は、高調波電圧Ｖｈを高調波電流Ｉｈにて除することにより、高調波成分のインピーダンスを求める。
According to the magnet
モータ１の回転子１２においては、モータ１の回転時には、固定子コイル２３により発生する回転磁界が磁石コイル３２を交番することにより、磁石コイル３２にて誘起電力が発生する。そのため、磁石コイル３２と接続されたサーミスタ３３には、発生した誘起電力に応じた電流が流れることになる。
In the
このようにサーミスタ３３に電流が流れることで、図９に示したように、温度推定部５３１により測定される高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係において、サーミスタ３３の温度特性が加味される。すなわち、図７に示した一般的なモータの相関関係と比較すると、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃの近傍にて高調波インピーダンスの実部Ｒｄの単位温度あたりの変化量である変化率が急激に大きくなる。したがって、磁石部２５がキュリー温度Ｔｃに達したか否かを正確に判定することができるため、温度推定部５３１による磁石部２５の温度の推定精度を向上させることができる。
As the current flows through the
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、サーミスタ３３はＰＴＣサーミスタである。ＰＴＣサーミスタは、キュリー温度Ｔｃを上回ると抵抗値が急激に大きくなる。したがって、図９に示すように、キュリー温度Ｔｃよりも低い温度においては、磁石コイル３２及びサーミスタ３３を備えていないモータと同様に磁石部２５の磁石温度Ｔｍを推定することができる。さらに、サーミスタ３３が設けられていることにより、磁石部２５がサーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃに達したか否かを正確に判定することができるため、温度推定部５３１による磁石部２５の温度の推定精度を向上させることができる。
Further, according to the magnet
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、サーミスタ３３として、キュリー温度Ｔｃが永久磁石３１の不可逆消磁が起こってしまう不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いＰＴＣサーミスタが用いられている。そして、磁石保護部５３２は、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを、モータ１の回転を停止させるか否かの判定に用いる停止温度Ｔｓｔｏｐとして記憶しておく。
Further, according to the magnet
本実施形態では、温度推定部５３１は、磁石部２５がサーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃ、すなわち、停止温度Ｔｓｔｏｐに達したことを正確に検出できる。そのため、磁石部２５が不可逆消磁温度Ｔｅを上回る前に、磁石保護部５３２はリミッタ５３３を用いてモータ１を確実に停止させることができる。このようにして、永久磁石３１が不可逆消磁してしまうおそれを低減することにより、永久磁石３１を確実に保護することができる。
In the present embodiment, the
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、良好な熱伝導性を有する接着部材３４によって、永久磁石３１とサーミスタ３３とは接合されているため、永久磁石３１とサーミスタ３３との間の温度差を小さくすることができる。したがって、温度推定部５３１は永久磁石３１がサーミスタ３３のキュリー温度に達したか否かの判定をより正確に行うことができるため、温度推定部５３１による磁石部２５の温度の推定精度を向上させることができる。
Further, according to the magnet
（第２実施形態）
第１実施形態においては、サーミスタ３３がＰＴＣサーミスタである例について説明したが、サーミスタ３３として他のサーミスタが用いられてもよい。第２実施形態においては、サーミスタ３３がＣＴＲサーミスタである例について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the example in which the
本実施形態においては、図３のサーミスタ３３は、ＣＴＲ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ）サーミスタである。ＣＴＲサーミスタの温度特性について、図１０を用いて説明する。
In the present embodiment, the
図１０は、ＣＴＲサーミスタの温度特性を示す図である。横軸に温度が示されており、縦軸に抵抗値が示されている。また、図１０を参照すると、ＣＴＲサーミスの抵抗は、キュリー温度Ｔｃを上回ると急激に小さくなる。なお、第１実施形態と同様に、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃは、永久磁石３１の不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いものとする。
FIG. 10 is a diagram showing temperature characteristics of the CTR thermistor. The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents resistance value. Also, referring to FIG. 10, the resistance of CTR thermisties rapidly decreases when the temperature exceeds the Curie temperature Tc. As in the first embodiment, the Curie temperature Tc of the
このように、サーミスタ３３がＣＴＲサーミスタである場合には、式（１）にて求められる高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石部２５の磁石温度Ｔｍとの相関関係は、図１１のようになる。
In this way, when the
図１１は、本実施形態における磁石部２５の磁石温度Ｔｍと高調波インピーダンスＺｈの実部Ｒｄとの相関関係を示す図である。横軸は、磁石温度Ｔｍを示し、縦軸は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄを示している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a correlation between the magnet temperature Tm of the
図１１に示すように、本実施形態においては、図７に示した相関関係と比較すると、磁石温度Ｔｍがサーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを下回る温度範囲においては、サーミスタ３３の温度特性が加味されるので、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは大きくなる。そして、磁石温度Ｔｍがサーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを上回ると、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、急激に小さくなる。
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the temperature characteristics of the
第２実施形態の磁石温度推定システムによって、以下の効果を得ることができる。 The following effects can be obtained by the magnet temperature estimation system of the second embodiment.
