(57)【要約】【課題】  トルク脈動や騒音を生じることなく速やかに磁石を昇温させて磁石の永久減磁を防止する永久磁石モータの駆動方法と、永久磁石モータ装置、その制御装置を提供する。【解決手段】  フェライト磁石をロータ又はステータの一方に用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータには交流電流が供給される巻線を設けた永久磁石モータを、ベクトル制御に基づいてｄ軸電流成分とｑ軸電流成分を制御することにより駆動する永久磁石モータの駆動方法では、当該永久磁石モータの運転状態に基づいて、前記ｄ軸電流成分と前記ｑ軸電流成分を求めると共に、当該永久磁石モータにおける磁石温度を求め、前記求めた温度が所定値より低いときは、前記磁石を増磁させるように前記ｄ軸電流成分を加算して当該永久磁石モータを運転する。【選択図】図１
2014023338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト磁石をロータ又はステータの一方に用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータには交流電流が供給される巻線を設けた永久磁石モータを、ベクトル制御に基づいてｄ軸電流成分とｑ軸電流成分を制御することにより駆動する永久磁石モータの駆動方法であって、
当該永久磁石モータの運転状態に基づいて、ｄ軸電流指令成分とｑ軸電流指令成分を求めると共に、
当該永久磁石モータにおける磁石温度を求め、
前記求めた温度が所定値より低いときは、前記磁石を増磁させるように前記ｄ軸電流指令成分を加算して当該永久磁石モータを運転することを特徴とする永久磁石モータの駆動方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載した永久磁石モータの駆動方法であって、前記永久磁石モータの運転準備段階、又は、停止段階において、前記磁石を増磁させる前記ｄ軸電流成分を流すことを特徴とする永久磁石モータの駆動方法。
【請求項３】
前記請求項２に記載した永久磁石モータの駆動方法において、前記ｄ軸電流指令成分に加算される加算指令を、前記求めたモータ温度所定値に応じて変化させることを特徴とする永久磁石モータの駆動方法。
【請求項４】
ロータ又はステータの一方にフェライト磁石を用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータに交流電流が供給される巻線を設けた永久磁石モータ本体と、
前記永久磁石モータ本体に設けた前記巻線に交流電流を供給するモータ駆動電流供給装置とからなる永久磁石モータであって、
前記モータ駆動電流供給装置は、ベクトル制御に基づいてｄ軸電流成分とｑ軸電流成分を制御する制御装置を備えており、
前記制御装置は、当該永久磁石モータの温度に基づいて、当該温度が所定値より低いときは、前記ｄ軸電流成分を加算するように構成されている
ことを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項５】
前記請求項４に記載した永久磁石モータにおいて、更に、前記モータの温度を検出して求めるためのセンサ、又は、前記モータの温度を推定して求めるための手段を備えていることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項６】
前記請求項５に記載した永久磁石モータにおいて、更に、前記センサ又は前記温度推定手段により求められたモータの温度に基づいて、前記ｄ軸電流成分に加算される加算指令を求める手段を備えていることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項７】
前記請求項４〜６の何れか１項に記載した永久磁石モータであって、当該永久磁石モータは、工作機械又はサーボプレス装置の動力源として利用されることを特徴とする永久磁石モータ。
【請求項８】
ロータ又はステータの一方にフェライト磁石を用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータに巻線を設けた永久磁石モータに対し、ベクトル制御に基づいて当該巻線に供給される交流電流を制御する永久磁石モータの制御装置であって、
前記ベクトル制御に基づくｄ軸電流成分とｑ軸電流成分により、前記巻線に供給される交流電流を生成するインバータ装置と、
前記永久磁石モータの運転状態に基づいて、ｄ軸電流指令成分とｑ軸電流指令成分を求める制御装置と、更に、
前記モータの磁石温度を求めるための手段と
を備えた永久磁石モータの制御装置において、
前記制御装置は、前記永久磁石モータの磁石温度が所定値より低いときは、前記ｄ軸電流指令成分を加算するように構成されていることを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
【請求項９】
