(57)【要約】【課題】永久磁石の分割数を増やすことなく、永久磁石に発生するスロット高調波の渦電流を低減する。【解決手段】ロータ１面に分割した永久磁石２を設けて界磁源とするＰＭモータにおいて、電機子コイル４の電流や固定磁極と永久磁石との相対位置変化で発生するスロット高調波の磁束密度変動によって永久磁石に発生する渦電流を低減するため、スロット高調波とは同じ振幅で逆位相のスロット高調波キャンセル電流を求め、このキャンセル電流を電機子電流に重畳させることで、磁石内の磁束密度変動をキャンセルする。【選択図】図１
2008236923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ面に分割した永久磁石を設けて界磁源とするＰＭモータにおいて、電機子コイルの電流や固定磁極と永久磁石との相対位置変化で発生するスロット高調波の磁束密度変動によって、永久磁石に発生する渦電流を低減するＰＭモータの渦電流低減方法であって、
スロット高調波とは同じ振幅で逆位相のスロット高調波キャンセル電流を求め、このキャンセル電流を電機子電流に重畳させることで、磁石内の磁束密度変動をキャンセルすることを特徴とするＰＭモータの渦電流低減方法。
【請求項２】
前記スロット高調波キャンセル電流は、次式、
【数１】
2008236923.tif 000006
ｋはスロット高調波の次数（＝ＰＭモータのスロット数／極数）、Ａは振幅（スロット高調波の変動幅に依存）、θはロータの回転角（電気角）。
に従って求めることを特徴とする請求項１に記載のＰＭモータの渦電流低減方法。
【請求項３】
ロータ面に分割した永久磁石を設けて界磁源とするＰＭモータにおいて、電機子コイルの電流や固定磁極と永久磁石との相対位置変化で発生するスロット高調波の磁束密度変動によって、永久磁石に発生する渦電流を低減するＰＭモータの渦電流低減装置であって、
スロット高調波とは同じ振幅で逆位相のスロット高調波キャンセル電流を求め、このキャンセル電流をＰＭモータの制御回路の界磁電流指令に加算して、磁石内の磁束密度変動をキャンセルする電流制御手段を備えことを特徴とするＰＭモータの渦電流低減装置。
【請求項４】
前記電流制御手段は、次式、
【数２】
2008236923.tif 000007
ｋはスロット高調波の次数（＝ＰＭモータのスロット数／極数）、Ａは振幅（スロット高調波の変動幅に依存）、θはロータの回転角（電気角）。
に従ってスロット高調波キャンセル電流を求めることを特徴とする請求項３に記載のＰＭモータの渦電流低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭモータの磁石に発生する渦電流を低減する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を界磁源とするＰＭモータは、ロータ表面に分割した複数の永久磁石を貼り付けた一般のＰＭモータやロータに分割した複数の永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石型モータ（ＩＰＭ）に構成される。これらＰＭモータは、電機子コイルの電流で発生する磁束密度変動や固定磁極と磁石との相対位置変化で発生する磁束密度変動によって、ロータ面の磁石に渦電流が発生し、この渦電流によって磁石およびロータが発熱し、モータ性能を低下させるという問題がある。
【０００３】
図４の（ａ）はＰＭモータの断面構造を示し、ロータ１の表面には永久磁石２を設け、ステータ３のスロットには電機子コイル４を巻回した構造になる。このような構造になるＰＭモータのロータ回転時には、図４の（ｂ）に磁石中心部の磁束密度変化を示すように、ロータ回転に伴う、ステータスロットの電機子反作用（スロット高調波）により、磁束密度が変化し、この磁束密度変化によって渦電流が発生し、その損失により磁石温度が上昇する。
【０００４】
この種の渦電流対策として、図５に永久磁石構造を示すように、ロータ面に設ける磁石を複数に分割し、磁石間に絶縁紙を接着した構造としている。この分割構造による渦電流低減を一層効果的にするために、磁石をモータ磁極数よりも多い多数個に分割する構造、ロータの縦方向にも磁石を分割する構造などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−９８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
渦電流を低減する方法として、磁石を多数に分割した構造とするのでは、ＰＭモータの製造コストを高める。特に、集中巻きのＰＭモータでは、渦電流の発生度合いが大きく、これを低減するには永久磁石の分割数を格段に増やすことになり、設計、製造面およびコスト面で問題となる。
【０００６】
本発明の目的は、永久磁石の分割数を増やすことなく、永久磁石に発生するスロット高調波の渦電流を低減できる方法および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】
本発明は、前記の課題を解決するため、スロット高調波とは同じ振幅で逆位相の高調波電流を電機子電流に重畳させることで、磁石内の磁束密度変動をキャンセル（相殺）するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【０００８】
（１）ロータ面に分割した永久磁石を設けて界磁源とするＰＭモータにおいて、電機子コイルの電流や固定磁極と永久磁石との相対位置変化で発生するスロット高調波の磁束密度変動によって、永久磁石に発生する渦電流を低減するＰＭモータの渦電流低減方法であって、
スロット高調波とは同じ振幅で逆位相のスロット高調波キャンセル電流を求め、このキャンセル電流を電機子電流に重畳させることで、磁石内の磁束密度変動をキャンセルすることを特徴とする。
【０００９】
（２）前記スロット高調波キャンセル電流は、次式、
【００１０】
【数３】
2008236923.tif 000003
【００１１】
ｋはスロット高調波の次数（＝ＰＭモータのスロット数／極数）、Ａは振幅（スロット高調波の変動幅に依存）、θはロータの回転角（電気角）。
に従って求めることを特徴とする。
【００１２】
（３）ロータ面に分割した永久磁石を設けて界磁源とするＰＭモータにおいて、電機子コイルの電流や固定磁極と永久磁石との相対位置変化で発生するスロット高調波の磁束密度変動によって、永久磁石に発生する渦電流を低減するＰＭモータの渦電流低減装置であって、
