(57)【要約】【課題】  永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置、診断方法、該診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体、そして永久磁石同期モータの駆動装置永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置及び方法を提供する。【解決手段】  静止状態にある回転子の回転軸と垂直な平面上で、回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させる磁界発生部と、発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流れる電流を測定する固定子電流測定部と、発生した磁界それぞれに対応して、測定された前記固定子巻線電流に基づいて算出された比較値を予め設定されている基準値と比較して、回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断する減磁状態診断部と、を備える永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。これにより、モータを分解せずにも高価の別途装備なしで容易に永久磁石同期モータ内の永久磁石の減磁状態を診断できる。【選択図】      図２
2011200019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止状態にある回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させる磁界発生部と、
前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流れる電流を測定する固定子電流測定部と、
前記発生した磁界それぞれに対応して、測定された前記固定子巻線電流に基づいて算出された比較値を予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断する減磁状態診断部と、を備えることを特徴とする永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項２】
前記減磁状態診断部は、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの差の値が前記基準値と異なれば、前記永久磁石が減磁されたと診断することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項３】
前記比較値は、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの平均値、前記固定子巻線に流れる電流に対して、予め設定された次数の高調波成分、前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出した電力値、及び前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出したインピーダンス値のうちいずれかを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項４】
前記発生した磁界は、交互磁界であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項５】
前記磁界発生部は、最初に発生した磁界方向を基準に、前記回転子の回転軸に対して時計回り方向または反時計回り方向に、１８０゜まで一定の角度間隔で磁界を発生させることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項６】
前記発生した磁界は、直流パルス磁界であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項７】
前記磁界発生部は、最初に発生した磁界方向を基準に、前記回転子の回転軸に対して時計回り方向または反時計回り方向に３６０゜まで一定の角度間隔で磁界を発生させることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項８】
前記発生した磁界それぞれに対応して測定された前記固定子巻線電流の測定値は、前記固定子巻線に流れる電流のうち、前記発生した磁界方向に該当する電流成分であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項９】
前記磁界発生部は、前記減磁状態診断部によりそれぞれの角度単位で発生した磁界に対応して測定された前記固定子巻線電流の測定値の変化推移と、正常的な永久磁石に対して前記回転子の回転軸を中心に一定の角度単位で発生した磁界に対応して測定された固定子巻線電流の測定値の変化推移とに基づいて、前記永久磁石のＮ極の中心の位置が把握される時点まで、前記回転子の回転軸を中心に所定の角度範囲内で一定の角度単位で磁界を発生させることを特徴とする請求項８に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置。
【請求項１０】
（ａ）静止状態にある回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させるステップと、
（ｂ）前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流れる電流を測定するステップと、
（ｃ）前記発生した磁界それぞれに対応して測定された前記固定子巻線電流に基づいて算出された比較値を、予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断するステップと、を含むことを特徴とする永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法。
【請求項１１】
前記（ｃ）ステップで、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの差の値が前記基準値と異なれば、前記永久磁石が減磁されたと診断することを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法。