前記請求項８に記載した永久磁石モータの制御装置において、前記モータの磁石温度を求める手段は、前記モータの内部に設けられた温度センサであることを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
【請求項１０】
前記請求項８に記載した永久磁石モータの制御装置において、前記モータの磁石温度を求める手段は、前記モータの損失の時間的な推移に基づいて、又は、前記モータの運転パターンに基づいて、当該モータの磁石温度を求めるものであることを特徴とする永久磁石モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータに関し、特に、フェライト磁石を利用する永久磁石モータの磁石の永久減磁防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータに流せる最大電流を決める要因のひとつに永久磁石の減磁がある。永久磁石モータでは、そのモータが利用する磁石材料やその形状にもよるが、モータ構造で決まる最大電流を越える電機子電流を流すと、磁石に不可逆減磁を生じ、電流を再び小さな値に戻しても、減磁した磁石の磁束が初期値に回復しないという課題がある。ここでは、この状態を「永久減磁」と呼ぶ。特に、フェライト磁石を用いたモータは、温度が低くなるほど磁石の保磁力が小さくなる性質がある。このため、低温ほど永久減磁を起こす電機子電流が小さくなるので、高温あるいは通常運転中の温度と同様に扱うと、永久減磁を起こす可能性が大きくなる。このため、低温時に磁石が永久減磁を引き起こさないための対策が必要である。
【０００３】
そこで、従来、永久減磁を防止するため、例えば、以下の特許文献１では、モータ内に発熱体を設け、低温時に当該発熱体を動作させることにより、モータの温度が低温になることから防止する装置が紹介されている。さらに、この文献では、発熱体に代わり、モータが回転しない程度の小電流を電機子巻線に流し、もって、モータを加熱することも述べられている。また、以下の特許文献２では、電機子巻線に高周波電流を流してモータを速やかに加熱する方法が述べられている。更に、以下の特許文献３では、温度が設定温度より低いときには、モータに流す電流値を制限することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−８１９５１号公報
【特許文献２】特開平９−２７５６９６号公報
【特許文献３】特開２００４−１８７３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術には、次の課題がある。即ち、特許文献１に記載された方法では、モータの温度を上げるために、わざわざ、別個に、発熱体を設けなければならない。また、発熱体を設けずに電機子電流を流し、モータが回転しない程度の小電流とする方法では、電流が小さいことからその損失も小さい。そのため、実際には、かかる小電流では、モータが昇温し難い。また、特許文献２に記載された方法では、高い周波数の電流を流すことから、その周波数によっては、モータに不要なトルク脈動が生じ、あるいは、モータから騒音が生じるという課題があった。そして、特許文献３に記載された方法では、モータ自体の昇温は行わないことから、本発明が関わる低温時における永久減磁の防止には適しておらず、また、電流値を制限することから、発生するトルクも制限されてしまう問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術における課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トルク脈動や騒音を生じることなく、速やかに昇温させることにより、低温環境下においてもフェライト磁石の永久減磁を防止することが可能な永久磁石モータとその駆動方法、更には、永久磁石モータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、フェライト磁石をロータ又はステータの一方に用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータには交流電流が供給される巻線を設けた永久磁石モータを、ベクトル制御に基づいてｄ軸電流成分とｑ軸電流成分を制御することにより駆動する永久磁石モータの駆動方法であって、当該永久磁石モータの運転状態に基づいて、前記ｄ軸電流指令成分と前記ｑ軸電流指令成分を求めると共に、当該永久磁石モータの温度を求め、前記求めた温度が所定値より低いときは、前記磁石を増磁させるように前記ｄ軸電流指令成分を加算して当該永久磁石モータを運転する永久磁石モータの駆動方法が提供される。
【０００８】
本発明では、上述した永久磁石モータの駆動方法において、前記永久磁石モータの運転準備段階、又は、停止段階において、前記磁石を増磁させる前記ｄ軸電流成分を流すことが好ましく、更には、前記ｄ軸電流指令成分に加算される加算指令を、前記求めたモータ温度所定値に応じて変化させることが好ましい。
