(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定装置を有する、磁石温度推定システムであって、
前記回転子は、
前記永久磁石と接触するように設けられ、前記固定子コイルの磁束が作用して電流が流れるように配置される導体を、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、
前記測定周波数の交流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。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体は、前記永久磁石を形成する面のうち、前記永久磁石の磁束が鎖交する面に設けられる導体薄膜である、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項３】
請求項２に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、前記永久磁石の磁束が鎖交する面のうち、前記固定子コイルと対向する側の面に設けられる、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜の厚さは、前記駆動周波数、及び、前記導体薄膜の材料により定められる、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、前記永久磁石を形成する面のうち、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。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜と前記永久磁石とは、熱伝導部材を用いて接合される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、アルミニウムにより構成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項８】
請求項２から６のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、銅により構成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項９】
請求項２から５のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、前記永久磁石を形成する面をメッキすることにより形成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体薄膜は、耐食性のメッキ材料により構成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体は、前記磁石磁束と鎖交するように前記永久磁石に巻回された磁石コイルである、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
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、
前記導体と前記永久磁石とは、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。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
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、
前記導体と前記永久磁石とは、前記空隙において絶縁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。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体は、前記測定周波数、及び、前記導体の物理量に基づいて定まる前記永久磁石に流れる電流が減少するように形成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の磁石温度推定システムであって、
前記導体は、前記測定周波数、及び、前記導体の物理量に基づいて定まる前記回転子にて発生するジュール熱の和が減少するように形成される、
ことを特徴とする磁石温度推定システム。
【請求項１６】
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を有し、磁石温度推定装置によって、前記回転子を回転駆動させる駆動周波数とは周波数が異なる測定周波数の交流電力が重畳された前記駆動周波数の交流電力が印加され、前記測定周波数の交流電力に基づいて測定されるインピーダンスに応じて前記永久磁石の温度が推定されるモータであって、
前記回転子は、
前記永久磁石と接触するように設けられ、前記固定子コイルの磁束が作用して電流が流れるように配置される導体を有する、
ことを特徴とするモータ。
【請求項１７】
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により構成され、前記回転子は、前記永久磁石と接触するように設けられ、前記固定子コイルの磁束が作用して電流が流れるように配置される導体を有するモータにおいて、前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定方法であって、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、永久磁石と接触するように設けられ、固定子コイルの磁束が作用して電流が流れるように配置される導体を有する。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、測定周波数の交流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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータにおけるインピーダンスと永久磁石の温度との相関関係を利用して、永久磁石の温度を推定している。また、モータの回転時には、回転子コイルの回転磁界が導体に作用することにより導体に電流が流れるため、インピーダンスは、導体の抵抗値に応じて変化する。
【００１０】
ここで、導体の抵抗値は、導体の温度に応じて変化する特性がある。そのため、導体を永久磁石と隣接するように設けることにより、インピーダンスと永久磁石の温度との相関関係に、導体の抵抗値の温度特性が影響を及ぼすことになる。導体の抵抗値の単位温度あたりの変化量は比較的大きいため、導体を設けることによって、インピーダンスの単位温度あたりの変化量を大きくすることができる。このようにインピーダンスの単位温度あたりの変化量が大きくなるので、磁石温度推定装置によ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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】図２は、モータの断面図である。