【請求項１２】
前記比較値は、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの平均値、前記固定子巻線に流れる電流に対して、予め設定された次数の高調波成分、前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出した電力値、及び前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出したインピーダンス値のうちいずれかを特徴とする請求項１０に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法。
【請求項１３】
前記発生した磁界は、交互磁界または直流パルス磁界であることを特徴とする請求項１０ないし１２のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法。
【請求項１４】
前記発生した磁界それぞれに対応して測定された前記固定子巻線電流の測定値は、前記固定子巻線に流れる電流のうち、前記発生した磁界方向に該当する電流成分であることを特徴とする請求項１０ないし１２のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１２のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【請求項１６】
所定周波数の交流電源を、永久磁石同期モータの固定子に一定の間隔で配された複数の固定子巻線に選択的に供給する駆動部と、
前記固定子巻線に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電流測定部から入力された電流測定値に基づいて、前記駆動部を制御して前記永久磁石同期モータを駆動するか、または前記永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態を診断する制御部と、を備え、
前記永久磁石同期モータに備えられた永久磁石の減磁状態を診断するための診断モードで動作する場合に、前記制御部は、静止状態にある前記永久磁石同期モータの回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させるように前記駆動部を制御し、前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流に基づいて算出された比較値を予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断することを特徴とする永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの差の値が前記基準値と異なれば、前記永久磁石が減磁されたと診断することを特徴とする請求項１６に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１８】
前記比較値は、前記回転子の回転軸に対して互いに逆方向である磁界それぞれに対応して測定された、前記固定子巻線に流れる電流サイズの平均値、前記固定子巻線に流れる電流に対して、予め設定された次数の高調波成分、前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出した電力値、及び前記固定子巻線に流れる電流サイズに基づいて算出したインピーダンス値のうちいずれかを特徴とする請求項１７に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項１９】
前記発生した磁界は、交互磁界であることを特徴とする請求項１６ないし１８のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２０】
前記磁界発生部は、最初に発生した磁界方向を基準に、前記回転子の回転軸に対して時計回り方向または反時計回り方向に１８０゜まで一定の角度間隔で磁界を発生させることを特徴とする請求項１９に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２１】
前記発生した磁界は、直流パルス磁界であることを特徴とする請求項１６ないし１８のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２２】
前記磁界発生部は、最初に発生した磁界方向を基準に、前記回転子の回転軸に対して時計回り方向または反時計回り方向に３６０゜まで一定の角度間隔で磁界を発生させることを特徴とする請求項２１に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２３】
前記発生した磁界それぞれに対応して測定された前記固定子巻線電流の測定値は、前記固定子巻線に流れる電流のうち、前記発生した磁界方向に該当する電流成分であることを特徴とする請求項１６ないし１８のうちいずれか一項に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【請求項２４】
前記磁界発生部は、前記制御部によりそれぞれの角度単位で発生した磁界に対応して測定された、前記固定子巻線電流の測定値の変化推移と、正常的な永久磁石に対して前記回転子の回転軸を中心に一定の角度単位で発生した磁界に対応して測定された、固定子巻線電流の測定値の変化推移とに基づいて、前記永久磁石のＮ極の中心の位置が把握される時点まで、前記回転子の回転軸を中心に所定の角度範囲内で一定の角度単位で磁界を発生させることを特徴とする請求項２３に記載の永久磁石同期モータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置、診断方法、該診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体及び永久磁石同期モータの駆動装置に係り、より詳細には、永久磁石同期モータ内の永久磁石の状態を診断する装置、診断方法、該診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体及び永久磁石同期モータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期モータに使われる磁石は、熱的、機械的、電気的、環境的ストレスなどの内外的要因によって、一時的または永久的に減磁されるか、または損傷される。特に永久磁石の減磁原因は、高温、強い逆磁界の存在、磁性体の腐食、磁性体の酸化、動作点の変化などがある。