【０００９】
また、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、ロータ又はステータの一方にフェライト磁石を用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータに交流電流が供給される巻線を設けた永久磁石モータと、前記永久磁石モータに設けた前記巻線に交流電流を供給するモータ駆動電流供給装置とからなる永久磁石モータであって、前記モータ駆動電流供給装置は、ベクトル制御に基づいてｄ軸電流成分とｑ軸電流成分を制御する制御装置を備えており、前記制御装置は、当該永久磁石モータの温度に基づいて、当該温度が所定値より低いときは、前記ｄ軸電流指令成分を加算するように構成されている永久磁石モータが提供される。
【００１０】
なお、本発明によれば、前記に記載した永久磁石モータにおいて、更に、前記モータの温度を検出して求めるためのセンサ、又は、前記モータの温度を推定して求めるための手段を備えていることが好ましく、更に、前記センサ又は前記温度推定手段により求められたモータの温度に基づいて、前記ｄ軸電流成分に加算される加算指令を求める手段を備えていることが好ましい。そして、前記に記載した永久磁石モータ装置は、当該永久磁石モータ装置は、工作機械又はサーボプレス装置の動力源として利用されることが好ましい。
【００１１】
更に、本発明によれば、上記の目的を達成するため、ロータ又はステータの一方にフェライト磁石を用いると共に、他方の当該ステータ又は当該ロータに巻線を設けた永久磁石モータに対し、ベクトル制御に基づいて当該巻線に供給される交流電流を制御する永久磁石モータの制御装置であって、前記ベクトル制御に基づくｄ軸電流成分とｑ軸電流成分により、前記巻線に供給される交流電流を生成するインバータ装置と、前記永久磁石モータの運転状態に基づいて、前記ｄ軸電流指令成分と前記ｑ軸電流指令成分を求める制御装置と、更に、前記モータの磁石温度を求めるための手段とを備えた永久磁石モータの制御装置において、前記制御装置は、前記永久磁石モータの磁石温度が所定値より低いときは、前記ｄ軸電流指令成分を加算するように構成されている永久磁石モータの制御装置が提供される。
【００１２】
なお、本発明では、前記に記載した永久磁石モータの制御装置において、前記モータの磁石温度を求める手段は、前記モータの内部に設けられた温度センサであることが好ましく、或いは、前記モータの損失の時間的な推移に基づいて、又は、前記モータの運転パターンに基づいて、当該モータの磁石温度を求めるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、低温環境下においてもフェライト磁石の永久減磁を防止することが可能な永久磁石モータとその駆動方法、更には、永久磁石モータの制御装置が提供され、もって、永久磁石モータの適用可能な範囲を大幅に拡張することを可能とするとうい極めて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態（実施例１）になる永久磁石モータとその制御装置を示す制御ブロック図である。
【図２】上記永久磁石モータの制御装置におけるΔＩｄ演算部での入力（温度Ｔ）と出力（加算指令ΔＩｄ＊）との関係の一例を示す図である。
【図３】上記永久磁石モータの制御装置における補正処理部のより詳細な構成例を示すブロック図である。
【図４】上記永久磁石モータの制御装置において本発明の処理を実現するための制御ブロック図である。
【図５】上記図４に示すリミッタ演算部で生成する制限値の一例を示す図である。
【図６】上記永久磁石モータの制御装置における制御動作の詳細を示すためのフロー図である。
【図７】上記図６に示した運転中に、モータの昇温を早めるための大きなｄ軸電流を積極的に流す制御を実行するための制御の詳細を示すフロー図である。
【図８】本発明の他の実施の形態（実施例２）になる永久磁石モータの制御装置の制御ブロック図である。
【図９】本発明の基本原理を説明するための永久磁石モータのロータとステータの断面である。
【図１０】本発明の基本原理を説明するための電機子電流のベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しながら詳細に説明するが、まず、始めに、本発明の基本原理について、添付の図９及び図１０を参照しながら説明する。
【００１６】
図９は、本発明の基本原理を示すための図であり、図中では、永久磁石モータのロータとステータのほぼ１極対分のモータ断面を示す。
【００１７】
ロータ表面には、Ｎ極磁石５０１とＳ極磁石５０２とが設置されており、ステータのスロットには、導体５０３が、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各巻線として、分布巻で巻回されている。ロータとステータの物理的形状は円筒状であるが、本図は本発明の原理を説明するためのものであり、ここでは、直線状に記述されている。
