(57)【要約】【課題】永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁の程度を監視できる永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を提供する。【解決手段】本発明は、永久磁石同期電動機１の惰行運転状態を検出する惰行運転検出部３５と、永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出する誘起電圧検出部２８と、無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値ＤＭｌｍｔと比較し、無負荷状態での誘起電圧検出値ＤＭｒが参照値を下回った時に永久磁石に減磁発生ありと判定する減磁発生判定部３５と、減磁警報を提示するモニタ３６とを備えた永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機の惰行運転状態を検出する惰行運転検出部と、
前記永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、
前記無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較し、前記無負荷状態での誘起電圧検出値が参照値を下回った時に前記永久磁石に減磁発生ありと判定する減磁発生判定部とを備えたことを特徴とする永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。
【請求項２】
前記永久磁石発生判定部が前記永久磁石に減磁ありと判定した時に当該減磁警告を運転室に備えられたモニタに出力する減磁警報出力部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。
【請求項３】
前記永久磁石同期電動機に流れる電流の電圧を検出するモータ電圧検出部を備え、
前記誘起電圧検出部は、前記モータ電圧検出部の検出したモータ電圧検出値から前記永久磁石の誘起電圧を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。
【請求項４】
前記永久磁石同期電動機に流れる電流を検出するデータ電流検出部を備え、
前記誘起電圧検出部は、前記モータ電流検出部の検出したモータ電流検出値から前記永久磁石の誘起電圧を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石同期電動機の回転子に組み込まれた永久磁石の減磁状態を監視する永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石同期電動機は、回転子鉄心に永久磁石を埋め込み、電機子磁束により電機子コイルが回転子鉄心を引きつける力と、電機子コイルが永久磁石を引きつける力とを利用して回転子鉄心を同期回転させる原理を備えた同期電動機である。
【０００３】
このような永久磁石同期電動機では、その時間の経過と共に永久磁石が減磁することが避けられない。特に運転中に機器が高温になり、永久磁石も高熱を帯びるとその減磁の度合いが大きくなる。そして永久磁石が減磁すると、上述した電機子コイルが永久磁石を引きつける力が低下し、所期のトルクが得られなくなるので、その減磁の程度が大きくなると再着磁したり交換したりするメンテナンスが必要である。
【０００４】
ところが、従来、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁を抑制する技術については特開１１−８９１９７号公報（特許文献１）、特開１１−１４６５８４号公報（特許文献２）により知られており、また永久磁石の減磁が防止できる構造の永久磁石同期電動機については特開２００４−１４４０２６号公報（特許文献３）にて知られているが、永久磁石の減磁の程度を監視して警報を出力する技術は知られていない。
【特許文献１】特開１１−８９１９７号公報
【特許文献２】特開１１−１４６５８４号公報
【特許文献３】特開２００４−１４４０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁の程度を監視できる永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、永久磁石同期電動機の惰行運転状態を検出する惰行運転検出部と、前記永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、前記無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較し、前記無負荷状態での誘起電圧検出値が参照値を下回った時に前記永久磁石に減磁発生ありと判定する減磁発生判定部とを備えた永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の永久磁石同期電動機の永久磁石減磁監視装置によれば、永久磁石同期電動機の無負荷運転状態での永久磁石による誘起電圧を検出し、無負荷状態での永久磁石による誘起電圧の検出値を所定の参照値と比較してこの参照値を下回った時に永久磁石に減磁発生ありと判定することにより、永久磁石同期電動機における永久磁石の減磁を監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【０００９】