【０００３】
永久磁石の温度が高くなるにつれて、磁性を完全に失う温度が存在するが、これをキュリー温度（Ｃｕｒｉｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）という。このように磁石は、高温で構造的な変化（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ／ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｃｈａｎｇｅ）が発生して、再び磁化されないか、または非磁性体になるなどの損傷を与える恐れもある。永久磁石の構造的な変化は、高温だけではなく、永久磁石表面の腐食及び酸化によっても起きる。ＮｄＦｅＢ磁石の場合、特に、材料的特性により酸化と腐食に弱い。酸化は、永久磁石の製造時点から徐々に表面から発生し、永久磁石の酸化された部分は保磁力が小さくなる。永久磁石の保磁力が減少するにつれて永久磁石の磁束が弱くなるため、結果的に磁力が弱くなる。さらに、永久磁石の酸化された領域は、経時的に、または温度の上昇と共に拡大する特性を持ち、これにより、磁石の機械的強度が弱化され、強い物理的ストレスによって永久磁石が破壊される。
【０００４】
また故障電流により発生した逆方向の磁界が永久磁石の保磁力（Ｈｃ、ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ）を超過する場合、永久磁石が減磁されうる。一例として、モータ運転時にインバータのスイッチ短絡またはモータ巻線のターン間の絶縁破壊による短絡により、大きい故障電流が巻線に流れ、これは、モータに備えられた永久磁石の減磁原因として作用する。一方、永久磁石にかかる負荷の大きさ変動や温度の変化により、永久磁石の動作点が変わるようになる。このような永久磁石の動作点変化の程度が一定の範囲以上大きくなれば、磁気エネルギーの損失が発生する。このような磁気エネルギーの損失は、負荷や温度が初期状態に復帰してもそのまま維持されて、永久的に維持される。
【０００５】
このように永久磁石は色々な要因の複合的な効果により減磁されるか、または損傷され、実際にモータ運転中にこれらの事例が実際に多く観察される。永久磁石が減磁されれば、モータのトルクと効率が低減し、振動が発生するなど性能が大きく低下する。これはモータ故障につながって、全体モータ駆動システムに悪影響を及ぼす恐れがあるため、システムの信頼性、効率性及び安全性のために永久磁石の状態を診断することが非常に重要である。
【０００６】
永久磁石の状態を最も直接的に診断する方法は、モータを分解して磁石の外観、磁束分布などを全般的に観察するものである。この方法は、長時間運転を止めねばならないため、時間の機会費用が発生し、高価の測定装備と分解組み立てによる追加的な運用負担が発生する。したがって、永久磁石の診断は、直接モータを分解する方法よりは、固定子の巻線を通じて磁束を間接的に測定する方法を使用することが望ましい。
【０００７】
一定の速度でモータを回転させる時、巻線に誘導される電圧を測定すれば、磁束に比例して電圧が誘起されるため、磁石の磁束を測定できる。しかし、この方法は、負荷をモータから分離させなければならず、他のモータを診断しようとするモータに連結して一定の速度で回転させねばならないという短所がある。そして、モータの等価モデルに基づいて運転中にモータの磁束を推定して永久磁石の状態をオンラインに診断する方法もあるが、この方法は、モータの抵抗とインダクタンスを正確に知っていなければならないという問題がある。そして、かかるパラメータは、測定するために高価の装備が必要なだけではなく、温度や飽和などによって変わるため、正確で一貫性のある結果を得難い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明が解決しようとする技術的課題は、モータを分解せずにも高価の別途装備なしで容易に永久磁石同期モータ内の永久磁石の状態を診断できる装置及び方法を提供するところにある。
【０００９】
また本発明が解決しようとする他の技術的課題は、モータを分解せずにも高価の別途装備なしで容易に永久磁石同期モータ内の永久磁石の状態を診断できる方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを記録した記録媒体を提供するところにある。
【００１０】
また本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、モータを分解せずにも既存の永久磁石同期モータの駆動装置のハードウェア的な構成を利用して、容易に永久磁石の状態を診断できる機能を備えた永久磁石同期モータの駆動装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の技術的課題を達成するための、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置は、静止状態にある回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させる磁界発生部と、前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流れる電流を測定する固定子電流測定部と、前記発生した磁界それぞれに対応して、測定された前記固定子巻線電流に基づいて算出された比較値を予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断する減磁状態診断部と、を備える。
【００１２】