【００１８】
図９（ａ）は、通常の運転時の状態を示す。実線で示す磁石の磁束は磁石のＮ極から電機子巻線が巻装されているステータを通り、磁石のＳ極に向かって流れる。ロータ側については、Ｎ極磁石の反対側（シャフト側）はＳ極であり、Ｓ極磁石の反対側はＮ極であるので、ロータ側もＮからＳに向かって磁束が流れる。
【００１９】
次に、電機子巻線に電流を流すと、図の破線のように磁束ができる。磁石の磁束と電機子巻線の磁束とは交互に、電気的に９０°位相である。表面磁石（ＳＰＭ）構造のモータでは、磁石の磁束と電機子巻線の磁束が９０°の位相関係にあるとき、同一電流に対して最も大きなトルクが出力される。図示の電機子巻線磁束の場合、ロータを右に動かすようなトルクが発生して、ロータは右側に動く。電機子巻線の磁束が逆方向、すなわち、電流の向きを逆向きにすればトルク方向が切り替わり、ロータは左側に動く。
【００２０】
ここで、磁石端部における電機子巻線による磁束の影響を見る。図のように、磁石５０１のＡ部は電機子巻線の磁束により磁石磁束とは逆方向の磁束を受けて減磁され、磁石５０２のＢ部も電機子巻線の磁束により減磁される。すなわち、磁石ではロータの動きの下流側端部は減磁される。減磁される割合は端部側ほど大きい。このため、電機子電流が大きくなるほど、磁石端部の減磁は大きくなる。電機子電流がある値を越える、換言すれば、外部磁界が磁石ＢＨ特性の屈折点を越えると、永久減磁を起こす。すなわち、電流をゼロに戻しても磁石の磁束は元に戻らない不可逆減磁が生じる。
【００２１】
既に述べたように、フェライト磁石は、磁石の保磁力が低温ほど小さくなるので、低温になるほど磁石のＡ部、Ｂ部は永久減磁し易くなる。すなわち、高温時には大トルクを出すために大電流を流しても永久減磁を起こさないとしても、低温時では同一電流を流しても永久減磁する可能性がある。このように、保磁力の小さなフェライト磁石では、温度が低くなるほど磁石端部の永久減磁への配慮が必要である。
【００２２】
図９（ｂ）は、低温時の永久減磁を防ぐ、本発明の原理説明図である。図示のように、低温時は電機子巻線の磁束を図９（ｂ）のように移相する。すなわち、正のｄ軸電流を流すように、電流の位相を保つ。図から分かるように磁石５０１のＡ部、５０２のＢ部は磁石を減磁させる電機子巻線の磁束成分が大きく減少し、減磁され難くなる。すなわち、磁石を増磁させるプラスのｄ軸電流成分を流すことにより、磁石の減磁を防止する。
【００２３】
なお、この原理を、ｄｑ軸上の電機子電流のベクトル図として、添付の図１０に示す。通常の運転では、図１０（ａ）のように、電機子電流Ｉａはトルクに寄与するｑ軸成分である。一方、低温時は、図１０（ｂ）のように、磁石を増磁させるプラスのｄ軸成分を流す。ｄ軸電流を流す方式を界磁制御というが、当該界磁制御としては、埋め込み磁石（ＩＰＭ）モータでトルクを増大させる最大トルク制御、あるいは、ＳＰＭやＩＰＭの何れにおいても、モータを高速領域でも運転させるための界磁弱め制御が知られており、どちらの場合にも、マイナスのｄ軸電流を流す。磁石モータにおいては、一般に、積極的にプラスのｄ軸電流を流すことは活用されていない。
【実施例１】
【００２４】
上述した本発明の基本原理により、フェライト磁石を利用する永久磁石モータとその駆動装置を含み、フェライト磁石の永久減磁防止を行うための永久磁石モータ装置の制御ブロックを、添付の図１に示す。なお、この制御ブロックは、速度制御系を構成している例であり、駆動方式そのものは、永久磁石モータのベクトル制御として既に周知の方法である。
【００２５】
フェライト磁石がロータに装着された永久磁石モータ１１は、モータ駆動電流の供給装置としてのインバータ１２によって駆動される。インバータ１２の電源側は、交流電源１４、電源コンバータ１５、エネルギー蓄積装置１６から構成される。交流電源１４の交流電圧を電源コンバータ１５により直流電圧に変換し、直流母線１７を介して、コンデンサから構成されるエネルギー蓄積装置１６を充電すると共に、インバータ１２に直流電圧を与える。かかる構成により、エネルギー蓄積装置１６からモータ１１の負荷への瞬時的エネルギーの供給を行い、交流電源１４の設備容量を低減させる。なお、この装置は、エネルギー蓄積装置を備えていることが特徴である。このような構成の電源装置、すなわち、電源コンバータ、エネルギー蓄積装置、インバータを直流母線で結び、エネルギー蓄積装置からモータ負荷の瞬時的エネルギーを供給する構成は、例えば、サーボプレス装置（一例として、特開２００７−３３１０２３号公報を参照）に利用されている。
【００２６】