第２実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、サーミスタ３３を構成するＣＴＲサーミスタは、ＰＴＣサーミスタと比較すると、キュリー温度Ｔｃよりも低い温度範囲において、抵抗値が大きい。
According to the magnet
ここで、モータ１が通常の速度で回転している場合には、磁石温度Ｔｍは比較的高くならず、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔｃより低い。また、ＣＴＲサーミスタは、キュリー温度Ｔｃよりも低い温度においては、抵抗値が大きいため、磁石コイル３２及びサーミスタ３３に流れる電流が小さい。したがって、磁石コイル３２及びサーミスタ３３における発熱が抑制されることにより、モータ１の発熱に起因して磁石部２５の温度が高くなり不可逆消磁してしまうおそれを低減することができる。
Here, when the
また、サーミスタ３３は、キュリー温度Ｔｃを上回ると抵抗の値が急激に小さくなるＣＴＲサーミスタである。このようなサーミスタ３３を備えることにより、図１１に示したように、モータ１が回転速度を速めており磁石温度Ｔｍが高くなっている場合には、磁石温度Ｔｍがキュリー温度Ｔｃを上回ると、高調波インピーダンスの実部Ｒｄが急減する。したがって、磁石部２５がキュリー温度Ｔｃに達したことを正確に判定することができるため、磁石温度Ｔｍの推定精度を向上させることができる。
The
（第３実施形態）
第１及び第２実施形態においては、サーミスタ３３がＰＴＣサーミスタまたはＣＴＲサーミスタのいずれかである例について説明した。第３実施形態では、サーミスタ３３がＰＴＣサーミスタとＣＴＲサーミスタとが並列に接続されて構成される例について説明する。なお、このような、ＰＴＣサーミスタとＣＴＲサーミスタとが並列に接続されて構成されるサーミスタを、以下では、並列サーミスタと称する。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the example in which the
図１２は、サーミスタ３３に用いられる並列サーミスタの温度特性の一例を示す図である。この図においては、並列サーミスタの温度特性が実線で示されている。また、比較のために、並列サーミスタを構成するＰＴＣサーミスタのみの温度特性が一点破線で、ＣＴＲサーミスタのみの温度特性が二点破線で示されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of temperature characteristics of a parallel thermistor used for the
図１２に示すように、ＰＴＣサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｐは、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｃよりも低いものとする。また、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｃは、不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いものとする。 As shown in FIG. 12, it is assumed that the Curie temperature Tc_p of the PTC thermistor is lower than the Curie temperature Tc_c of the CTR thermistor. The Curie temperature Tc_c of the CTR thermistor is assumed to be lower than the irreversible demagnetization temperature Te.