前記他の技術的課題を達成するための、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法は、（ａ）静止状態にある回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させるステップと、（ｂ）前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流れる電流を測定するステップと、（ｃ）前記発生した磁界それぞれに対応して測定された前記固定子巻線電流に基づいて算出された比較値を、予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断するステップと、を含む。
【００１３】
前記さらに他の技術的課題を達成するための、本発明による永久磁石同期モータの駆動装置は、所定周波数の交流電源を、永久磁石同期モータの固定子に一定の間隔で配された複数の固定子巻線に選択的に供給する駆動部と、前記固定子巻線に流れる電流を測定する電流測定部と、前記電流測定部によって測定された電流に基づいて、前記駆動部を制御して前記永久磁石同期モータを駆動するか、または前記永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態を診断する制御部と、を備え、前記永久磁石同期モータに備えられた永久磁石の減磁状態を診断するための診断モードで動作する場合に、前記制御部は、静止状態にある前記永久磁石同期モータの回転子の回転軸と垂直な平面上で、前記回転子の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させるように前記駆動部を制御し、前記発生した磁界それぞれに対応して、固定子巻線に流に基づいて算出された比較値を予め設定されている基準値と比較して、前記回転子に付着された永久磁石の減磁状態を診断する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置、診断方法、該診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体及び永久磁石同期モータの駆動装置によれば、モータを分解せずにも高価の別途装備なしで容易に永久磁石同期モータ内の永久磁石の状態を診断できる。また、永久磁石同期モータを駆動するためのインバータの電流センサーとコントローラなど、既存のハードウェア資源をそのまま利用するので、別途のハードウェアを追加する必要がないという利点がある。また、永久磁石同期モータが静止状態である度に短時間内に永久磁石の減磁状態を診断できて、長時間及び高コストがかかった既存の診断方法に比べて迅速かつ簡便に永久磁石の減磁状態を診断できる。また、永久磁石同期モータの精密制御に必要な回転子の初期位置を別途のセンサーなしで検出できるという付加的な利点がある。さらに、交互磁界を利用する場合に、交互磁界が発生する度に永久磁石の減磁如何を診断でき、電流、電力の分析を通じてモータコアの問題、回転子中心軸の問題、偏心による問題などを追加的に診断できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】永久磁石同期モータの構造を概略的に示した図である。
【図２】本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置についての望ましい実施形態の構成を示したブロック図である。
【図３】コイルにより発生する磁束と永久磁石との相対的な方向によるコアの飽和状態を示したグラフである。
【図４】磁束と永久磁石との相対的な方向による電流波形を示した図である。
【図５】局部的に損傷した永久磁石を示した図である。
【図６】正常的な永久磁石と部分的または全体的に減磁された永久磁石とによる電流波形の変化を示したグラフである。
【図７】本発明による永久磁石の減磁状態についての診断機能を備えた永久磁石同期モータの駆動装置についての望ましい実施形態の構成を示した図である。
【図８】本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法についての望ましい実施形態の実行過程を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置、診断方法、及び診断方法を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、永久磁石同期モータの構造を概略的に示した図である。図１を参照するに、永久磁石同期モータは、固定子巻線１３０が巻き取られている固定子１２０と、永久磁石１４０が付着されている回転子１１０とで構成される。回転子１１０は、固定子巻線１３０により発生する磁束と、永久磁石１４０により発生する磁束とにより回転する。回転子１１０に加えられる回転トルクは、固定子巻線１３０による磁束と、永久磁石１４０による磁束との外積に比例する。永久磁石１４０による磁束は、永久磁石のＮ極からＳ極の方向に発生し、固定子巻線１３０による磁束は、回転子１１０の回転軸を中心に時計回り方向または反時計回り方向に発生する。固定子巻線１３０による磁束のサイズは、それぞれの固定子巻線１３０に流れる電流により発生する磁束の和である。一方、回転子１１０の回転速度は、入力電圧の周波数に比例する。永久磁石同期モータを所望の速度で回転させるためには、入力周波数を任意に調整できなければならず、そのために一般的にインバータを利用して駆動システムを構成する。
【００１８】
図２は、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置についての望ましい一実施形態の構成を示したブロック図である。図２を参照するに、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置２００は、磁界発生部２１０、固定子電流測定部２２０及び減磁状態診断部２３０を備える。
【００１９】