【図３】図３は、磁石部の概略構成図である。
【図４】図４は、磁石温度推定装置のシステム構成図である。
【図５】図５は、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。
【図６】図６は、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。
【図７】図７は、図２に示すモータをモデル化した等価回路を示す図である。
【図８】図８は、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。
【図９Ａ】図９Ａは、第２実施形態のモータの断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに示した磁石部の概略構成図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態の磁石部の概略構成図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態の磁石部の概略構成図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第５実施形態のモータの断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示した磁石部の概略構成図である。
【図１３】図１３は、第６実施形態における永久磁石に流れる電流を示すグラフである。
【図１４】図１４は、磁石部における発熱量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、モータ１の断面図である。
【００２２】
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。
【００２３】
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に永久磁石を備える磁石部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、それらの永久磁石の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、それらの永久磁石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との永久磁石の対向面がＮ極であれば、磁石部２５Ｃと磁石部２５Ｄとの永久磁石の対向面がＳ極となる。
【００２４】
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の永久磁石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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３は、磁石部２５の詳細な構成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。また、図３における手前方向は、図２における固定子１１側に向かう方向を示している。
【００２７】
磁石部２５は、回転子１２の軸方向に積層された複数の磁石部材３１Ａにより構成された永久磁石３１を備えている。例えば、高効率の運転が求められる電動自動車などのモータ１には、このような複数の磁石部材３１Ａにより構成される永久磁石３１が用いられることが多い。印加される交流電流に応じて固定子コイル２３が回転磁界を発生させると、回転子１２の永久磁石３１の表面において渦電流が発生するためジュール損失が発生してしまう。そこで、永久磁石３１を複数の磁石部材３１Ａにより構成することにより、永久磁石３１を１つの永久磁石により構成する場合と比較すると、１つの部材あたりの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、渦電流によるジュール損失を低減することができる。
【００２８】
また、永久磁石３１の表面、すなわち、永久磁石３１を形成する面のうち、永久磁石３１の磁束と鎖交する面を覆うように導体薄膜３２が設けられている。このように設けられる導体薄膜３２においては、永久磁石３１と同様に渦電流が発生することになる。なお、永久磁石３１の表面のうち永久磁石３１の磁束と鎖交する面は２つある。導体薄膜３２は、それらの２つの面のうちの固定子１１側の面に設けられている。
【００２９】
導体薄膜３２は、導電性が高い導体により構成される。導電性が高い材料とは、例えば、アルミや、アルミよりも質量が重くかつ導電率が高い銅などである。このような導体により構成される導体薄膜３２は、温度が上昇すると抵抗値が大きくなる特性を有している。
【００３０】
また、導体薄膜３２の厚さは、以下に説明するような電流表皮厚と概ね等しい。一般に、コイルに高調波の交流電力が印加されると、コイルにより発生する磁束の磁束方向に直交するように設けられた導体に渦電流が流れる。この渦電流は、導体の表面から、交流電力の周波数、及び、導体の材料に応じて決まる所定の深さまでの部分を流れることが知られている。このような現象は表皮効果と称されており、また、表皮効果において渦電流が流れる導体表面からの深さは電流表皮厚と称されている。このような電流表皮厚は、以下の式により求めることができる。
【００３１】
【数１】
0006428520.tif 000002
ただし、式（１）においては、以下の各パラメータが用いられている。
ω：交流電力の角周波数
：導体の導電率
μ：導体の透磁率
【００３２】
仮に、導体薄膜３２を電流表皮厚よりも厚くなるように構成したとしても、導体薄膜３２を電流表皮厚と等しい厚さとなるように構成した場合と比較すると、導体薄膜３２に流れる渦電流は大きくならない。そのため、導体薄膜３２の固定子方向、すなわち、磁束方向の厚さを、電流表皮厚程度にしておくことにより、導体の使用量を抑制しつつ、渦電流を十分に大きくすることができる。
【００３３】
また、永久磁石３１と導体薄膜３２とは熱伝導性が高い接着部材３３により接合されている。なお、接着部材３３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。
【００３４】
次に、図４を用いて、磁石温度推定装置２について説明する。
【００３５】
図４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。
【００３６】
図４に示すように、磁石温度推定装置２は、電力供給部４１と、重畳部４２と、磁石温度推定部４３とを有する。
【００３７】
電力供給部４１は、不図示のモータコントローラなどから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。
【００３８】
重畳部４２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４２は、入力に応じた高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を電力供給部４１に出力することで、電力供給部４１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。
