(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を所定の流路に循環させる機構とフェライト磁石を備えた永久磁石電動機であって、
外気温が所定値よりも低い場合に、フェライト磁石の温度が限磁を生じさせない程度の使用可能温度よりも低いか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下と判定された場合に、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限する駆動電流制限手段と、
前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下と判定された場合に電動機を加熱する加熱手段とを有し、
前記加熱手段は、冷却媒体の温度が所定値以下である場合に、ヒータによる加熱又は電動機の駆動電流回路に高周波電流を流すことによる加熱のうちの少なくとも一方を行い、冷却媒体の温度が所定値以下でない場合には、冷却媒体を循環させることにより加熱することを特徴とする永久磁石電動機。
【請求項２】
前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下ではないと判定された場合に、冷却媒体の流路を予め設けておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更する流路変更手段を有することを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。
【請求項３】
前記駆動電流制限手段は、フェライト磁石の温度に応じて電動機の駆動電流の出力を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライトタイプの永久磁石を備えた永久磁石電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、永久磁石電動機には、高性能なネオジタイプの永久磁石が用いられている。このネオジタイプの永久磁石は、非常に高価で、永久磁石電動機のコストの多くを占め、価格を押し上げる原因となっている。
【０００３】
これに対して、昨今は低価格のフェライトタイプの永久磁石（以下「フェライト磁石」という）の高性能化が進んできており、大出力電動機で必要とされるレベルの磁力を発生可能なものが商品化されつつある。
【０００４】
このフェライト磁石の価格は、ネオジタイプのものに比較して１／１０以下と非常に安価であり、永久磁石電動機に適用した場合には価格的な競争力が非常に高くなるという利点がある。
【０００５】
また、フェライト磁石の特性は、現在弊社で開発を進めているリラクタンスモータとの相性が非常に良く、ネオジタイプの永久磁石の代わりに使用しても出力がほとんど落ちないという利点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェライト磁石は、−２０℃以下の極低温の環境下での耐性が低いため、フェライト磁石を用いた電動機を極低温の環境下で駆動しようとすると、電動機の駆動電流により発生する磁界によって、フェライト磁石は減磁（磁力が低下）してしまう。フェライト磁石は、一回減磁すると元の磁力に戻らないため、以後、電動機は本来の出力を出せなくなり、ひいては故障の原因になるおそれもある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フェライト磁石を外気温が極低温な環境下でも減磁させることなく使用可能とした永久磁石電動機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明に係る永久磁石電動機は、冷却媒体を所定の流路に循環させる機構とフェライト磁石を備えた永久磁石電動機であって、外気温が所定値よりも低い場合に、フェライト磁石の温度が限磁を生じさせない程度の使用可能温度よりも低いか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下と判定された場合に、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限する駆動電流制限手段と、前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下と判定された場合に電動機を加熱する加熱手段とを有し、前記加熱手段は、冷却媒体の温度が所定値以下である場合に、ヒータによる加熱又は電動機の駆動電流回路に高周波電流を流すことによる加熱のうちの少なくとも一方を行い、冷却媒体の温度が所定値以下でない場合には、冷却媒体を循環させることにより加熱することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、外気温が低くフェライト磁石の温度が減磁を生じさせない程度の使用可能温度以下の場合に、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限するようにしたことで、フェライト磁石の減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
また、本発明にあっては、外気温が低くフェライト磁石の温度が使用可能温度以下の場合に、電動機を加熱するようにしたことで、フェライト磁石の温度が上がり減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の永久磁石電動機において、前記判定手段によりフェライト磁石の温度が使用可能温度以下ではないと判定された場合に、冷却媒体の流路を予め設けておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更する流路変更手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、外気温は低いがフェライト磁石の温度は使用可能温度以下でない場合に、冷却媒体の流路を予め設けておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更するようにしたことで、フェライト磁石が保温されるので減磁が防止され、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。なお、冷却媒体とは、冷却水や油等をいうものとする。