この図によれば、並列サーミスタの抵抗値は、温度が上昇すると、温度Ｔｃ＿ｐにおいて大きくなり始め、温度Ｔ１において増加しなくなり略一定の値となる。そして、ＣＴＲサーミスタの抵抗が減少を開始するキュリー温度であるＴｃ＿ｃよりも大きな温度Ｔ２を超えると減少し始める。なお、並列サーミスタの抵抗の値が減少し始める温度Ｔ２は、磁石部２５の不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いものとする。
According to this figure, the resistance value of the parallel thermistor, as the temperature increases, beginning increases in temperature Tc_p, a substantially constant value will not increase in temperature T1. Then, when the resistance of the CTR thermistor exceeds a temperature T2 larger than Tc_c which is a Curie temperature at which the decrease starts, the resistance starts to decrease. The temperature T2 at which the resistance value of the parallel thermistor begins to decrease is assumed to be lower than the irreversible demagnetization temperature Te of the
図１３は、並列サーミスタをサーミスタ３３に用いた場合における、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係を示すグラフである。横軸は、磁石温度Ｔｍを示し、縦軸は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄを示している。なお、この図における、温度Ｔｃ＿ｐ、Ｔ１、Ｔｃ＿ｃ、Ｔ２、Ｔｅは、図１２におけるそれぞれの温度が示されている。
FIG. 13 is a graph showing the correlation between the real part Rd of the harmonic impedance and the magnet temperature Tm when a parallel thermistor is used for the
図１３に示す相関関係は、磁石温度ＴｍがＴｃ＿ｐよりも低い温度においては、図７に示した相関関係と同様である。高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、磁石温度ＴｍがＴｃ＿ｐを上回ると急激に大きくなり始める。また、磁石温度ＴｍがＴ２を上回ると急激に小さくなる。なお、温度Ｔ１〜Ｔ２の間においては、磁石温度Ｔｍが変化しても、高調波インピーダンスの実部Ｒｄは、大きく変化しない。 The correlation shown in FIG. 13 is the same as the correlation shown in FIG. 7 at a temperature where the magnet temperature Tm is lower than Tc_p. The real part Rd of the harmonic impedance starts to increase rapidly when the magnet temperature Tm exceeds Tc_p. Moreover, when magnet temperature Tm exceeds T2, it will become rapidly small. Note that, between the temperatures T1 and T2, even if the magnet temperature Tm changes, the real part Rd of the harmonic impedance does not change greatly.
ここで、磁石保護部５３２は、ＰＴＣサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｐを制限温度Ｔｌｉｍとして記憶している。制限温度Ｔｌｉｍとは、モータ１の回転に伴って磁石温度Ｔｍが上昇する場合に、モータ１を停止させる前にモータ１の回転の制限を開始する温度である。さらに、磁石保護部５３２は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄが低下し始める温度Ｔ２を、停止温度Ｔｓｔｏｐとして記憶している
Here, the
モータ１の回転速度の増加に伴って磁石温度Ｔｍが上昇している場合には、制限温度Ｔｌｉｍ以下である温度範囲（Ｔｍ≦Ｔｌｉｍ）では、磁石保護部５３２は、設計上の最大電流指令値を、最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*として出力する。磁石温度Ｔｍが制限温度Ｔｌｉｍより大きく、かつ、停止温度Ｔｓｔｏｐ以下である温度範囲（Ｔｌｉｍ＜Ｔｍ≦Ｔｓｔｏｐ）では、磁石保護部５３２は、磁石温度Ｔｍが高くなるほど最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*が小さくなるように制御する。磁石温度Ｔｍが停止温度Ｔｓｔｏｐよりも大きい温度範囲（Ｔｓｔｏｐ＜Ｔｍ）では、磁石保護部５３２は、最大電流指令値ｉｄｓｆ＿ｍａｘ*、ｉｑｓｆ＿ｍａｘ*としてゼロを出力する。
When the magnet temperature Tm increases with an increase in the rotation speed of the
このような構成とすることにより、第１実施形態と同様に停止温度Ｔｓｔｏｐにてモータ１の回転を停止させることができることに加えて、モータ１の回転の制限を開始する制限温度Ｔｌｉｍを設けることにより、２段階でモータ１を保護することができる。そのため、停止温度Ｔｓｔｏｐにおいてモータ１が突然停止されることがなくなるため、動作範囲を広げることができる。
By adopting such a configuration, in addition to being able to stop the rotation of the
なお、本実施形態においては、サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃを制御温度Ｔｌｉｍとし、温度Ｔ２を停止温度Ｔｓｔｏｐとしたが、これに限らない。サーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃの近傍の温度を制御温度Ｔｌｉｍとし、温度Ｔ２の近傍の温度を停止温度Ｔｓｔｏｐとしても、磁石保護部５３２によって永久磁石３１の不可逆消磁力を防ぐことができる。
In the present embodiment, the Curie temperature Tc of the
第３実施形態の磁石温度推定システムによって、以下の効果を得ることができる。 The following effects can be obtained by the magnet temperature estimation system of the third embodiment.