スロット高調波とは同じ振幅で逆位相のスロット高調波キャンセル電流を求め、このキャンセル電流をＰＭモータの制御回路の界磁電流指令に加算して、磁石内の磁束密度変動をキャンセルする電流制御手段を備えことを特徴とする。
【００１３】
（４）前記電流制御手段は、次式、
【００１４】
【数４】
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【００１５】
ｋはスロット高調波の次数（＝ＰＭモータのスロット数／極数）、Ａは振幅（スロット高調波の変動幅に依存）、θはロータの回転角（電気角）。
に従ってスロット高調波キャンセル電流を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、スロット高調波とは同じ振幅で逆位相の高調波電流を電機子電流に重畳させることで、磁石内の磁束密度変動をキャンセル（相殺）するようにしたため、永久磁石の分割数を増やすことなく、永久磁石に発生するスロット高調波の渦電流を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は渦電流の低減方法を原理的に説明する図であり、同図の（ａ）にはＰＭモータの断面構造を示し、（ｂ）にはスロット高調波による磁石内磁束密度を示す。
【００１８】
図１の（ａ）に示すように、電機子コイル４の電流とロータ１の回転に伴い発生するスロット高調波電流によって、永久磁石２内に磁束密度変動が発生する。本実施形態では、スロット高調波による磁束密度変動に対して、図１の（ｂ）に示すように、スロット高調波とは同じ振幅で逆位相の高調波電流を電機子コイル４の電流に重畳させることで、磁石２内の磁束密度変動をキャンセル（相殺）し、永久磁石２に発生する渦電流を低減する。
【００１９】
上記のスロット高調波をキャンセルするための電機子電流について図２を参照して説明する。スロット高調波の主磁束の次数はスロット数／極数であり、これをキャンセルする電流は、この次数と同じであればよい。また、磁束の方向は、磁束を弱める方向に働くため、電機子電流のトルク分電流成分（図２のａ）に対して位相が９０°ずれている。よって、スロット高調波による磁石の磁束密度変化と逆向きの磁束を発生するキャンセル電流は下記の式で表せる（図２のｂ）。
【００２０】
【数５】
2008236923.tif 000005
【００２１】
ここで、ｋはスロット高調波の次数（＝ＰＭモータのスロット数／極数）、Ａは振幅（スロット高調波の変動幅に依存）、θはロータの回転角（電気角）であり、Ｕ相誘起電圧の立ち上がり位相をθ＝０°とする。
【００２２】
図２の（ｃ）には電機子電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗにスロット高調波キャンセル電流Ｉｕｃ，Ｉｖｃ，Ｉｗｃを重畳させた電流波形を示し、このような電流波形をもつ電機子電流でＰＭモータを駆動することで、スロット高調波キャンセル磁束をステータ側で発生し、永久磁石の渦電流を低減し、その温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
図３は、ＰＭモータにスロット高調波キャンセル電流を供給するための制御回路例を示す。同図は、ＰＭモータのトルク成分（ｑ軸）と界磁成分（ｄ軸）別に電流制御してロータ回転位置を制御する場合を示す。ＰＷＭインバータ１１は周波数と電流を制御した３相電圧でＰＭモータ１２を駆動し、速度／位置検出器１３はＰＭモータのロータの回転に対応する位相またはパルス信号を検出し、この検出信号から速度／位置信号処理部１４はロータの回転位置（機械角、電気角）信号を発生する。
【００２４】
インバータ１１の出力電圧制御は、位置制御器１５によりロータ位置制御演算を行い、この演算結果を速度指令とする速度制御器１６により速度制御演算を行い、この演算結果とトルク電流指令とする電流制御器１７によりトルク電流成分の電流制御演算を行う。また、電流制御器１８により界磁電流成分の電流制御演算を行い、２相／３相座標変換器１９は電流制御器１７および１８での演算結果になるｄｑ軸電圧指令を３相の電圧指令に座標変換してインバータ１１の電圧指令を得る。
【００２５】
３相／２相座標変換器２０は、ＰＭモータ１２の電機子電流検出器２１の２相（または３相）検出電流から２相のｄｑ軸電流成分に変換し、電流制御器１７，１８へのフィードバック電流を発生する。これら座標変換器２０，１９における座標変換に必要なロータ基準位相は正弦波発生器２２に得る。非干渉化制御器２３は、トルク電流成分と界磁電流成分とに含まれる互いの干渉成分を補償して否干渉化する補償電圧を発生する。
【００２６】
以上までの構成になる図３の制御回路は既存のものであり、本実施形態ではこの制御回路に前記のスロット高調波キャンセル電流を加える電流制御手段を設けることで、スロット高調波による磁束密度変動を抑制し、磁石の渦電流を低減する。このキャンセル電流は、ロータ電気角に応じて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相別に前記式に従った演算をキャンセル電流演算器２４によって行い、この演算結果を界磁電流指令Ｉｄｕ＊（Ｉｄｖ＊、Ｉｄｗ＊は省略）に加算する。
【００２７】
なお、本発明を適用するＰＭモータの制御方式は、図３に示すものに限られるものでなく、図３の一部を変更した制御回路や他の制御方式の制御回路に適用して同等の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による渦電流低減方法の原理的な説明図。
【図２】スロット高調波キャンセル電流の説明図。
【図３】本発明の実施形態を示すＰＭモータの制御回路例。
【図４】ＰＭモータの断面構造と磁束密度変化。
【図５】渦電流対策を施した永久磁石構造。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＰＭモータのロータ
２  永久磁石
３  ステータ
４  電機子コイル
１２  ＰＭモータ
２４  キャンセル電流演算器
【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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