エンコーダ１３は永久磁石モータ１１の回転位置を検出する。この検出信号は速度制御部１０２に入力される。そして、速度制御部１０２は、速度指令部１０１からの速度指令とエンコーダ１３からの回転位置信号から得る回転速度信号との偏差に応じて働き、トルク指令信号を出力する。トルク指令信号は、ｄ軸、ｑ軸の電流成分を指令するＩｄ／Ｉｑ演算部１０３に入力される。Ｉｄ／Ｉｑ演算部１０３では、トルク指令に応じたｄ、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を生成する演算を行う。例えば、埋め込み磁石（ＩＰＭ）モータで、トルク指令に応じて、永久磁石モータ１１のトルクが最大となるような電流成分を指令する最大トルク演算を行い、それぞれの成分の電流を指令する。このときのｄ軸電流指令Ｉｄ＊はマイナスの指令である。
【００２７】
ｄ軸電流指令Ｉｄ＊は、後述するように、加算部１５４でその指令値が補正される。ｑ軸電流指令Ｉｑ＊は、後述するように、リミッタ処理部１６１で、その最大値（絶対値）が制限される。Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部（Ｉｄ／ＩｑＡＣＲ）１０４は、ｄ軸／ｑ軸それぞれの実電流指令と、電流検出器１０７の電流検出値から座標変換部１０７を介して得る座標変換後のｄ／ｑ軸電流検出値との偏差に応じて働き、ｄ／ｑ軸の電圧指令を出力する。この信号は座標変換部１０５でＵＶＷ各相の電圧指令に変換され、ＰＷＭ制御部１０８に入力される。こうして、インバータ１２によりＰＷＭ制御が実行され、モータの電流は電流指令に応じて制御される。
【００２８】
なお、かかる制御方式は、永久磁石モータのベクトル制御として周知であることから、ここではその詳述は省略する。また、このとき、Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部１０４では、ｄ軸とｑ軸との間で非干渉制御することも周知である。加えて、上記の図１では、速度指令で運転している例を示したが、速度制御系の上位に位置制御系を設け、回転位置指令による運転が可能であることも周知である。
【００２９】
次に、本発明の特徴部である低温時の永久減磁を防ぐ制御ブロックについて述べる。なお、上記図１の例では、制御ブロック１５１〜１５４が追加され、これにより、ｄ軸電流の指令の補正信号が演算される。温度検出部１５１では、永久磁石モータ１１の磁石温度が検出される。この温度としては、例えば、モータ１１内に温度センサ１１１を設置し、これによりモータ内の温度から磁石の温度を検出する。ΔＩｄ演算部１５２は、検出した温度に応じた演算を行い、磁石の温度が低いときに正のｄ軸電流を流す加算指令ΔＩｄ＊を演算する。すなわち、磁石を増磁させる方向の電流成分を指令する。この例では、モータの温度を温度センサ１１１により検出することにより、これを磁石温度としていることから、磁石温度を検出することができ、磁石の永久減磁を確実に防止できる。なお、ここでは、磁石温度を、モータ内に設置した温度センサによりモータ温度として求めているが、これに代えて、例えば、磁石の一部に温度センサを設置して、直接的に求めることも可能であろう。
【００３０】
ΔＩｄ演算部１５２での演算において、ｄ軸電流の加算指令ΔＩｄ＊を出力する例を、図２に示す。この図にも示すように、モータの温度（より厳密に言えば、磁石温度であるが、以下では、総称して「モータ温度」、又は、単に「温度」とも言う）が所定値より低い場合、正の加算電流ΔＩｄ＊が指令される。より具体的には、温度Ｔ２以上では、ｄ軸加算電流はゼロ、温度がＴ２より低くなるとｄ軸電流の加算値が加わり、当該加算値は温度低下に従って大きくなり、そして、モータ温度がＴ１以下では、当該加算値はΔＩｄ１としている。加算値はプラスのｄ軸電流であるから、磁石を減磁さない増磁成分である。また、ｄ軸電流はトルクにはほとんど関与しないことから、当該ｄ軸電流として、大きな電流を流すことができる。すなわち、ΔＩｄ１は可能な範囲で大きな電流とすることができる。そのために、モータを速やかに昇温することができる。温度条件や指令電流の大きさは、磁石材料の特性だけではなく、モータの構造やその使用方法、周囲環境、モータの運転条件、トルク付与方法、又は、モータを駆動するインバータの仕様等によって決まる。
【００３１】
また、ΔＩｄ１は、固定値だけに限定されることなく、その他、条件によって変更可能な値としてもよい。例えば、高速運転時において、低速運転用に設定したΔＩｄ１を与えると、モータの誘起電圧が増大し過ぎる可能性がある。かかる場合には、ΔＩｄ１を、速度に応じ、即ち、速度が高くなるに従って小さな値としてもよい。
【００３２】
ここで、上述した図１に戻り、ΔＩｄ演算部１５２からの加算値ΔＩｄ＊は、補正処理部１５３に入力され、そこで補正指令ΔＩｄ＊＊に補正される。加算指令ΔＩｄ＊自体はトルクにほとんど関与はしないが、実運転中にトルクを出すためにｑ軸電流指令Ｉｑ＊が大きくなると、この電流成分によって磁石が減磁し易くなる。補正処理部１５３は、かかる磁石の減磁を防止するための処理であり、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に応じて、プラス方向のｄ軸電流を、更に増加方向に補正する。即ち、磁石の減磁を発生し難くして、永久減磁を防止する。
【００３３】