【００３９】
磁石温度推定部４３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。このように推定された磁石温度Ｔｍが永久磁石３１の不可逆消磁温度に達する前に、電力供給部４１に入力される基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*を制限してモータ１の回転速度を制限することにより、永久磁石３１が不可逆消磁してしまうことを防ぐことができる。
【００４０】
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。
【００４１】
高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*は、上述のように、永久磁石３１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。
【００４２】
次に、電力供給部４１、重畳部４２、及び、磁石温度推定部４３の詳細な構成について説明する。
【００４３】
電力供給部４１は、減算器４１１、電流制御部４１２、加算器４１３、座標変換部４１４、電力変換部４１５、電流検出部４１６、座標変換部４１７、及び、バンドストップフィルター４１８を備える。
【００４４】
また、電力供給部４１においては、基本波電流指令値ｉｄｓｆ*、ｉｑｓｆ*が減算器４１１に入力されるとともに、重畳部４２の共振制御部４２２から高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*が加算器４１３に入力される。そして、電力変換部４１５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。
【００４５】
減算器４１１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４１２に出力する。なお、基本波検出電流値ｉｄｓｆ、ｉｑｓｆは、モータ１に印加される電流の検出値の基本波成分である。
【００４６】
電流制御部４１２は、減算器４１１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４１３に出力する。
【００４７】
加算器４１３は、電流制御部４１２から出力された第１電圧指令値ｖｄ０*、ｖｑ０*に、重畳部４２の共振制御部４２２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４１３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４１４へ出力する。
【００４８】
座標変換部４１４は、加算器４１３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４１４は、算出した３相電圧指令値ｖｕ*、ｖｖ*、ｖｗ*を、電力変換部４１５に出力する。
【００４９】
電力変換部４１５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４１５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４１５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。
【００５０】
電流検出部４１６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４１６は、検出した３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを座標変換部４１７に出力する。
【００５１】
座標変換部４１７は、電流検出部４１６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４１７は、求めた検出電流ｉｄｓ、ｉｑｓを、バンドストップフィルター４１８、および、重畳部４２のバンドパスフィルター４２３に出力する。
【００５２】
バンドストップフィルター４１８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４１８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４１１に出力する。
【００５３】
重畳部４２は、減算器４２１と、共振制御部４２２と、バンドパスフィルター４２３とを備える。重畳部４２は、減算器４２１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４１の加算器４１３および磁石温度推定部４３に出力する。
【００５４】
バンドパスフィルター４２３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４２３は、座標変換部４１７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４２１に出力する。
【００５５】
減算器４２１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４２３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４２１は、高調波電流指令値ｉｄｓｃ*、ｉｑｓｃ*から高調波検出電流値ｉｄｓｃ、ｉｑｓｃをそれぞれ減算し、減算結果を共振制御部４２２に出力する。
【００５６】
共振制御部４２２は、減算器４２１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４２２は、高調波電圧指令値ｖｄｓｃ*、ｖｑｓｃ*を、電力供給部４１の加算器４１３、及び、磁石温度推定部４３に出力する。
【００５７】
なお、共振制御部４２２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４２２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。
【００５８】
本実施形態では、共振制御部４２２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４２２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４１３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。
【００５９】
磁石温度推定部４３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４２の共振制御部４２２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４３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、永久磁石３１の温度を推定する。
【００６０】