第３実施形態の磁石温度推定システムによれば、永久磁石３１に設けられるサーミスタ３３は、ＣＴＲサーミスタとＰＴＣサーミスタとを並列に接続したものである。なお、ＰＴＣサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｐは、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｃよりも低く、また、ＣＴＲサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｃは、永久磁石３１の不可逆消磁温度Ｔｅよりも低いものとする。
According to the magnet temperature estimation system of the third embodiment, the
このような２種類の異なる温度特性のサーミスタを並列に設けることにより、図１３に示したように、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係において、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの変化率が大きく変化する温度領域が複数設けられることになる。そのため、磁石部２５の磁石温度Ｔｍが達したか否かを判定できる温度が複数設けられることになる。
By providing two thermistors having different temperature characteristics in parallel, as shown in FIG. 13, the real part Rd of the harmonic impedance in the correlation between the real part Rd of the harmonic impedance and the magnet temperature Tm. A plurality of temperature regions in which the rate of change of the temperature changes greatly are provided. Therefore, a plurality of temperatures at which it can be determined whether or not the magnet temperature Tm of the
そこで、磁石保護部５３２は、モータ１の回転速度が増加している場合においては、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの増加を検出すると、磁石部２５がＰＴＣサーミスタのキュリー温度Ｔｃ＿ｐに達したと判断し、モータ１の回転の制限を開始する。そして、磁石保護部５３２は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの減少を検出すると、磁石部２５が温度Ｔ２に達したと判定して、モータ１の回転を停止させる。
Therefore, when the rotational speed of the
このように、本実施形態においては第１実施形態と比較すると、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係において変化率が変わる温度が複数設けられることにより、モータ１の回転の停止だけでなく、モータ１の回転の制限を行うことができる。このように２段階でモータ１の回転を制限することにより、モータ１が突然停止することがなくなるため、モータ１の動作範囲を大きくすることができる。
As described above, in this embodiment, compared to the first embodiment, by providing a plurality of temperatures whose rate of change varies in the correlation between the real part Rd of the harmonic impedance and the magnet temperature Tm, In addition to stopping, the rotation of the
（第４実施形態）
第４実施形態においては、磁石部２５の構成の他の例について説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, another example of the configuration of the
図１４Ａは、本実施形態のモータ１の断面図の一部である。図１４Ａは、図２に示した第１実子形態のモータ１の断面図と比較すると、空隙２４に設けられた磁石部２５が熱伝導性の高い樹脂１４０１にて封入されている点が異なる。樹脂１４０１は、例えば、シリコン系の樹脂や、マイクロ銀ペーストなどがある。また、樹脂１４０１は、例えば、アルミナや、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの熱伝導性に優れた材料がフィラーとして含有されたエポキシ樹脂などであってもよい。なお、永久磁石３１とサーミスタ３３とを熱伝導性が高い接着部材３４により接合した後に、樹脂１４０１にて封入されているものとする。なお、接着部材３４を用いずに樹脂１４０１のみで永久磁石３１とサーミスタ３３とを固定してもよい。
FIG. 14A is a part of a sectional view of the
図１４Ｂは、図１４Ａの磁石部２５の構成の斜視図である。なお、樹脂１４０１の内部の構成が、点線にて示されている。図１４Ｂによれば、磁石部２５の全体が樹脂１４０１によりモールドされている。このようにすることにより、永久磁石３１とサーミスタ３３との温度差を低減することができる。
FIG. 14B is a perspective view of the configuration of the
第４実施形態の磁石温度推定システムによって、以下の効果を得ることができる。 The following effects can be obtained by the magnet temperature estimation system of the fourth embodiment.
第４実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、磁石部２５が、熱伝導性が高い樹脂１４０１によりモールドされている。そのため、磁石部２５において、永久磁石３１とサーミスタ３３との温度差をさらに低減することができる。したがって、温度推定部５３１により検出されるサーミスタ３３のキュリー温度Ｔｃは、永久磁石３１の磁石温度Ｔｍとより一致することになるため、磁石温度Ｔｍの推定精度を向上させることができる。
According to the magnet
（第５実施形態）
第５実施形態においては、サーミスタ３３の構成の他の一例について説明する。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, another example of the configuration of the
図１５Ａは、本実施形態のモータ１の断面図の一部である。モータ１の回転時には、磁石部２５の表面のうちの固定子１１に最も近い径方向端面が、最も温度が高くなる面であるものとする。本実施形態では、この磁石部２５の径方向端面に、サーミスタ３３が設けられている。なお、このような磁石部２５の表面のうちの最も温度が高くなる場所は、設計において求めることができる。
FIG. 15A is a part of a sectional view of the
図１５Ｂは、磁石部２５の斜視図である。図１５Ｂによれば、サーミスタ３３は、磁石部２５の表面のうちの最も温度が高い面である回転子１２の軸方向に沿った面において磁石コイル３２と接続されている。このようにすることにより、永久磁石３１の表面に温度の偏りがある場合でも、最も温度が高い場所の温度に応じてサーミスタ３３の抵抗値が変化することになる。
FIG. 15B is a perspective view of the
第５実施形態の磁石温度推定システムによって、以下の効果を得ることができる。 The following effects can be obtained by the magnet temperature estimation system of the fifth embodiment.