【００１６】
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２記載の永久磁石電動機において、前記駆動電流制限手段は、フェライト磁石の温度に応じて電動機の駆動電流の出力を制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、一実施の形態におけるフェライト磁石を用いた永久磁石電動機（以下、適宜「電動機」という）の制御装置の構成を示すブロック図である。同図の制御装置は、回転機速度センサ１と、外気温センサ２と、回転機温度センサ３と、磁石温度演算回路４と、電動機制御回路５と、加熱制御回路６と、冷却系制御回路７と、冷却流路駆動回路８と、冷却水・油駆動回路９とを有する構成である。
【００２０】
回転機速度センサ１は、電動機に備えられた回転機の速度を検出して磁石温度演算回路４および電動機制御回路５に通知する。
【００２１】
外気温センサ２は、電動機の外気温を検出して磁石温度演算回路４および電動機制御回路５に通知する。
【００２２】
回転機温度センサ３は、回転機の温度を検出して磁石温度演算回路４および電動機制御回路５に通知する。
【００２３】
磁石温度演算回路４は、回転機の速度、外気温、回転機の温度に基づいてフェライト磁石の温度を推定する演算を行い、その演算値を電動機制御回路５に通知する。
【００２４】
電動機制御回路５は、回転機の速度、外気温、回転機の温度、フェライト磁石の温度、運転指令、そして冷却用の冷却水・油の温度を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果に基づいて電動機の運転モードを決定し、加熱制御回路６および冷却系制御回路７の動作を制御する。運転モードは、後述するように、大別すると通常制御モード、保温制御モード、低温制御モードの３種類がある。
【００２５】
加熱制御回路６は、電動機制御回路５からの指示に従って、電動機に対するヒータによる加熱や電動機の駆動電流に高周波電流を流すことによる加熱の制御を行う。
【００２６】
冷却系制御回路７は、電動機制御回路５からの指示に従って、冷却流路駆動回路８あるいは冷却水・油駆動回路９の動作を制御する。
【００２７】
冷却流路駆動回路８は、冷却系制御回路７からの指示に従って、冷却水・油の流路をフェライト磁石の保温に適した流路へ変更するための変更弁の制御を行う。
【００２８】
冷却水・油駆動回路９は、冷却系制御回路７からの指示に従って、冷却水・油の循環、保管、排出等の制御を行う。
【００２９】
次に、このような構成の制御装置による永久磁石電動機の処理の概要について図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
ステップＳ１で、電動機制御回路５は、永久磁石電動機の運転中に、外気温センサ２により検出された外気温が所定値よりも低いか否かを判定する。外気温が所定値以下でない場合にはフェライト磁石の耐性に問題はないと判断できるので、ステップＳ２で、通常制御モードを実行する。通常制御モードでは、冷却水・油駆動回路９によって、冷却水や油を電動機内の所定の流路に流すことによって、永久磁石電動機の冷却を行う。
【００３１】
一方、外気温が所定値以下の場合には、ステップＳ３で、電動機制御回路５は、磁石温度演算回路４によって演算されたフェライト磁石の温度が、そのときの駆動電流によって減磁を生じさせない程度の使用可能温度（最低温度）よりも低いか否かを判定する。フェライト磁石の温度が使用可能温度以下でない場合には、ステップＳ４で保温制御モードを実行し、フェライト磁石の温度が使用可能温度以下の場合には、ステップＳ５で低温制御モードを実行する。
【００３２】
次に、ステップ４で実行する保温制御モードについて図３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、電動機制御回路５は、電動機の運転指令の有無を判定し、運転指令が有る場合にはステップＳ１２へ進んで冷却制限制御を行い、運転指令が無い場合にはステップＳ１３へ進んで保温制御を行う。
【００３３】
ステップＳ１２での冷却制限制御では、電動機制御回路５は、磁石温度演算回路４により演算されたフェライト磁石の温度が、使用可能温度よりも低くならないように、冷却水・油駆動回路９に対して冷却水・油を循環させるときの速度や量を調整させることによって電動機の冷却を制限する。
【００３４】
ステップＳ１３へ進んだときの保温制御では、ステップＳ１４で、電動機制御回路５は、電動機の運転終了後、外気温が極低温（例えば−２０℃以下）であるか否かを判定する。
【００３５】
外気温が極低温でない場合には、ステップＳ１５で、冷却水・油駆動回路９は、冷却系制御回路７を介した電動機制御回路５からの指示に従い、まだ電動機の温度が高い内に冷却水・油の循環を停止する。ステップＳ１６で、この温度が高い状態にある冷却水・油を電動機内部に保管してフェライト磁石の保温用に使用する。
【００３６】
一方、外気温が極低温である場合には、ステップＳ１７で、冷却流路駆動回路８は、冷却系制御回路７を介した電動機制御回路５からの指示に従い、冷却水・油の流路を予め用意しておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更する変抗弁を作動させる。
【００３７】
ステップＳ１８で、冷却水・油駆動回路９は、この変更後の流路を通じて冷却水・油を電動機内部に充填し、ステップＳ１９で、電動機制御回路５は、この冷却水・油の温度が凍結温度近傍に低下したか否かを判定する。
【００３８】
冷却水・油の温度がまだ凍結温度近傍まで低下していない場合には、ステップＳ２０で、冷却水・油駆動回路９は、冷却水・油の流れを停止し、電動機内部に保管してフェライト磁石の保温用に使用する。
【００３９】
冷却水・油の温度が凍結温度近傍にまで低下した場合には、ステップＳ２１で、冷却水・油駆動回路９は、この冷却水・油を電動機の外部へ排出する。
【００４０】