磁界発生部２１０は、永久磁石同期モータの回転子１１０が静止状態にある時、回転子１１０の回転軸と垂直な平面上で、回転子１１０の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させる。これらの永久磁石同期モータが、図１に示したように、３つの相に電圧を印加して駆動される場合に、複数の方向それぞれに対応する磁界は、固定子巻線１３０の各相に印加する電圧により発生する磁界の該当方向に対応する磁界成分のベクトル和である。この時、磁界発生部２１０により発生した磁界は、一回の磁界発生時に互いに逆方向に磁界が発生する交互磁界であるか、または一回の磁界発生時に一方向のみに磁界が発生する直流パルス磁界である。また磁界発生部２１０は、固定子巻線１３０に印加する電圧のサイズ及び電圧の印加時間を調節して、回転子１１０に回転トルクが発生することを防止する。
【００２０】
一方、磁界発生部２１０による磁界発生回数は、永久磁石１４０の初期位置（すなわち、永久磁石１４０のＳ極中心とＮ極中心とを連結した直線の位置）が分かっているかどうかによって変わる。
【００２１】
一例として、図１に示したように、永久磁石１４０が位置する状態で、永久磁石１４０のＳ極中心とＮ極中心とを連結した直線に対して、回転子１１０の回転軸を中心に反時計回り方向に９０゜または２７０゜に位置した固定子巻線１３０−１に交互電圧を印加すれば、０゜及び１８０゜方向に交互磁界が発生する。これは、９０゜及び２７０゜に位置した固定子巻線１３０−１に直流パルス電圧を印加する場合にも同一であり、この場合、０゜及び１８０゜方向にそれぞれ直流パルス磁界が発生する。したがって、交互磁界である場合には、０゜または１８０゜方向に１回の磁界発生により、直流パルス磁界は、０゜及び１８０゜方向に２回の磁界発生により固定子巻線１３０−１に流れる電流のサイズを測定して、永久磁石の減磁状態を診断できる。
【００２２】
しかし、永久磁石１３０の初期位置が分からない一般的な場合に、磁界発生部２１０は、回転子１１０の回転軸を中心に０゜〜１８０゜の範囲内で、同じ角度間隔で交互磁界を発生させる。もちろん、直流パルス磁界を発生させる場合に磁界発生部２１０は、回転子１１０の回転軸を中心に０゜〜３６０゜の範囲内で同じ角度間隔で磁界を発生させる。この時、交互磁界及び直流パルス磁界いずれも、磁界発生部２１０が発生する磁界の角度間隔は毎度変わりうる。
【００２３】
固定子電流測定部２２０は、発生した磁界それぞれに対応して固定子巻線１３０に流れる電流を測定する。したがって、発生した磁界が交互磁界である場合に、固定子電流測定部２２０は、一回の磁界発生に対応して方向が逆である二つの電流値を出力する。これと異なって、発生した磁界が直流パルス磁界である場合に、固定子電流測定部２２０は、一回の磁界発生に対応して１つの電流値を出力する。
【００２４】
減磁状態診断部２３０は、発生した磁界それぞれに対応して測定された固定子巻線１３０の電流に基づいて算出された比較値と、発生した磁界それぞれの方向に対応して予め設定されている基準値とを比較して、回転子１１０に付着された永久磁石１４０の減磁状態を診断する。発生した磁界が交互磁界である場合に、一回の磁界発生に対応して、磁界が発生する二つの方向のうち一つの方向を基準に基準値が設定される。また発生した磁界が直流パルス磁界である場合に、一回の磁界発生に対応して、該当磁界発生方向に対して基準値が設定される。減磁状態診断部２３０による永久磁石１４０の減磁状態診断は、固定子電流測定部２２０から入力された電流値自体、または電流値に基づいて算出された多様なパラメータにより行われうる。この時、電流値に基づいて算出された多様なパラメータには、電流のｎ次高調波成分、電力、インピーダンスなどが含まれる。
【００２５】
まず、減磁状態診断部２３０が電流値自体により永久磁石１４０の減磁状態を診断する構成について説明する。電流値自体を利用する場合に、減磁状態診断部２３０は、互いに逆方向である磁界に対応して測定された固定子巻線１３０の電流のサイズ差の値が、予め設定されている基準値と異なる場合に、永久磁石１４０が減磁されたと診断する。また、減磁状態診断部２３０は、それぞれの磁界に対応して測定された固定子巻線１３０の電流の所定次数の高調波成分（例えば、３次高調波成分）が、予め設定されている基準値と異なる場合に永久磁石１４０が減磁されたと診断できる。この過程で、正確な診断のために減磁状態診断部２３０は、測定された電流に対して磁界の方向と一致する成分のみを抽出するための軸変換を行った後、合算してそれぞれの磁界方向に対応する電流値を算出する。さらに、減磁状態診断部２３０による診断結果は、ユーザーインターフェース装置（図示せず）を通じて外部に出力されうる。この時、ユーザーインターフェース装置には、永久磁石が減磁されたことを知らせるアラームを出力する音響出力装置、永久磁石の減磁程度、減磁位置などを出力するディスプレイ装置などがある。
【００２６】
図３は、コイルにより発生する磁束と永久磁石との相対的な方向によるコアの飽和状態を示したグラフである。図３を参照するに、コイルにより発生する磁束Φａが永久磁石の磁束Φｍと同じ方向ならば、二つの磁束が重なってコアが飽和されるので、電流がｉ１ｐからｉ２ｐに大きく増加する。これと異なって、永久磁石の磁束Φｍとコイルにより発生する磁束Φａとが逆方向ならば、二つの磁束が相殺されるので、電流がｉ１ｎからｉ２ｎに磁束の減少に比例して減少する。図４には、磁束と永久磁石との相対的な方向による電流波形が図示されている。図４を参照するに、永久磁石が存在していない場合に、交互磁界に対応して発生する正電流ｉｐ１と負電流ｉｎ１とのサイズが同一であるが、永久磁石が存在する場合には、図３を参照して説明したように、正電流ｉｐ２が負電流ｉｎ２より大きくなる。この時、正電流ｉｐ２と負電流ｉｎ２との和は、コアが飽和した程度に比例し、これは、永久磁石の磁束を表す尺度として使われうる。
【００２７】