具体的には、磁石温度推定部４３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。磁石温度推定部４３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。
【００６１】
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、すなわち、永久磁石３１の温度と相関関係があることが知られている。そのため、磁石温度推定部４３は、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと永久磁石３１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、永久磁石３１の温度を推定することができる。
【００６２】
ここで、図５を用いて、磁石温度推定部４３により測定される高調波インピーダンスの実部Ｒｄと、永久磁石３１の温度との相関関係について説明する。
【００６３】
図５は、磁石温度推定装置２により永久磁石の温度を推定することができ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。図５（ａ）にモータの構成が示されており、図５（ｂ）に図５（ａ）のモータと等価な磁束回路が示されている。なお、図５におけるモータ１の回転子１２の磁石部２５には、導体薄膜３２が設けられていないものとする。
【００６４】
図５（ａ）においては、図４に示した電力変換部４１５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４の電流検出部４１６にて検出される３相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの高調波成分である。
【００６５】
固定子コイル２３に磁石温度推定装置２（図５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は磁石部２５との間において高調波成分を有する回転磁界を発生させる。そのため、磁石部２５の永久磁石３１の表面において、固定子コイル２３の回転磁界の高調波成分に応じて渦電流が発生する。したがって、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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、磁石部２５は、抵抗成分がＲｘであり、インダクタンス成分がＬｘであるものとする。なお、磁石部２５は主に永久磁石３１のみで構成されているため、磁石部２５の抵抗成分Ｒｘは、永久磁石３１の抵抗成分Ｒｍとなる。永久磁石３１の抵抗成分Ｒｍは磁石温度Ｔｍに応じて変化するため、磁石部２５の抵抗成分はＲｘ（Ｔｍ）と示すものとする。また、磁石部２５のインダクタンス成分Ｌｘは、永久磁石３１のインダクタンス成分Ｌｍ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、Ｌｘ（Ｔｍ，Ｉｈ）と示すものとする。
【００６８】
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（２）で表される。
【００６９】
【数２】
0006428520.tif 000003
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（２）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６に示すような相関関係がある。
【００７０】
図６は、図５に示したような、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられ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６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、磁石温度推定部４３は、求めた高調波インピーダンスの実部Ｒｄと、図６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。
【００７１】
次に、本実施形態のように、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられ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による回転磁界の磁束と垂直に設けられた導体薄膜３２において、渦電流が発生する。したがって、モータ１は、図７に示したような等価回路となる。
【００７２】
図７は、本実施形態のような、導体薄膜３２が設けられたモータ１の等価回路を示す図である。図７は、図５に示した一般的なモータの等価回路と比較すると、導体薄膜３２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。なお、永久磁石３１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。また、導体薄膜３２は、抵抗成分がＲｆであり、インダクタンス成分がＬｆであるものとする。
【００７３】
ここで、式（２）における磁石部２５の抵抗成分Ｒｘは、永久磁石３１の抵抗成分Ｒｍと、導体薄膜３２の抵抗成分Ｒｆ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Ｌｘは、永久磁石３１のインダクタンス成分Ｌｍと、導体薄膜３２のインダクタンス成分Ｌｆとを合成することで求められる。したがって、測定されるインピーダンスの実部Ｒｄは、回転子１２全体のインピーダンスの実部であり、すなわち、永久磁石２１と導体薄膜３２とより構成される磁石部２５のインピーダンスの実部となる。
【００７４】
上述のように、導体薄膜３２の抵抗値は、温度が上昇すると増加する特性がある。そのため、式（２）における磁石部２５の抵抗値Ｒｘ（Ｔｍ）の温度特性において、導体薄膜３２の温度特性が加味されることになる。
【００７５】
図８は、磁石部２５が導体薄膜３２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。
【００７６】
ここで、磁石部２５が導体薄膜３２を備えていない場合の図６と、磁石部２５が導体薄膜３２を備える場合の図８とを比較すると、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は、図８に示したような導体薄膜３２が設けられている場合の方が大きい。これは、導体薄膜３２を設けることにより、式（２）における第２項の分母に含まれる磁石部２５の抵抗成分Ｒｘの単位温度あたりの変化量がより大きくなるためである。
【００７７】
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。
【００７８】
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４２は、電力供給部４１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、磁石温度推定部４３は、高調波電圧Ｖｈを高調波電流Ｉｈで除することにより、高調波成分のインピーダンスを求める。