（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置について説明する。
【００１０】
図１に示すように、永久磁石同期電動機（ＰＭＳＭ）１を回転駆動する主回路は、架線若しくは第３軌条１０の直流電源から電力を取り込むパンタグラフ１１、高速度遮断器１２、フィルタリアクトル１３、フィルタコンデンサ１４、ＶＶＶＦインバータ１５、このＶＶＶＦインバータ１５にて駆動される永久磁石同期電動機１から構成される。そして、モータ電圧、モータ電流に基づいてＶＶＶＦインバータ１５をゲート制御するモータ制御部１６、モータ電流Ｉｕ，Ｉｗを検出する電流検出器１７、永久磁石同期電動機１の回転位相角θｒを検出するレゾルバ１８、ＶＶＶＦインバータ１５の直流電圧を検出する直流電圧検出器１９を備えている。
【００１１】
モータ制御部１６は、ＶＶＶＦインバータ１５の直流電圧Ｖｄｃ、モータ電流検出値Ｉｕ，Ｉｗ、回転位相角θｒ、そして入力されるトルク指令ＴｑＲｅｆを用いて所定の演算処理を実行し、電動機回転速度域に応じて永久磁石同期電動機１の定トルク制御と定出力制御を行うためにＶＶＶＦインバータ１５に対して相応のゲート信号を出力する。
【００１２】
図２に示すように、モータ制御部１６は、トルク指令ＴｑＲｅｆに対する最適電流位相角を算出する最適電流位相角演算部２０、加算器２１，２２，２３、ＰＩ演算部２４，２５、電流３相−ｄｑ変換器２６、電圧ｄｑ−３相変換器２７、端子電圧演算部２８、電圧指令演算部２９、加算器３０、ＰＩ演算器３１にて構成されている。ここで、最適電流位相角演算部２０、加算器２１，２２，２３、ＰＩ演算器２４，２５にて最適位相角電流制御部４１を構成している。また、端子電圧演算部２８、電圧指令演算部２９、加算器３０、ＰＩ演算器３１にて弱め磁束制御部４２を構成している。
【００１３】
さらに、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置は、その特徴として、端子電圧演算部２８の出力Ｖ１（モータ電圧Ｖｍとする）に基づき、惰行運転時のモータ回転速度Ｓと誘起電圧Ｖとを求め、図３に示すような減磁限界曲線ＤＭｌｍｔを参照して、誘起電圧Ｖがこの曲線ＤＭｌｍｔよりも低下している場合に減磁発生と判断し、運転室のモニタ３６に減磁警報を表示し、また警告音として出力する減磁判定部３５を備えている。
【００１４】
図４に示すように、このモータ制御部１６による永久磁石同期電動機１の制御は、回転速度が定格速度Ｒｆになるまでは定トルク制御を行い、回転速度が定格速度Ｒｆに到達した後に定出力制御を行う。この定トルク制御では、最適位相角でＩｑ一定電流制御を行う。また、定出力制御では、永久磁石磁束を打ち消す向きの電流ΔＩｄを流すことでモータ電圧Ｖｍを一定にインバータ制限電圧Ｖｌｍｔに制御する弱め磁束制御を行う。
【００１５】
最適位相角電流制御部４１では、最適電流位相角演算部２０がトルク指令ＱＲｅｆに対して最適電流位相角を算出する。そして、加算器２１にて弱め磁束制御部４２のｄ軸電流指令制御値ΔＩｄＲｅｆと加算してｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆを出力する。一方、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆは最適電流位相角演算部２０から出力される。これらｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆに対して加算器２２，２３にて実ｄ軸電流Ｉｄ、実ｑ軸電流Ｉｑと比較され、その差値をＰＩ演算器２４，２５にてＰＩ演算し、電流指令Ｖｄ，Ｖｑとして出力される。
【００１６】
永久磁石同期電動機１７の回転位相角θｒを検出するレゾルバ１８は、この回転位相角θｒを電流３相−ｄｑ変換器２６に入力する。電流３相−ｄｑ変換器２６はこの回転位相角θｒを用いてモータ電流検出器１７の検出した３相モータ電流Ｉｕ，Ｉｗを実ｄ軸電流Ｉｄ、実ｑ軸電流Ｉｑに変換して最適電流位相角制御部４１の加算器２２，２３に出力し、前述のｄ軸電流指令ＩｄＲｅｆ、ｑ軸電流指令ＩｑＲｅｆと比較させる。
【００１７】
最適電流位相角制御部４１からの電圧指令Ｖｄ，Ｖｑは、電圧ｄｑ−３相変換器２７にてレゾルバ１８からの回転位相角θｒを用いて３相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換し、これをＶＶＶＦインバータ１５に電圧指令として入力する。ＶＶＶＦインバータ１５は入力される電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに対して、直流電力をこれに一致する３相モータ電力に変換して永久磁石同期電動機１に出力し回転駆動する。
【００１８】
弱め磁束制御部４２では、電圧指令演算部２９が直流電圧検出器１９による直流電圧Ｖｄｃに基づいて電圧指令Ｖ１Ｒｅｆを演算して出力する。端子電圧演算部２８は、最適位相角電流制御部４１からの電圧指令Ｖｄ，Ｖｑに基づいてモータ電圧Ｖ１を演算して出力する。加算器３０はこれら電圧指令Ｖ１Ｒｅｆと端子電圧Ｖ１を比較し、その差値に対してＰＩ演算器３１にてＰＩ演算し、ｄ軸弱め電流ΔＩｄＲｅｆを求めて最適位相角電流制御部４１の加算器２１に出力する。これにより、モータ速度が定出力制御域にある時には、永久磁石磁束を打ち消す向きの電流ΔＩｄを最適位相角電流指令ＩｄＲｅｆから差し引いた電流をｄ軸電流指令として最適位相角電流制御部４１に与え、この最適位相角電流制御部４１にモータ電圧Ｖｍをインバータ制限電圧Ｖｌｍｔの一定電圧に制御するため弱め磁束制御を行わせる。