図３及び図４を参照して説明したような、コイルによる磁束と永久磁石との相対的な方向による電流波形特性は、磁界発生部２１０により発生した磁界と、モータの回転子１１０に付着された永久磁石１４０との相対的な方向に対しても同一に適用される。図１に示したように、静止状態にあるモータにおいて、磁界発生部２１０が固定子巻線１３０に電圧を印加して、ｘ軸を基準に反時計回り方向に０゜と１８０゜方向に対して磁界を発生させれば、それぞれの磁界に対応する正電流と負電流とが固定子巻線１３０に流れる。この時、固定子巻線１３０に流れる電流の波形は、図４に示した電流波形と同一である。また、磁界発生部２１０が固定子巻線１３０に電圧を印加して、ｘ軸を基準に反時計回り方向に９０°と２７０°方向に対して磁界を発生させれば、それぞれの磁界に対応して固定子巻線１３０には、サイズが同じ正電流と負電流とが流れる。これらの方式で交互磁界の角度を増加させつつ正電流と負電流とのサイズ差の絶対値を求めれば、正常的な磁石を持つ同期モータでは、図６に示したような波形が得られる。この時、それぞれの角度に対応する正電流と負電流とのサイズは、それぞれの固定子巻線１３０に流れる電流に対して軸変換された（すなわち、それぞれの固定子巻線１３０に流れる電流の磁界方向への成分）電流成分のサイズの和である。このように電流を軸変換する理由は、それぞれの相電流より磁界方向への電流成分が、永久磁石の磁束により最も大きい幅で変わるためである。しかし、それぞれの相電流だけで永久磁石の磁束のサイズを把握することもできる。
【００２８】
コアの飽和による電流差を利用することは、永久磁石同期モータの初期位置測定に活用される方法であって、主に直流磁界を利用する。本発明では、直流ではない交流交互磁界を印加し、その理由は、診断時にモータの軸にトルクを発生させないためである。もし、永久磁石が全体的に均一に減磁されれば、同じサイズの交互磁界を印加した時、正常的な磁石である時と比較して飽和が少なく行われるため、正電流と負電流とのサイズ差の絶対値は、正常的な場合に比べて全体的なサイズが小さくなる。また、永久磁石が局部的に減磁されるか、損傷すれば、正電流と負電流とのサイズ差の絶対値は局部的に減磁されるか、または損傷した領域のみでサイズが小さくなる。
【００２９】
図５は、局部的に損傷した永久磁石を示した図であり、図６は、正常的な永久磁石と、部分的または全体的に減磁された永久磁石とによる電流波形の変化を示したグラフである。
【００３０】
図５及び図６を参照するに、正常的な永久磁石の場合に、ｘ軸を基準に連続的に角度を増加させつつ交互磁界を発生させた時、固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ差の絶対値は、実線で表示されたような変化を持つ。また、均一に減磁された永久磁石の場合に、ｘ軸を基準に連続的に角度を増加させつつ交互磁界を発生させた時、固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ差の絶対値は、点線で表示されたような変化を持つ。したがって、正常的な永久磁石に対して、それぞれの交互磁界の発生角度に対応して、固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ差の絶対値を基準値に設定し、永久磁石同期モータに対してそれぞれの交互磁界の発生角度に対応して、固定子巻線から測定された正電流と負電流とのサイズ差の絶対値が基準値と異なれば、永久磁石が減磁されたと判断できる。この時、永久磁石同期モータに対してそれぞれの交互磁界の発生角度に対応して、固定子巻線から測定された正電流と負電流とのサイズ差の絶対の変化推移に基づいて、正確な永久磁石の減磁位置も把握できる。すなわち、永久磁石がｘ軸を基準にφ゜ほど離れた地点５１０に部分的な損傷が存在する時、角度を異ならせて発生した交互磁界に対応して固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ差の絶対値は、他の部分では基準値と同一であるが、永久磁石の損傷地点５１０では部分的に大きく減少する。
【００３１】
前述したような原理に基づいて、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置２００は、交互磁界の位相角の変化によって、固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ差の絶対値の変化及び歪曲程度を測定して、永久磁石の減磁状態を診断する。一方、交互磁界の代わりに直流パルス磁界を利用でき、直流パルス電圧をｘ軸を基準に任意の角度θ°で印加する時に流れる電流と、（θ＋１８０）゜または（θ−１８０）゜で印加する時に流れる電流とのサイズ和、またはサイズ差の変化及び歪曲程度に基づいて永久磁石の減磁状態を診断する。この時、直流パルス磁界の角度θを変える方法や順序に関係なく、任意の角度と逆方向の角度とに対するそれぞれの電流を比較すれば、永久磁石の減磁状態に対する診断が可能であり、診断方法は、交互磁界を印加した時と同一である。
【００３２】
一方、前記のような固定子巻線電流の正電流と負電流とのサイズ差の変化を利用する方法以外に、他の方法でも永久磁石の状態を診断できる。一例として、固定子巻線に流れる正電流と負電流とのサイズ平均値は、永久磁石が減磁されればそのサイズが減少する。また固定子巻線に流れる正電流と負電流との特定の高調波成分（例えば、第３高調波）も、永久磁石が減磁されることによってそのサイズが減少する。したがって、複数の磁界発生方向それぞれに対応して、固定子電流の正電流と負電流とのサイズ差の絶対値、または特定の高調波成分が予め設定された対応する基準値と異なれば、永久磁石が減磁されたと診断する。また永久磁石同期モータに印加される電圧は、インバータのスイッチングパターンを通じて分かるので、これを固定子巻線電流と共に利用すれば、有効／無効電力、インピーダンスのサイズ／位相、インピーダンスの実数／虚数部値の変化を計算でき、これより永久磁石の減磁状態を診断することもできる。この時、複数の磁界発生方向それぞれに対応して、固定子電流のサイズを利用して算出した電力値またはインピーダンス値が、予め設定された対応する基準値と一致しなければ、永久磁石が減磁されたと診断する。
【００３３】
以上のように、永久磁石同期モータの減磁状態は、交互磁界または直流パルス磁界を利用して診断することができる。この時、永久磁石の減磁状態を診断するために交互磁界を利用する場合には、回転子の回転軸を中心に一定の角度単位で行われる交互磁界の発生度に互いに逆方向に二つの磁界が発生し、固定子巻線には互い逆方向の磁界に対応して、互いに逆方向に流れる二つの電流が生成される。したがって、永久磁石の初期位置が分かっている場合には、一回の交互磁界発生だけでも永久磁石の減磁如何を診断できる。しかし、永久磁石の初期位置が分からない場合には、回転子の回転軸を中心に０゜〜１８０゜の範囲で数回にわたって交互磁界を発生させねばならない。もちろん、この場合にも、それぞれの角度に対応する電流サイズ差の絶対値の変化パターンを、図６に示した正常的な永久磁石による電流波形の変化パターンと比較すれば、さらに速かに永久磁石の減磁如何を診断できる。