【００７９】
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による回転磁界が作用することにより導体薄膜３２に電流が流れる。このように導体薄膜３２に電流が流れることで、図８に示したように、磁石温度推定部４３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、導体薄膜３２の温度特性が加味される。すなわち、図６に示した一般的なモータにおける相関関係と比較すると、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大きい。したがって、磁石温度推定部４３は、図８の相関関係を用いることにより、図６の相関関係を用いる場合と比べて、永久磁石３１の温度を高い精度で推定することができる。
【００８０】
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、永久磁石３１を形成する面、すなわち、永久磁石３１の表面のうち、永久磁石３１の磁束と鎖交する面に設けられている。ここで、固定子１１の固定子コイル２３の回転磁界と、回転子１２の磁石部２５の永久磁石３１の磁界とは同一直線上となりうるように構成されており、それらの磁界が相互に影響を及ぼすことで、モータ１が回転駆動する。すなわち、導体薄膜３２は、回転磁界と鎖交可能に構成されている。そのため、固定子コイル２３に交流電力が印加されると、固定子コイル２３の回転磁界と鎖交するように設けられた導体薄膜３２において渦電流が流れることになる。
【００８１】
このように導体薄膜３２において渦電流が流れるため、図８に示したように、磁石温度推定部４３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、導体薄膜３２の温度特性が加味される。したがって、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの変化率が大きくなるため、磁石温度推定部４３は、磁石部２５の温度をより高い精度で推定することができる。
【００８２】
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、永久磁石３１の磁束が鎖交する面のうち、固定子コイル２３と対向する側の面に導体薄膜３２が設けられている。ここで、永久磁石３１の磁束が鎖交する面のうち、固定子１１と対向している面においての方が、固定子１１と対向していない面においてよりも、固定子コイル２３の回転磁界の大きさが大きい。そのため、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係における導体薄膜３２の温度特性の影響が大きくなる。このようにすることで、導体薄膜３２を、永久磁石３１の磁束が鎖交する面のうちの、前記固定子コイルと対向する側の面に設けることにより、導体の使用量を抑えつつ、永久磁石３１の温度の推定精度を高めることができる。
【００８３】
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、その厚さが、駆動周波数である基本波周波数、導体の導電率、及び、導体の透磁率に応じて定められる電流表皮厚となるように形成される。導体に流れる渦電流は、導体表面から電流表皮厚だけ内側の領域のみを流れるため、導体薄膜３２を電流表皮厚よりも厚く形成しても、渦電流を大きくすることはできない。そこで、導体薄膜３２の厚さを電流表皮厚とすることにより、高調波インピーダンスの実部Ｒｄと磁石温度Ｔｍとの相関関係における導体薄膜３２の温度特性の影響を十分に大きくすることができる。したがって、導体の使用量を抑えつつ、磁石温度の推定精度を高めることができる。
【００８４】
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３３によって永久磁石３１と導体薄膜３２とは接合されているため、磁石部２５を構成する永久磁石３１と導体薄膜３２との間の温度差を小さくすることができる。ここで、永久磁石３１と導体薄膜３２との間に温度差が生じてしまうと、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との相関関係は、図８に示したような理想的な相関関係とならない。そのため、永久磁石３１と導体薄膜３２との間の温度差を小さくすることにより、予め記憶している相関関係を用いて測定される永久磁石３１の温度と、実際の永久磁石３１の温度とをより一致させることができるため、永久磁石３１の温度の推定精度を向上させることができる。
【００８５】
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、例えば、アルミニウムにより構成されている。アルミニウムは良好な導電性を有しており、発生する渦電流は比較的大きいため、アルミニウムの導体薄膜３２を設けることにより、高調波インピーダンスの実部Ｒｄの磁石温度Ｔｍの温度に対する変化率をより大きくすることができる。したがって、磁石温度推定部４３による永久磁石３１の温度の推定精度を向上させることができる。
【００８６】
また、第１実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、例えば、銅により構成されている。銅はアルミニウムよりもさらに良好な導電性を有しているため、銅の導体薄膜３２を設けることにより高調波インピーダンスの実部Ｒｄの磁石温度Ｔｍの温度に対する変化率をさらに大きくすることができる。したがって、磁石温度推定部４３による永久磁石３１の温度の推定精度をさらに向上させることができる。
【００８７】
また、導体薄膜３２が銅により構成される場合には、導体薄膜３２がアルミにより構成されている場合よりも、導体薄膜３２における渦電流が大きいため、永久磁石３１における渦電流が小さくなる。このように永久磁石３１の渦電流が小さくなるため、永久磁石３１における渦電流による熱損失を低減することができる。したがって、永久磁石３１の温度上昇を抑制することにより、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ができる。
【００８８】
（第２実施形態）
第１実施形態においては、導体薄膜３２が、永久磁石３１の磁束と鎖交する面の全面に設けられた例について説明した。第２実施形態においては、導体薄膜３２が永久磁石３１の磁束と鎖交する面の一部に設けられる例について説明する。
【００８９】
図９Ａは、第２実施形態のモータ１の一部の断面図である。図９Ｂは、図９Ａに示した磁石部２５の概略構成図である。本実施形態においては、永久磁石３１を形成する面である表面のうち、固定子１１側の端部が、モータ１の回転時に最も高温になるものとする。図９Ａ、及び、図９Ｂに示されるように、導体薄膜３２は、このようにモータ１の回転時に永久磁石３１の最も高温になる場所に設けられている。
【００９０】