第５実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、磁石部２５の表面のうちの最も高温になる場所にサーミスタが設けられている。そのため、磁石部２５の表面において温度が均一でなく偏りがある場合であっても、磁石部２５の表面において、サーミスタ３３の温度を上回る箇所はないことになる。そのため、温度推定部５３１が検出したキュリー温度Ｔｃに応じて磁石保護部５３２がモータ１の回転を制限することによって、永久磁石３１の一部が不可逆消磁温度Ｔｅに達してしまうことが回避され、永久磁石３１を確実に保護することができる。
According to the magnet
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent. Moreover, the said embodiment can be combined suitably.
１００ 磁石温度推定システム
１ モータ
１１ 固定子
１２ 回転子
２ 磁石温度推定装置
２１ スロット
２２ ティース
２３ 固定子コイル
２４ 空隙
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ 磁石部
３１ 永久磁石
３２ コイル
３３ サーミスタ
３４ 接着部材
５１ 電力供給部
５１１ 減算器
５１２ 電流制御部
５１３ 加算器
５１４ 座標変換部
５１５ 電力変換部
５１６ 電流検出部
５１７ 座標変換部
５１８ バンドストップフィルター
５２ 重畳部
５２１ 減算器
５２２ 共振制御部
５２３ バンドパスフィルター
５３ 磁石温度推定部
５３１ 温度推定部
５３２ 磁石保護部
５３３ リミッタ
１４０１ 樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記回転子は、
前記永久磁石の磁束の少なくとも一部と鎖交する磁石コイルと、
前記磁石コイルと接続されるとともに、前記永久磁石と接触するように設けられるサーミスタと、を有し、
前記磁石温度推定装置は、
前記回転子を回転駆動させる駆動周波数の交流電力を前記固定子コイルに印加する電力供給部と、
前記駆動周波数とは周波数が異なる測定周波数の交流電力を前記駆動周波数の交流電力に重畳させる重畳部と、
前記測定周波数の電力に基づいてインピーダンスを測定し、前記測定したインピーダンスに応じて前記永久磁石の温度を推定する温度推定部と、を有する、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 A magnet temperature estimation system having a motor including a stator including a stator coil and a rotor including a permanent magnet, and a magnet temperature estimation device configured to estimate the temperature of the permanent magnet,
The rotor is
A magnet coil interlinking with at least part of the magnetic flux of the permanent magnet;
A thermistor connected to the magnet coil and provided to contact the permanent magnet;
The magnet temperature estimation device includes:
A power supply unit that applies AC power of a driving frequency for rotating the rotor to the stator coil;
A superimposing unit that superimposes AC power of a measurement frequency different from the driving frequency on AC power of the driving frequency;
A temperature estimation unit that measures impedance based on the power of the measurement frequency and estimates the temperature of the permanent magnet according to the measured impedance;
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、所定の温度領域において抵抗値が急激に変化する、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to claim 1,
The resistance value of the thermistor changes rapidly in a predetermined temperature range.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、キュリー温度を上回ると抵抗値が急激に増加するＰＴＣサーミスタである、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to claim 1 or 2,
The thermistor is a PTC thermistor whose resistance value increases rapidly when the Curie temperature is exceeded.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、キュリー温度を上回ると抵抗値が急激に減少するＣＴＲサーミスタである、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to claim 1 or 2,
The thermistor is a CTR thermistor whose resistance value decreases rapidly when the temperature exceeds the Curie temperature.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、キュリー温度が前記永久磁石の不可逆消磁温度よりも低く、
前記磁石温度推定装置は、前記温度推定部により推定される前記永久磁石の温度に応じて、前記電力供給部により前記固定子コイルに印加される交流電力を制限する磁石保護部を、さらに有する、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to any one of claims 1 to 4,
The thermistor has a Curie temperature lower than the irreversible demagnetization temperature of the permanent magnet,
The magnet temperature estimation device further includes a magnet protection unit that limits AC power applied to the stator coil by the power supply unit according to the temperature of the permanent magnet estimated by the temperature estimation unit,
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、ＰＴＣサーミスタ、及び、ＣＴＲサーミスタを互いに並列に接続することにより構成され、
前記ＰＴＣサーミスタは、キュリー温度がＣＴＲサーミスタのキュリー温度よりも低く、
前記ＣＴＲサーミスタは、キュリー温度が前記永久磁石の不可逆消磁温度よりも低く、