【００１９】
次に、減磁判定部３５による永久磁石同期電動機１の永久磁石の減磁判定処理について説明する。永久磁石同期電動機１の回転子鉄心に埋め込まれている永久磁石が健全な状態では、電動機が惰行状態で回転していれば、図３の速度電圧特性グラフにおいて、モータ速度Ｓとモータ電圧Ｖｍとは健全時の特性曲線ＤＭｏにて誘起電圧を生起させる。しかしながら減磁が進むと、モータ速度Ｓが同じ場合にはモータ電圧Ｖｍは低下してゆく。そこで、永久磁石同期電動機として所期のトルク特性が得られない許容限界特性曲線ＤＭｌｍｔを参照曲線とし、惰行状態でのモータ電圧Ｖｍと回転速度Ｓとの関係がこの許容限界特性曲線ＤＭｌｍｔよりも低下して曲線ＤＭｒのようになった時には、減磁判定部３５は減磁発生と判定してモニタ３６に減磁警告を出力し、運転手や技術者に知らせる。
【００２０】
これにより、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置によれば、永久磁石同期電動機１の回転子鉄心に埋め込まれている永久磁石の減磁を自動的に判定してモニタ３６を通して運転者や技術者に知らせることができる。
【００２１】
（第２実施の形態）本発明の第２の実施の形態の永久磁石電動機同期電動機制御装置について説明する。
【００２２】
図５に示すように、第２の実施の形態の特徴は、減磁判定部３５Ａが永久磁石減磁の判定を、永久磁石同期電動機１の惰行運転時に検出するモータ電圧Ｖｍとレゾルバ１８の検出する回転速度Ｓとの関係、つまり、電圧速度特性を直接に求め、第１の実施の形態と同様に図３に示した電圧速度特性グラフにおける許容限界特性曲線ＤＭｌｍｔと比較し、これを下回る特性を示した時に永久磁石の減磁判定を行いモニタ３６に出力することを特徴とする。
【００２３】
本実施の形態にあって、主回路構成は図１に示した第１の実施の形態のものと共通である。そして、本実施の形態の場合、モータ電圧を検出するモータ電圧検出器３７がＶＶＶＦインバータ１５から永久磁石同期電動機１につながる交流路に設置されている。また、減磁判定部３５Ａは、トルク指令、レゾルバ１８の出力と共にモータ電圧検出器３７のモータ電圧検出値を入力する構成である。尚、図５において、図１、図３に示した第１の実施の形態と共通する構成要素には同一の符号を付して示してある。
【００２４】
次に、本実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置の動作について説明する。本実施の形態にあっても、モータ制御部１６ＡによるＶＶＶＦインバータ１５のゲート制御、そして永久磁石同期電動機１の駆動制御動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２５】
そして、本実施の形態にあっては、減磁判定部３５Ａは次のように永久磁石の減磁判定を実行し、モニタ３６に減磁警報を出力する。トルク指令から惰行運転状態を判定し、かつ、惰行運転状態の時には電圧検出器３７の検出電圧をモータ電圧Ｖｍとして取り込み、また、レゾルバ１８から回転速度信号Ｓを取り込み、このＶｍ−Ｓの電圧速度特性を図３の電圧速度特性グラフにおける許容限界特性曲線ＤＭｌｍｔと比較する。そして、第１の実施の形態と同様に、惰行運転状態でのモータ電圧Ｖｍと回転速度Ｓとの関係、つまり、速度電圧特性がこの許容限界特性曲線ＤＭｌｍｔよりも低下して曲線ＤＭｒのようになった時には、減磁判定部３５Ａは減磁発生と判定し、モニタ３６に減磁警告を出力し、運転手や技術者に知らせる。
【００２６】
本実施の形態によれば、複雑な演算処理を実行してＶＶＶＦインバータ１５をゲート制御するモータ制御部１６Ａとは独立した系統で永久磁石同期電動機１の永久磁石減磁判定、警報出力が行える。よって、いわゆる後付的に当該減磁判定機能を既存の装置に容易に付加できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置により制御される主回路構成の回路図。
【図２】上記第１の実施の形態におけるモータ制御部のブロック図。
【図３】上記実施の形態において利用する永久磁石同期電動機の電圧速度特性グラフ。
【図４】上記実施の形態の電動機制御装置による永久磁石同期電動機の定トルク制御、定出力制御動作とモータ速度との関係示すグラフ。
【図５】本発明の第２の実施の形態の永久磁石同期電動機制御装置のブロック図。
【符号の説明】
【００２８】
１  永久磁石同期電動機
１５  ＶＶＶＦインバータ
１６，１６Ａ  モータ制御部
１７  モータ電流検出器
１８  レゾルバ
１９  直流電圧検出器
２８  端子電圧演算部
３５，３５Ａ  減磁判定器
３６  モニタ
３７  モータ電圧検出器
【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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