なお、一般に、永久磁石３１に到達する固定子コイル２３の回転磁界の強さは永久磁石３１の部位ごとに異なるため、永久磁石３１において発生する渦電流の大きさに偏りがあり、永久磁石３１の表面の温度は均一とならない。また、固定子１１と回転子１２との間の空隙であるエアギャップに近い位置において、永久磁石３１の温度が高くなることが知られている。なお、このようなモータ１の回転時における固定子１１内の温度分布は、設計により求めることができる。
【００９１】
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。
【００９２】
第２実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、モータ１の回転時に最も高温になる場所に、導体薄膜３２が設けられている。ここで、インピーダンスの実部Ｒｄと永久磁石３１の温度との相関関係には、モータ１の運転時に最も高温になる場所に設けられる導体薄膜３２の温度特性が影響することになる。そのため、磁石温度推定部４３により推定される永久磁石３１の温度は、永久磁石３１の表面のうちの最も高温の場所の温度となる。したがって、推定された永久磁石３１の温度が永久磁石３１の不可逆消磁温度を上回らないように、モータ１の回転を制御することにより、永久磁石３１の表面のうちの一部が永久磁石３１の不可逆消磁温度を上回ることを防ぐことができる。そのため、永久磁石３１の不可逆消磁を確実に防止できることに加えて、導体薄膜３２を永久磁石３２の表面の一部に設けることにより導体の使用量を低減することができる。
【００９３】
（第３実施形態）
第１及び第２実施形態においては、導体で構成される導体薄膜３２が接着部材３３により接着されている例について説明した。第３実施形態においては、導体薄膜３２が他の方法で構成される例について説明する。
【００９４】
図１０は、第３実施形態の磁石部２５の概略構成図である。
【００９５】
図１０に示すように、導体薄膜３２は、永久磁石３１をメッキ加工することにより構成されている。このような導体のメッキ加工は、亜鉛、銅、ニッケルなどの、耐食性を備えるメッキ材料を用いて行われる。
【００９６】
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。
【００９７】
第３実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、永久磁石３１の表面の一部をメッキすることにより構成される。モータ１の製造工程においては、永久磁石３１と隣接するように導体薄膜３２を設けることで磁石部２５を形成した後に、回転子１２に形成された空隙２４に磁石部２５が挿入される。そのため、第１実施形態のように接着部材３３を用いて導体薄膜３２を永久磁石３１に固定する場合と比較すると、メッキ加工により導体薄膜３２を設けることにより、永久磁石３１と導体薄膜３２とが分離されにくくなるため、空隙２４への磁石部２５の挿入を容易にすることができる。
【００９８】
第３実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２は、耐食性のメッキ材料により構成されている。そのため、永久磁石３１が錆びることを防止することができるため、モータ１の耐久性を向上させることができる。
【００９９】
（第４実施形態）
第１乃至３実施形態においては、導体が導体薄膜３２として設けられる例について説明した。第４実施形態では、導体が他の形状で設けられる例について説明する。
【０１００】
図１１は、第４実施形態の磁石部２５の概略構成図である。図１１に示されるように、第１実施形態と比較すると導体薄膜３２の代わりに、導体コイル１１０１が設けられている。導体コイル１１０１は、永久磁石３１と隣接するとともに、永久磁石３１の磁束と鎖交するように設けられている。なお、永久磁石３１と導体コイル１１０１とは、熱伝導性が高い接着部材（本実施形態では不図示）により接合されている。
【０１０１】
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。
【０１０２】
第４実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体コイル１１０１は、永久磁石３１の磁束と鎖交するように設けられている。モータ１の回転時には、固定子１１の固定子コイル２３の回転磁界が導体コイル１１０１を交番するため、導体コイル１１０１において誘起電力が発生して電流が流れる。
【０１０３】
そのため、第１実施形態と同様に、式（２）における磁石部２５の抵抗値Ｒｘ（Ｔｍ）の温度特性に、導体コイル１１０１の温度特性が加味されることになる。したがって、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を大きくすることができるため、磁石温度推定部４３による永久磁石３１の温度の推定精度を向上させることができる。
【０１０４】
（第５実施形態）
第１乃至第４実施形態においては、永久磁石３１に隣接して設けられる導体の構成の例について説明した。第５実施形態においては、空隙２４における磁石部２５の他の構成について説明する。
【０１０５】
図１２Ａは、第５実施形態のモータ１の断面図の一部である。図１２Ｂは、図１２Ａの磁石部２５の近傍の構成の斜視図である。なお、図１２Ｂにおいては、図１２Ａに示された樹脂１２０１の内部の構成が、点線にて示されている。
【０１０６】
本実施形態にて設けられる導体は、第４実施形態と同様に導体コイル１１０１である。図１２Ａ、１２Ｂに示されるように、磁石部２５は、図１１に示した第４実施形態の磁石部２５の近傍の構成と比較すると、空隙２４において磁石部２５が樹脂１２０１によりモールドされている点が異なる。
【０１０７】
樹脂１２０１は、熱伝導性及び絶縁性が高い材料により構成されている。樹脂１２０１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１２０１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と導体コイル１１０１とを熱伝導性が高い接着部材３３により接合した後に、樹脂１２０１によってモールドされているものとする。なお、接着部材３３を用いずに樹脂１２０１のみで永久磁石３１と導体コイル１１０１とを固定してもよい。
【０１０８】
なお、本実施形態では、第４実施形態のような導体コイル１１０１を備える磁石部２５が樹脂１２０１によりモールドされた例について説明したが、これに限らない。第１乃至３実施形態のように、導体薄膜３２を備える磁石部２５が樹脂１２０１によってモールドされてもよい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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が、熱伝導性が高い樹脂１２０１を用いて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と導体コイル１１０１との温度差を小さくすることができる。したがって、測定されるインピーダンスと永久磁石３１との相関関係を、図８に示したような理想的な相関関係とより一致させることができるため、永久磁石３１の温度の推定精度を向上させることができる。