【００３４】
これと異なって、直流パルス磁界を利用する場合に、最初に発生した直流パルス磁界の方向に対して、方向が逆である直流パルス磁界を発生させた時点で初めて、永久磁石の減磁如何を診断できる。もちろん、この場合にも、永久磁石の初期位置が分かっている場合には、初期位置方向と逆方向に２回の直流パルス磁界を発生させることによって永久磁石の減磁如何を診断できる。しかし、永久磁石の初期位置が分からない場合には、回転子１１０の回転軸を中心に０゜〜３６０゜の範囲であらゆる直流パルス磁界を発生させねばならない。もちろん、この場合にも、互いに逆方向である磁界を順次に発生させつつ（すなわち、θ１゜とθ１＋１８０゜、θ２゜とθ２＋１８０゜のような方式で磁界発生）、それぞれの角度対（すなわち、任意の角度θ゜とθ゜＋１８０゜）に対応する電流サイズ差の絶対値の変化パターンを、図６に示した正常的な永久磁石による電流波形の変化パターンと比較すれば、速かに永久磁石の減磁如何を診断できる。
【００３５】
以上で説明したように、交互磁界または直流パルス磁界を印加して永久磁石同期モータを分析する方法は、永久磁石の減磁診断だけではなく電流、電力の分析を通じてモータコアの問題、回転子中心軸の問題、偏心による問題などを追加的に診断できるという利点がある。
【００３６】
図７は、本発明による永久磁石の減磁状態についての診断機能を備えた永久磁石同期モータの駆動装置についての望ましい実施形態の構成を示した図である。図７を参照するに、本発明による永久磁石同期モータの駆動装置７００は、電源部７１０、整流部７２０、スイッチング部７３０、駆動部７４０、電流測定部７５０及び制御部７６０で構成される。
【００３７】
電源部７１０は、モータ７７０の駆動及び減磁状態診断のための固定された周波数の交流電源を供給し、整流部７２０は交流電源を直流電源に変換する。スイッチング部７３０は、駆動部７４０から入力される駆動信号によってオン／オフされて、直流電源を任意の周波数を持つ交流電源に変換して、モータ７７０の各相に対応する固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に選択的に供給する。これらのスイッチング部７３０は、６個のスイッチＳ１ないしＳ６で形成され、直列連結された２つのスイッチＳ１とＳ４、Ｓ２とＳ５、Ｓ３とＳ６は、整流部７２０の両端子に並列に接続される。直列連結された二つのスイッチＳ１とＳ４、Ｓ２とＳ５、Ｓ３とＳ６のオン／オフ動作により、モータ７７０の各相対応する固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に駆動電圧が印加されれば、固定子巻線７７２−１ないし７７２−３には電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃが流れる。電流測定部７５０は、固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に流れる電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃを測定し、制御部７６０は、電流測定部７５０から入力された電流測定値に基づいて駆動部７４０に制御信号を出力する。
【００３８】
このように制御部７６０は、入力された電流測定値と指令速度／トルクなどを利用して一連の演算過程を経た後、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するための制御信号を駆動部７４０に出力する。この時、制御部７６０は、動作モードによって異なって動作する。モータ７７０の駆動モードと関連した制御部７６０の動作は、周知であるので詳細な説明は省略し、以下では、モータ７７０の減磁状態診断モードと関連した制御部７６０の動作について説明する。本実施形態では、モータ７７０が静止する度にインバータスイッチを利用してモータ７７０に交互磁界を印加した後、飽和による電流の変化サイズを観察して永久磁石の減磁状態を診断する。もちろん、インバータスイッチではない他の装置を利用してモータ７７０に交互磁界を発生させることができ、交互磁界ではない直流パルス磁界を発生させて永久磁石の減磁状態を診断することもできる。以下の説明で、モータ７７０の回転子７７４の中心を原点とし、水平軸と垂直軸とをそれぞれｘ軸及びｙ軸という。
【００３９】
モータ７７０の回転子７７４が静止状態にある時、制御部７６０は、ｘ軸を基準に任意の角度θ゜で交互電圧を印加させる制御信号を駆動部７５０に出力する。駆動部７５０は、モータ７７０の各相対応する固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に駆動電圧（例えば、Ａ相に該当する固定子巻線７７２−１には１００Ｖ、Ｂ相に該当する固定子巻線７７２−２には−８０Ｖ、Ｃ相に該当する固定子巻線７７２−３には−３０Ｖ）を印加させる駆動信号を出力して、スイッチング部７３０に備えられたそれぞれのスイッチＳ１ないしＳ６のオン／オフ動作を制御する。これらのスイッチＳ１ないしＳ６のスイッチング動作によって、モータ７７０の回転子７７４にはθ゜及び（θ＋１８０）゜方向に交互磁界が発生する。この時、同期モータの速度及びトルクを変化させつつ、精密な制御のために交流電源を直流に変換した後、これを再び所望の交流信号に変換するインバータスイッチを採用する。
【００４０】
電流測定部７５０は、それぞれの固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に流れる電流を測定して制御部７６０に提供する。この時、それぞれの固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に流れる電流は、固定子巻線７７２−１ないし７７２−３に印加される電圧による磁界と、永久磁石で発生する磁界との相互作用及びコアの飽和によりサイズが決定される。大部分の永久磁石同期モータで、永久磁石により発生する磁界は、コアを飽和させる程の値に近く設計される。次いで、制御部７６０は、電流測定部７５０から入力された各相の電流から、交互磁界の発生方向（すなわち、ｘ軸を基準にθ゜及び（θ＋１８０）゜）成分のみを抽出する軸変換を行った後、それぞれの発生方向に対応する軸変換された各相の電流サイズの和を算出して、該当方向に対応する電流に設定する。そして制御部７６０は、θ゜に対応する電流のサイズと（θ＋１８０）゜に対応する電流のサイズ差の値を算出する。