図３は、上述した補正処理部１５３の具体例を示す。係数演算部１５３１では、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊の絶対値の大きさに応じ、ΔＩｄ演算部１５２からの出力である加算指令ΔＩｄ＊が増加する割合を決める。Ｉｑ＊がゼロ（０）のとき、割合は１であり、Ｉｑ＊の絶対値がこれより大きくなると１より大きな値をとる。掛算部１５３２では、加算値ΔＩｄ＊を補正する演算を行い、補正値ΔＩｄ＊＊を出力する。掛算部１５３２からの出力は、加算部１５４でｄ軸電流指令Ｉｄ＊に加算され、実際のｄ軸電流の指令となる。
【００３４】
以上に述べた構成の永久磁石モータの運転を行う制御ブロックによれば、モータが低温下において大きなトルクを出すような運転状態においても、磁石の減磁を小さくすることができ、不可逆減磁が生じるのを防止する。
【００３５】
更に、上述の制御ブロックによれば、トルクを出すためにｑ軸電流が流れると、磁石が減磁され易くなることから、温度に応じてｑ軸電流を制限する。即ち、上記図１のリミッタ処理部１６１が、減磁を防止するための更なる処理を行う。
【００３６】
図４は、当該更なる処理を実現するための制御ブロック図である。リミッタ値演算部１６１１は、温度検出部１５１で検出したモータ温度に応じてｑ軸電流を制限する制限値を演算する。温度が所定値以下でｑ軸電流の制限が行われ、当該制限の値をモータ温度が低いほど小さくする。リミッタ演算部１６１１で生成する制限値の一例を、図５に示す。温度がＴ１１以下では、ｑ軸電流はＬ１以下に制限され、温度がＴ１１より高くなるに従って制限値は徐々に大きくなり、温度がＴ１２以上では制限値はＬ２となる。ここで、制限値Ｌ２は、モータの温度状態とは無関係な、本来、必要なｑ軸電流の制限値である。すなわち、モータ温度の観点からｑ軸電流を制限する値ではない。
【００３７】
リミッタ部１６１２は、リミッタ値演算部１６１１からの制限値により、実際のｑ軸電流の値を制限する。すなわち、Ｉｄ／Ｉｑ演算部１０３からのｑ軸指令Ｉｑ＊の絶対値が制限値内であれば、そのまま通過させ、制限値を越えたときは、プラスまたはマイナスの制限値に制限する。かかる処理によれば、磁石を減磁させるｑ軸電流を温度に応じて抑制することから、トルク制限がかかり、そのため運転にはやや支障がでる場合が考えられるが、確実に永久減磁を防止することが可能となる。
【００３８】
さて、上述した図１の制御ブロック構成において、モータ１により駆動される装置（即ち、負荷（図示せず））を運転するため、電源を投入した初期段階について説明する。この段階ではエネルギー蓄積装置１６のコンデンサは充電されていない。そこで、運転をするためにコンデンサを充電するが、当該コンデンサを充電するのには所定の時間が必要となる。この時間は、所謂、運転準備段階であり、この段階ではモータを駆動する運転は行わない。このときに、充電開始の時点からｄ軸電流の加算指令（ΔＩｄ＊）を出力して電流を流せば、モータの昇温をこのとき（即ち、運転準備段階）にも行うことができ、モータの昇温を更に早めることが可能となる。
【００３９】
上述した運転準備段階におけるｄ軸電流の加算指令の出力について、図６に示す制御フローを参照しながら、以下に詳述する。まず、運転準備がスタートすると（Ｓ１０１）、電源コンバータ１５によりエネルギー蓄積装置１６のコンデンサへの充電を開始する（Ｓ１０２）。次に、モータの温度が所定値より低いか否かを判定する（Ｓ１０３）。モータ温度は温度検出部１５１から得る。ここで、所定温度とは、モータがトルクを出力するために電流を流したとき、永久減磁を起こしてしまう温度である。モータの温度がこの所定温度より高ければ（Ｓ１０３で「Ｎｏ」）、この段階ではモータには電流を流さずに、コンデンサへの充電だけを実施する（Ｓ１０６へ移行）。
【００４０】
他方、モータの温度が所定値より低ければ（Ｓ１０３で「Ｙｅｓ」）、モータが停止した状態でｄ軸電流を流す動作を行う。まず、トルク指令をゼロ（０）とする（Ｓ１０４）。このとき、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊はゼロ（０）である。ｑ軸電流がゼロ（０）であれば、原理的にｄ軸電流を流してもモータにトルクは発生しない。また、この状態は、モータを動かす実運転に入る前の運転準備段階であるから、モータが駆動する装置（負荷）として、例えば、サーボプレスに装置を停止させるブレーキが装着されていれば、安全を確保するため、ブレーキがかかっている状態とすることが好ましい。
【００４１】
そして、ＰＷＭ信号を与えてインバータ１２をオン動作させ、図２に示すように、モータ温度に応じたｄ軸電流の加算指令（ΔＩｄ＊）を設定し、モータにｄ軸電流を流す（Ｓ１０５）。運転準備段階はモータを停止させている状態であることから、このときにモータの電機子に流す電流は直流電流である。更には、モータを絶対に回転させないことを保証するために、電流位相が変化させないための工夫、例えば、図１に示す座標変換部１０５、１０７でのエンコーダ１３からの位置信号を固定するなど対策を講じてもよい。