次に、ステップＳ５で実行する低温制御モードについて図４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ３１で、電動機制御回路５は、暖機運転が可能か否かを判定する。暖機運転の可否の判定は、バッテリ等のエネルギー源の残量が十分に残っていることを条件に可能と判定する。暖機運転が可能な場合には、ステップＳ３２へ進んで暖機制御を行い、暖機運転が不可能な場合には、ステップＳ３３へ進んで出力制限制御を行う。
【００４１】
ステップＳ３３の出力制限制御では、このときのフェライト磁石の温度は、そのときの駆動電流による使用可能温度よりも低い状態にあるので、電動機制御回路５は、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限する制御を駆動電流回路（図示せず）に対して行う。この制御では、電動機の駆動電流の出力レベルが、フェライト磁石の種類の他、刻一刻と変動する外気温等によっても変化するように制御する。
【００４２】
ステップＳ３２へ進んだときの暖機制御では、ステップＳ３４で、電動機制御回路５は、冷却水・油の温度が所定値より低いか否かを判定する。
【００４３】
冷却水・油の温度が所定値以下でない場合には、ステップＳ３５で、冷却水・油駆動回路９は、冷却系制御回路７を介した電動機制御回路５からの指示に従い、温度の高い状態にある冷却水・油を電動機内部で強制的に循環させることによって電動機を加熱し、フェライト磁石の温度を上げて使用可能とする。
【００４４】
一方、冷却水・油の温度が所定値以下の場合には、ステップＳ３６で、冷却水・油駆動回路９は、冷却水・油を電動機外部に排出し、ステップＳ３７で、加熱制御回路６は、電動機制御回路５からの指示に従い、電動機を加熱する制御を行うことによってフェライト磁石の温度を上げて使用可能とする。
【００４５】
加熱制御回路５による加熱制御では、電動機にヒータを設けてこれを加熱したり、電動機の駆動電流回路に高周波電流を流すことによって加熱するようにする。
【００４６】
したがって、本実施の形態によれば、外気温が低くフェライト磁石の温度が使用可能な温度以下の場合であって暖機運転が不可能なときには、電動機制御回路５により、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限するようにしたことで、フェライト磁石の減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、外気温が低くフェライト磁石の温度が使用可能温度以下の場合であって暖機運転が可能なときには、ヒーター、高周波電流、あるいは冷却水・油の強制循環により電動機を加熱するようにしたことで、フェライト磁石の温度が上がり減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００４８】
本実施の形態によれば、外気温は低いがフェライト磁石の温度は使用可能温度以下でない場合に、冷却流路駆動回路８によって、冷却水・油の流路を予め設けておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更するようにしたことで、フェライト磁石が保温されるので減磁が防止され、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００４９】
本実施の形態によれば、外気温は低いがフェライト磁石の温度は使用可能温度以下でない場合であって運転を終了するときには、冷却水・油の循環を停止して保温用に保管するようにしたことで、この温度が高い状態にある冷却水・油によってフェライト磁石が保温されるので減磁が防止され、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る永久磁石電動機によれば、外気温が低くフェライト磁石の温度が減磁を生じさせない程度の使用可能温度以下の場合に、電動機の駆動電流の出力をフェライト磁石の減磁限界以下となるように制限するようにしたことで、フェライト磁石の減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００５１】
本発明によれば、外気温が低くフェライト磁石の温度が使用可能温度以下の場合に、電動機を加熱するようにしたことで、フェライト磁石の温度が上がり減磁が防止されるので、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００５２】
本発明によれば、外気温は低いがフェライト磁石の温度は使用可能温度以下でない場合に、冷却媒体の流路を予め設けておいたフェライト磁石の保温に適した流路に変更するようにしたことで、フェライト磁石が保温されるので減磁が防止され、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【００５３】
本発明によれば、外気温は低いがフェライト磁石の温度は使用可能温度以下でない場合であって運転を終了するときには、冷却媒体の循環を停止して保温用に保管するようにしたことで、温度が高い状態にある冷却媒体によってフェライト磁石が保温されるので減磁が防止され、外気温が極低温の環境下でもフェライト磁石を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態におけるフェライト磁石を用いた永久磁石電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記制御装置による永久磁石電動機の処理の概要を示すフローチャートである。
【図３】保温制御モードの処理を示すフローチャートである。
【図４】低温制御モードの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  回転機速度センサ
２  外気温センサ
３  回転機温度センサ
４  磁石温度演算回路
５  電動機制御回路
６  加熱制御回路
７  冷却系制御回路
８  冷却流路駆動回路
９  冷却水・油駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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