【０１１１】
特に、導体コイル１１０１と永久磁石３１とのが密着しておらず、それらの間に空気層がある場合には、空気層は断熱性が高いため、導体コイル１１０１と永久磁石３１との間に温度差が生じてしまうことがある。そこで、熱伝導性の高い樹脂１２０１を用いてモールドすることにより、永久磁石３１と導体コイル１１０１との温度差を小さくすることができるため、永久磁石３１の温度の推定精度を向上させることができる。
【０１１２】
また、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が、絶縁性の高い樹脂１２０１によりモールドされている。このように構成されることにより、永久磁石３１から電磁鋼板などで構成される回転子１２への漏れ磁束を低減することができるため、モータ１の回転効率の低下を抑制することができる。
【０１１３】
（第６実施形態）
第１実施形態においては、導体薄膜３２を設けることにより、永久磁石３１の推定精度を向上させせる例について説明した。第６実施形態においては、永久磁石３１における発熱を抑制するように導体薄膜３２を設計する例について説明する。
【０１１４】
まず、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合における、永久磁石３１に流れる渦電流の大きさについて検討する。
【０１１５】
上述のように、図７には、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合の固定子１１と回転子１２とにより構成される磁束回路が示されている。図７においては、固定子１１と回転子１２の電磁鋼板内における、固定子コイル２３と永久磁石３１による磁束φｅｘｔが示されている。また、永久磁石３１に流れる渦電流を、磁石渦電流Ｉｍとして示し、導体薄膜３２に流れる電流を、導体電流Ｉｆとして示すものとする。図７に示した磁束回路において、磁石渦電流Ｉｍ及び導体電流Ｉｆと、磁束φｅｘｔとの関係は、それぞれ次の式のように表すことができる。
【０１１６】
【数３】
0006428520.tif 000004
【０１１７】
【数４】
0006428520.tif 000005
ただし、式（３）、（４）においては、以下の各パラメータが用いられている。
Ｎｍ：永久磁石３１を渦電流が流れる導体と仮定した場合の等価ターン数（＝１）
Ｒｍ：永久磁石３１の抵抗成分
Ｌｍ：永久磁石３１のインダクタンス成分
Ｎｆ：導体薄膜３２のターン数
Ｒｆ：導体薄膜３２の抵抗成分
Ｌｆ：導体薄膜３２のインダクタンス成分
Ｒ：固定子１１及び回転子１２により構成される磁路の磁気抵抗値
ｊ：虚数単位
ω：測定周波数の交流電力の角周波数
【０１１８】
次に、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合における、永久磁石３１に流れる渦電流の大きさについて検討する。このような場合には、導体薄膜３２における渦電流は存在しないため、式（３）において導体薄膜３２に起因する成分は含まれない。したがって、導体薄膜３２が設けられていない場合には、永久磁石３１に流れる渦電流である基本渦電流Ｉｍ’と、磁束φｅｘｔとの周波数特性は、次の式のように示すことができる。
【０１１９】
【数５】
0006428520.tif 000006
ここで、磁石渦電流Ｉｍの基本渦電流Ｉｍ’に対する比率、すなわち、導体薄膜３２を設けることにより永久磁石３１に流れる電流の増減率は、式（３）及び式（５）から、次の式のように表される。
【０１２０】
【数６】
0006428520.tif 000007
そこで、磁石渦電流Ｉｍが基本渦電流Ｉｍ’よりも小さくなるように（Ｉｍ＜Ｉｍ’）、すなわち、式（６）により求まる増減率が1未満となるように、導体薄膜３２の物理量であるパラメータ（ターン数Ｎｆ、電気抵抗Ｒｆ、インダクタンスＬｆ）および測定周波数ｆｈを設計する。このように設計することにより、永久磁石３１に流れる渦電流を減少させることができる。そのため、永久磁石３１の発熱を抑制することができ、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ができる。
【０１２１】
また、導体薄膜のパラメータが既に定められており、磁束φｅｘｔが一定である場合には、式（３）及び式（５）を参照すると、磁石渦電流Ｉｍ、及び、基本渦電流Ｉｍ’は、モータ１に印加される電力の角速度ω、すなわち、測定周波数ｆｈに応じて変化することになる。このような、磁石渦電流Ｉｍ、及び、基本渦電流Ｉｍ’と、測定周波数ｆｈとの関係の一例が、図１３に示されている。
【０１２２】
図１３は、導体薄膜３２が設けられている場合の磁石渦電流Ｉｍ、及び、導体薄膜３２が設けられていない場合の基本渦電流Ｉｍ’と、測定周波数ｆｈとの関係の一例を示す図である。縦軸が電流値を、横軸が周波数を示し、磁石渦電流Ｉｍが実線で、基本渦電流Ｉｍ’が点線で示されている。
【０１２３】
この図によれば、測定周波数ｆｈが所定の周波数ｆｘを上回ると、磁石渦電流Ｉｍが基本渦電流Ｉｍ’よりも小さくなることが示されている。そのため、磁石温度推定装置２の重畳部４２により重畳される高調波の測定周波数ｆｈを、所定の周波数ｆｘよりも高くすることにより、永久磁石３１における渦電流を減少させることができる。
【０１２４】
また、回転子１２においては、永久磁石３１だけでなく導体薄膜３２も発熱する。そのため、回転子１２全体の発熱量、すなわち、永久磁石３１及び導体薄膜３２の発熱量を考慮して、導体薄膜３２を設計することが好ましい。
【０１２５】
まず、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合の磁石部２５の発熱量について検討する。磁石部２５の発熱量は、磁石部２５を構成する永久磁石３１及び導体薄膜３２それぞれの発熱量の和として求めることができる。永久磁石３１において磁石渦電流Ｉｍにより発生するジュール損失Ｗｍは、永久磁石３１の電気抵抗Ｒｍと磁石渦電流Ｉｍの２乗との積である。また、導体薄膜３２において導体電流Ｉｆにより発生するジュール損失Ｗｆは、導体薄膜の電気抵抗Ｒｆと導体電流Ｉｆの２乗との積である。このようなＷｓとＷｆの和を求めることにより、磁石部２５における発熱量Ｗａｌｌを求めることができる。
【０１２６】
次に、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられていない場合の磁石部２５の発熱量について検討する。磁石部２５は、主に永久磁石３１のみによって構成されており、永久磁石３１において基本渦電流Ｉｍにより発生するジュール損失Ｗｍ’は、ＲｍとＩｍ’との積である。このような永久磁石３１におけるジュール損失Ｗｍ’が、磁石部２５における発熱量Ｗａｌｌ’となる。
【０１２７】
そこで、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合のジュール損失Ｗａｌｌが、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられていない場合のジュール損失Ｗａｌｌ’よりも小さくなるように、導体薄膜３２の物理量であるパラメータ（Ｎｆ、Ｒｆ、Ｌｆ）、及び、測定周波数ｆｈを設計する。このように設計することにより、回転子１２、すなわち、磁石部２５全体の発熱を抑制することができるため、永久磁石３１の発熱をより確実に抑制することができる。