【００４２】
ここで与えるｄ軸電流は、上記図２に示すｄ軸電流の加算指令より更に大きな加算指令（ΔＩｄ＊）として与えてもよい。モータは停止している状態でｄ軸電流だけを流すことから、原理的に発生するトルクはゼロ（０）であり、それ故、比較的大きな電流を流すことが可能である。即ち、大きな電流を流すことができるので、モータ昇温を更に早めることができる。しかも、この電流は、前述のように、磁石を減磁させないプラス成分である。
【００４３】
こうして、エネルギー蓄積装置１６の充電を行うと、直流母線１７の電圧は徐々に上昇する。このときに、上記のようにｄ軸電流も流してモータを昇温させる。そして、充電開始から所定時間が経過する（Ｓ１０６）と、直流母線電圧は所定値まで上昇し、充電が完了する（Ｓ１０７）。そして、このときのモータ温度に応じたｄ軸電流の加算指令（ΔＩｄ＊）を設定し（Ｓ１０８）、運転準備段階から、モータを駆動する実運転に入る（Ｓ１０９）。
【００４４】
なお、上述した図６に示した制御フローは、装置（即ち、負荷であり、例えば、サーボプレス等）の運転準備段階だけでなく、当該装置は運転中であるが、そのモータが停止状態の場合にも適用することができる。なお、モータが停止しているとき、即ち、トルクがゼロ（０）ならば、モータの昇温を早めるために、積極的に、大きめのｄ軸電流を流すようにしてもよい。
【００４５】
図７は、上述した当該装置の運転中に、モータの昇温を早めるための大きなｄ軸電流を積極的に流す制御を実行するための制御フローである。この制御フローでは、まず、モータの温度が所定値より高いか低いか否かを判定する（Ｓ２０１）。その結果、モータの温度が所定温度より高ければ（Ｓ２０１で「Ｎｏ」）、ｄ軸電流を加算する指令は発生せずに、処理を終了する。
【００４６】
一方、モータの温度が所定値より低ければ（Ｓ２０１で「Ｙｅｓ」）、次に、モータが停止している状態かどうかを判定する（Ｓ２０２）。その結果、停止していないならば（Ｓ２０２で「Ｎｏ」）、モータ温度に応じたｄ軸電流の加算指令（ΔＩｄ＊）を演算する（Ｓ２０５）。加算指令は、上記の図２の説明と同様にして、出力される。
【００４７】
これに対し、モータが停止しているならば（Ｓ２０２で「Ｙｅｓ」）、トルク指令がゼロ（０）であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。トルク指令がゼロ（０）でなければ（Ｓ２０３で「Ｎｏ」）、トルクを出力した状態で停止・保持している状態なので、Ｓ２０５に示す演算を行う。
【００４８】
即ち、モータが停止中でトルク指令がゼロ（０）ならば（Ｓ２０３で「Ｙｅｓ」）、上記図６におけるステップＳ１０５と同じ状態であることから、積極的にｄ軸電流のみを流す。すなわち、大きめのプラスのｄ軸電流を加算指令（ΔＩｄ＊）として出力する（Ｓ２０４）。このように、モータは停止しており、トルクがゼロ（０）の状態において、ｄ軸電流だけを流すことから、比較的大きな電流を流すことが可能である。
【００４９】
なお、この方式は、運転中にも勿論、有効ではあるが、上記図１のように、エネルギー蓄積装置を持たず、電源を入れたら直ちに運転に入る装置に、特に、有効である。即ち、運転開始の段階ではモータは停止しているので、かかる停止状態を狙って、比較的大きめのｄ軸電流を流すことができるので、モータ昇温を早めることができる。
【００５０】
また、上述した図６あるいは図７に示した制御方式によれば、モータを動かす実運転に入る前にｄ軸電流を流す、あるいは、停止時に積極的にｄ軸電流を流すので、モータはかなり昇温できる。すなわち、モータ巻線をヒータ代わりに積極的に利用しており、モータを動かす実運転時には、永久減磁に至る条件をかなり排除することができる。このように、本実施例は、工作機械やサーボプレス装置における動力源として利用されるモータにおいて好適に実施される。
【００５１】
なお、上記の実施例では、モータの制御を、ｄ軸電流とｑ軸電流に分けて行う方式（直交座標の方式）について述べたが、本発明はそれにのみ限定されることなく、上記図９の原理でも説明したように、電流を移相するという考え方で制御する、すなわち、電流の大きさと位相に分けて制御を行う広義のベクトル制御方式（極座標）でも実施できることは言うまでもない。あるいは、他の制御の方法により、低温時に実質的にプラスのｄ軸電流成分を増加させるように制御してもよい。さらに、永久磁石モータ１１はフェライト磁石のモータとして説明したが、フェライト磁石と同様に低温になるほど保磁力が低下する他の磁石材料でもよい。本発明ではこの性質をもつ磁石を、集合的に「フェライト磁石」と呼んでいる。
【実施例２】
【００５２】
次に、以下には、添付の図８を参照しながら、本発明の他の実施例である、実施例２について説明する。この実施例では、上記の実施例１とは異なり、モータ温度を直接的に検出するのではなく、これを推定する点に特徴がある。なお、この実施例においても、上記図１で示した同一部品については、同一の番号を付して示している。