前記磁石温度推定装置は、前記温度推定部により測定されるインピーダンスの上昇を検知すると、前記固定子コイルへの電力の供給を制限し、前記インピーダンスの下降を検知すると、前記固定子コイルへの電力の供給を停止する磁石保護部を、さらに有する、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to claim 1 or 2,
The thermistor is configured by connecting a PTC thermistor and a CTR thermistor in parallel with each other,
The PTC thermistor has a Curie temperature lower than that of the CTR thermistor,
The CTR thermistor has a Curie temperature lower than the irreversible demagnetization temperature of the permanent magnet,
When the magnet temperature estimation device detects an increase in impedance measured by the temperature estimation unit, the magnet temperature estimation device restricts the supply of power to the stator coil, and detects the decrease in impedance, the power to the stator coil A magnet protector for stopping the supply of
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタと前記永久磁石とは、熱伝導部材により接合される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to any one of claims 1 to 6,
The thermistor and the permanent magnet are joined by a heat conducting member.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記固定子には、前記永久磁石を配置するための空隙が形成され、
前記永久磁石は、前記空隙において熱伝導樹脂によりモールドされる、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to any one of claims 1 to 7,
In the stator, a gap for arranging the permanent magnet is formed,
The permanent magnet is molded with a heat conductive resin in the gap.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記サーミスタは、前記永久磁石の表面のうち前記モータの回転時に温度が最も高くなる場所に設けられる、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。 The magnet temperature estimation system according to any one of claims 1 to 8,
The thermistor is provided in a place where the temperature is highest during rotation of the motor among the surfaces of the permanent magnet.
A magnet temperature estimation system characterized by that.
前記回転子は、
前記永久磁石の磁束の少なくとも一部と鎖交する磁石コイルと、
前記磁石コイルと接続されるとともに、前記永久磁石と接触するように設けられるサーミスタと、を有する、
ことを特徴とするモータ。 The stator including a stator coil and a rotor including a permanent magnet, and the magnet temperature estimation device superimposes alternating current power of a measurement frequency that is different from a driving frequency for rotationally driving the rotor. A motor in which alternating current power at a driving frequency is applied and the temperature of the permanent magnet is estimated according to impedance measured based on alternating current power at the measurement frequency,
The rotor is
A magnet coil interlinking with at least part of the magnetic flux of the permanent magnet;
A thermistor connected to the magnet coil and provided to contact the permanent magnet;
A motor characterized by that.
前記回転子を回転駆動させる駆動周波数の交流電力を前記固定子コイルに印加する電力供給ステップと、
前記駆動周波数とは周波数が異なる測定周波数の交流電力を前記駆動周波数の交流電力に重畳させる重畳ステップと、
前記測定周波数の電力に基づいてインピーダンスを測定し、前記測定したインピーダンスに応じて前記永久磁石の温度を推定する温度推定ステップと、を有する、
ことを特徴とする磁石温度推定方法。 The rotor includes a stator including a stator coil and a rotor including a permanent magnet, and the rotor is connected to the magnet coil interlinked with at least a part of the magnetic flux of the permanent magnet and the magnet coil. In a motor having a thermistor provided so as to be in contact with the permanent magnet, a magnet temperature estimation method for estimating a temperature of the permanent magnet,
A power supply step of applying AC power of a driving frequency for rotating the rotor to the stator coil;
A superposition step of superimposing AC power of a measurement frequency different from the drive frequency on AC power of the drive frequency;
A temperature estimation step of measuring an impedance based on the power of the measurement frequency and estimating a temperature of the permanent magnet according to the measured impedance.
A method for estimating a magnet temperature.
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