【０１２８】
図１４は、上述したそれぞれのジュール損失と、測定周波数との関係の一例を示す図である。
【０１２９】
この図においては、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられている場合の、永久磁石３１のジュール損失Ｗｍ、及び、導体薄膜３２のジュール損失Ｗｆが、それぞれ、一点破線、及び、二点破線で示されている。そして、永久磁石３１のジュール損失Ｗｍと導体薄膜３２のジュール損失Ｗｆとの和である磁石部２５のジュール損失Ｗａｌｌが実線で示されている。
【０１３０】
また、磁石部２５に導体薄膜３２が設けられていない場合の、磁石部２５のジュール損失Ｗａｌｌ’、すなわち、永久磁石３１のジュール損失Ｗａｌｌ’が、点線で示されている。なお、磁石部２５は永久磁石３１によってのみ構成されるため、永久磁石３１のジュール損失Ｗａｌｌ’は、永久磁石３１の発熱量Ｗｍ’と等しい。
【０１３１】
図１４に示されるように、測定周波数ｆｈが所定の周波数ｆｙよりも低い周波数帯において、ジュール損失Ｗａｌｌがジュール損失Ｗａｌｌ’よりも小さくなる。したがって、測定周波数ｆｈを所定の周波数ｆｙよりも低く設定することにより、磁石部２５における発熱を小さくすることができる。
【０１３２】
なお、本実施形態においては、永久磁石３１と隣接して設けられる導体が導体薄膜３２である例について説明したが、これに限らない。導体が導体コイル１１０１であっても、同様の方法を用いて最適に設計することができる。
【０１３３】
第６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。
【０１３４】
第６実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、導体薄膜３２の物理量であるパラメータ（ターン数Ｎｆ、電気抵抗Ｒｆ、インダクタンスＬｆ）、及び、磁石温度推定装置２の重畳部４２により重畳される測定周波数ｆｈに応じて、永久磁石３１に流れる渦電流の大きさが変化する。
【０１３５】
そこで、磁石部２５が導体薄膜３２を備える場合の磁石渦電流Ｉｍが、導体薄膜３２を備えない場合の基本渦電流Ｉｍ’よりも小さくなるように、永久磁石３１の物理量、及び、測定周波数ｆｈを定める。このようにすることにより、導体薄膜３２を設けることで永久磁石３１において流れる渦電流を減少させることができる。
【０１３６】
具体的には、導体薄膜３２を設けた時の永久磁石３１に流れる渦電流の増減率は、式（６）のように表すことができる。そこで、式（６）で求められる増減率が１未満となるように、永久磁石３１の各パラメータ（ターン数Ｎｆ、電気抵抗Ｒｆ、インダクタンスＬｆ）、及び、測定周波数ｆｈを設計する。このように設計した導体薄膜３２の物理量、及び、測定周波数ｆｈを用いることにより、永久磁石３１に流れる渦電流を減少させることができる。したがって、永久磁石３１における渦電流による発熱を抑制することができるため、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ができる。
【０１３７】
また、例えば、磁石渦電流Ｉｍ、及び、基本渦電流Ｉｍ’と、測定周波数ｆｈとが、図１３に示したような関係である場合には、所定の周波数ｆｘよりも大きい周波数帯において磁石渦電流Ｉｍが基本渦電流Ｉｍ’よりも小さくなる。そこで、測定周波数ｆｈをこの所定の周波数ｆｘよりも大きく設定することにより、永久磁石３１に流れる渦電流を減少させることができる。
【０１３８】
このように永久磁石３１に流れる渦電流を減少させることにより、永久磁石３１における渦電流による発熱を抑制することができるため、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ができる。
【０１３９】
また、第６実施形態の磁石温度推定システム１００によれば、磁石部２５の物理量、及び、測定周波数ｆｈは、磁石部２５全体の発熱量を減少させるように定めることができる。
【０１４０】
ここで、磁石部２５の発熱量Ｗａｌｌについて検討すると、導体薄膜３２が設けられている場合には、磁石部２５の発熱量Ｗａｌｌは、永久磁石３１における発熱量Ｗｓと、導体薄膜３２における発熱量Ｗｆとの和によって求めることができる。なお、永久磁石３１における発熱量Ｗｍは、永久磁石の抵抗値Ｒｍと、永久磁石３１における磁石渦電流Ｉｍの２乗との積である。また、導体薄膜３２における発熱量Ｗｆは、導体薄膜３２の抵抗値Ｒｆと、導体薄膜３２における導体電流Ｉｆの２乗の積である。
【０１４１】
また、導体薄膜３２が設けられている場合には、磁石部２５の発熱量Ｗａｌｌ’は、永久磁石３１における発熱量Ｗｍ’となる。なお、永久磁石３１における発熱量Ｗｍ’は、永久磁石の抵抗値Ｒｍと、永久磁石３１における基本渦電流Ｉｍ’の２乗の積である。
【０１４２】
そこで、発熱量ＷａｌｌがＷａｌｌ’よりも小さくなるように、測定周波数ｆｈ、及び、永久磁石３１の各パラメータ（ターン数Ｎｆ、電気抵抗Ｒｆ、インダクタンスＬｆ）を設計する。そして、その設計値に基づいて導体薄膜３２を形成することにより、磁石部２５における発熱量を減少させることができる。
【０１４３】
また、例えば、ジュール熱Ｗａｌｌ、及び、Ｗａｌｌ’と、測定周波数ｆｈとの関係が、図１４に示したような関係である場合には、所定の周波数ｆｙよりも大きい周波数帯においてジュール熱ＷａｌｌがＷａｌｌ’よりも小さくなる。そこで、測定周波数ｆｈを所定の周波数ｆｙよりも小さく設定することにより、導体薄膜３２が形成された磁石部２５における発熱を抑制することができる。
【０１４４】
このようにして、永久磁石３１において発熱が抑制され、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ができる。また、不要な発熱を抑制することができるため、モータ１の運転効率を向上させることができる。
【０１４５】
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。
【符号の説明】
【０１４６】
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
３１Ａ    磁石部材
３２    導体薄膜
３３    接着部材
４１    電力供給部
４１１    減算器
４１２    電流制御部
４１３    加算器
４１４    座標変換部
４１５    電力変換部
４１６    電流検出部
４１７    座標変換部
４１８    バンドストップフィルター
４２    重畳部
４２１    減算器
４２２    共振制御部
４２３    バンドパスフィルター
４３    磁石温度推定部
１１０１    導体コイル
１２０１    樹脂
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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