【００４１】
制御部７６０は、θ゜から（θ＋１８０）゜の範囲まで一定の角度単位で、前述したような過程を反復的に行うように制御し、それぞれの角度に対して算出された電流のサイズ差の値を、図６に示した正常的な永久磁石に対応する電流サイズ差の絶対値である基準値の変化推移曲線と比較して、永久磁石の減磁如何を診断する。この時、モータ７７０が静止状態にある時、永久磁石の初期位置がｘ軸を基準にａ゜ほど回転されているならば、それぞれの磁界発生角度に対応して算出された電流サイズ差の絶対値は、図６に示した正常的な永久磁石に対応する電流サイズ差の絶対値である基準値の変化推移曲線を右側にａ゜ほど水平移動した状態で、正常的な永久磁石に対応する電流サイズ差の絶対値に対応する。したがって、永久磁石の初期位置が分かっている場合には、一回の交互磁界の発生だけで永久磁石の減磁状態を診断できるが、そうでない場合には、図６に示した正常的な永久磁石に対応する電流サイズ差の絶対値である基準値の変化推移曲線の移動量が把握できるまで、交互磁界を発生させねばならない。
【００４２】
以上で説明したように、永久磁石の減磁状態を診断する機能は、既存の永久磁石同期モータの駆動装置に一体に具現できる。この時、交互磁界ではない直流パルス磁界を利用できる。また既存の永久磁石同期モータの駆動のためのハードウェアをそのまま維持した状態で、前述したような動作を行うためのプログラムを制御部（すなわち、永久磁石同期モータを駆動するためのマイクロプロセッサーなどの構成要素）にインストールする方式で本発明を具現することもできる。一方、図７を参照して説明した本発明による永久磁石同期モータの駆動装置についての実施形態７００のスイッチング部７３０及び駆動部７４０は、図２を参照して説明した本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断装置についての実施形態２００の磁界発生部２１０に対応し、電流測定部７５０は、固定子電流測定部２２０に対応し、制御部７６０は、減磁状態診断部２３０に対応する。また、制御部７６０による永久磁石の減磁状態に対する診断結果は、ユーザーインターフェース装置（図示せず）を通じて外部に出力されうる。この時、ユーザーインターフェース装置には、永久磁石が減磁されたことを知らせるアラームを出力する音響出力装置、永久磁石の減磁程度、減磁位置などを出力するディスプレイ装置などがある。さらに、制御部７６０による永久磁石の減磁状態に対する診断結果に基づいて、永久磁石を駆動するためのパラメータを手動または自動で再設定することもできる。
【００４３】
図８は、本発明による永久磁石同期モータの永久磁石の減磁状態診断方法についての一実施形態の実行過程を示したフローチャートである。図８を参照するに、永久磁石同期モータの回転子１１０が静止状態にある時、磁界発生部２１０は、回転子１１０の回転軸と垂直な平面上で、回転子１１０の回転軸を通過する複数の方向それぞれに対応する磁界を発生させる（Ｓ８００）。この時、磁界発生部２１０が発生する磁界は、交互磁界であるか、または直流パルス磁界である。次いで、固定子電流測定部２２０は、発生した磁界それぞれに対応して固定子巻線１３０に流れる電流を測定する（Ｓ８１０）。次いで、減磁状態診断部２３０は、測定された電流から磁界の発生方向成分のみを抽出する軸変換を行った後、それぞれの磁界発生方向に対応する軸変換された各相の電流サイズの和を算出して、該当方向に対応する電流に設定する（Ｓ８２０）。次いで、減磁状態診断部２３０は、互いに逆方向である磁界に対応する固定子巻線１３０の軸変換された電流値のサイズ差の絶対値を、予め設定されている基準値と比較して、回転子１１０に付着された永久磁石１４０の減磁状態を診断する（Ｓ８３０）。この時、減磁状態診断部２３０は、方向が逆である磁界に対応する固定子巻線１３０の軸変換された電流値の平均値、特定の高調波成分、有効／無効電力、インピーダンスなどを利用して永久磁石の減磁状態を診断できる。
【００４４】
本発明はまた、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードとして具現することができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ保存装置などがあり、またキャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じる伝送）の形態で具現されるものも含む。またコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータで読み取り可能なコードが保存されて行われうる。
【００４５】
以上で本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述した特定の望ましい実施形態に限定されるものではなく、当業者ならば、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せずに多様な変形実施が可能であるということはいうまでもなく、かかる変更は特許請求の範囲内にある。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、久磁石同期モータ関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４７】
２００  永久磁石の減磁状態診断装置
２１０  磁界発生部
２２０  固定子電流測定部
２３０  減磁状態診断部
【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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