【００５３】
ところで、特に、工作機械やサーボプレス装置は、運転指令によりモータ１１の運転を行う。即ち、プレス機械の１行程内の運転パターンなどの運転指令を、運転指令部２０１より出力する。そして、位置演算部２０２は、当該運転指令部２０１からの運転指令に応じて、時々刻々の回転位置指令を演算する。また、位置／速度制御部２０３は位置演算部２０２からの位置指令とエンコーダ１３からの位置信号の偏差に応じて働き速度指令を演算し、さらに、この速度指令とエンコーダ１３からの位置信号により速度信号を得て、これらの偏差に応じて働きモータ１１のトルクを指令するトルク指令を出力する。なお、以後の動作は上記実施例１と同じである。
【００５４】
次に、本実施例の特徴である温度推定部２０４について説明する。温度推定部２０４は運転状態から、以下に述べる方法で、モータの温度を推定する。ΔＩｄ演算部１５２は温度推定部２０４が推定した温度に応じた演算を行い、磁石の温度が所定値より低いときに正のｄ軸電流を流す加算指令ΔＩｄ＊を演算する。加算信号は補正処理部１５３に入力され、補正処理部１５３から補正指令ΔＩｄ＊＊が出力される。そして、補正処理部１５３の出力が加算部１５４に入力され、ｄ軸電流指令が補正される。補正の動作は実施例１と同じである。
【００５５】
＜モータ温度の推定方法１＞
モータに流れる電流、モータの回転数によりモータの損失が決まるので、これらの時間的な推移からモータ温度を推定することができる。すなわち、検出したＩｄ、Ｉｑの値、回転数（モータの回転位置信号から得られる）の関数として銅損、鉄損、機械損が求められるので、モータ損失が分かる。これらの損失の時間的な推移から、モータの冷却系から定まる温度時定数を考慮して、モータ温度上昇分を求める。温度推定部２０４には、Ｉｄ、Ｉｑ、速度検出値が入力（図の破線を参照）される。温度推定部２０４におけるモータ温度上昇分の演算は、理論的あるいは実験的な演算式から求める、あるいは、上記の検出値を関数とするマップを利用して求めることができる。
【００５６】
即ち、上記の演算により、運転状態によるモータ温度上昇分が算出され、モータ温度が推定できる。なお、絶対的なモータの温度は、空冷の場合は、モータを冷やすために入気する空気の温度、あるいは、これと等価な外気温、水冷の場合には水冷部に入る水温を計測することにより、温度上昇分と入る温度の和としてモータ温度が推定される。
【００５７】
上記の推定では、Ｉｄ、Ｉｑの検出値、回転数の検出値を利用したが、これと等価な値を用いてもよい。例えば、これらの検出値に代えて、それらの指令値を用いることができる。
【００５８】
＜モータ温度の推定方法２＞
また、運転指令部２０１からの運転パターンを記憶し、この時間的な推移からモータ温度を推定することもできる。特に、工作機械やサーボプレス装置では、運転パターンにより、どんな回転数やトルクで運転するかが分かるので、モータの発熱を計算することができる。即ち、運転開始からの時間的推移を考慮し、モータの温度状態を推定する。なお、モータが停止していれば、停止後の時間も加味する。温度推定部２０４には運転指令部２０１からの信号を入力（図の一点鎖線）する。周囲温度を考慮してモータの絶対的な温度を推定するのは＜方法１＞と同じである。
【００５９】
このように、本実施例では、モータ温度を推定により求めることから、モータに温度検出用のセンサを設ける必要はなく、即ち、センサの設置自体を省略でき、装置をより安価に製造することを可能とすると共に、モータからの検出器の配線をも省略できるという利点を有する。
【００６０】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、モータの磁石温度が低いときは、プラスのｄ軸電流を流し、もって、出力されるトルクに影響を及ぼすことなく減磁を防止することが可能となる。なお、上述した実施例は一例であり、例えば、その一部を簡易化し、又は、実施例間で互いに利用できる方法を相互に利用することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１１…永久磁石モータ、１２…インバータ、１３…エンコーダ、１４…交流電源、１５…電源コンバータ、１６…エネルギー蓄積装置、１７…直流母線、１０１…速度指令部、１０２…速度制御部、１０３…Ｉｄ／Ｉｑ演算部、１０４…Ｉｄ／Ｉｑ電流制御部、１０５、１０７…座標変換部、１０６…電流検出部、１０８…ＰＷＭ制御部、１５１…温度検出部、１５２…ΔＩｄ演算部、１５３…補正処理部、１５４…加算部、１６１…リミッタ処理部、１５３１…係数演算部、１５３２…掛算部、１６１１…リミッタ値演算部、１６１２…リミッタ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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