(57)【要約】【課題】ロータが回転する際にロータに生じる磁束強度の変化を利用して発電するコイルと、ロータ温度を計測して無線で送信する電子部品を組み合わせると、ロータに結線せずにロータ温度を直接的に計測することができるが、コイルと電子部品をロータに実際に搭載するのが難しい。【解決手段】ロータコアの内部に永久磁石が固定されている場合、ロータコアにフラックスバリアとして作動する穴を形成することがある。フラックスバリアは磁束が通過するのを禁止してモータの回転効率を向上させるものであり、本来は磁束が通過しない。しかしながら、フラックスバリアに漏れ出る磁束が存在し、その漏れ磁束で発電することができる。そこで、フラックスバリアに発電コイルを収容する。モータ特性に影響を与えないようにしながら、ロータに温度計測機能を付加することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのステータコイルで囲まれている空間に収容されるロータであり、
ステータコイルに対して回転可能に支持される略円柱形のロータコアと、ロータコアに固定されている複数個の永久磁石を備えており、
前記ロータコアに、ロータコアの内部を回転軸と平行に延びて回転軸方向の端面に開口する穴が形成されており、
その穴に、穴に沿って延びている発電コイルと、発電コイルに接続されている電子部品が収容されており、
その電子部品が、発電コイルから供給される電力を駆動電力に変換する電源回路と、電源回路からの電力で駆動させる温度センサ回路と、電源回路からの電力で駆動されるとともに温度センサ回路の計測値を無線で発信する発信回路を搭載していることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記永久磁石が、ロータコアの内部に固定されており、
前記穴が、ロータコアの内部に形成されているフラックスバリアであることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記フラックスバリアが、永久磁石に沿って延びており、
前記電子部品が、永久磁石に接していることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、モータのステータコイルで囲まれている空間内に収容され、ステータコイルへの通電を制御することで生成される回転磁場によって回転するロータに関する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、温度計測機能を備えているロータが開示されている。ロータは、ロータコアと、ロータコアに固定されている永久磁石を備えている。ロータコアは、ステータコイルに対して回転可能に支持されており、略円柱形をしている。複数個の永久磁石が用いられ、複数個の永久磁石がロータコアに固定されている。ステータコイルへの通電を制御することで回転磁場が生成され、その回転磁場によってロータが回転する。
【０００３】
ステータコイルに通電してロータを回転させるとロータが発熱し、ロータ温度が上昇する。永久磁石は、所定温度以上に昇温すると減磁または消磁に至り、モータトルクが減少するために、ロータ温度を計測する必要がある。
【０００４】
特許文献１の技術では、ロータに温度センサ付ＲＦＩＤタグを設ける。ここでいう温度センサ付ＲＦＩＤタグは、発電コイルと、発電コイルが発電する電力を駆動電力に変換する電源回路と、電源回路からの電力で駆動させる温度センサ回路と、電源回路からの電力で駆動されるとともに温度センサ回路による計測値を無線で発信する発信回路を搭載している。ロータに発電コイルを固定しておくと、ステータコイルで囲まれている空間内でロータが回転するのに伴って発電コイルを通過する磁束強度が変化し、その磁束強度の変化によって発電コイルが発電する。
【０００５】
上記技術によると、温度計測のための電力をロータ外から供給する電力線も必要とされなければ、計測値をロータ外に伝達する信号線も必要とされない。回転するロータに結線することなくロータ温度を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４７０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によって、原理的には回転するロータに結線することなくロータ温度を計測することが可能となるが、その技術を実現（実用化）するのは難しい。
ロータは、ステータコイルで生成される回転磁場に追従して回転する。すなわち、磁場とロータの関係は、基本的には一定である。従って、発電コイルを通過する磁束強度も基本的には一定である。実際には、ステータコイルに対する回転角度に依存して発電コイルを通過する磁束強度は変化するが、その変化量は小さく、磁束強度の小さな変化を利用して発電するためには、ロータに対する発電コイルの取り付け姿勢が重要である。また、発信回路がロータ外に開放された位置に配置されていないと、電波がロータ外に到達せず、ロータ外で受信することができない。さらにロータは高速で回転し、強い遠心力が作用する。強い遠心力が作用するロータに、発電コイルと温度センサ回路と発信回路のそれぞれを、それぞれが機能を発揮するように搭載するのは難しい。これらの課題に対して、特許文献１の技術では、温度センサ付ＲＦＩＤタグの設置位置を例示しているに過ぎず、発電コイルの搭載構造については開示がない。
【０００８】
本明細書では、発電コイルの他、ロータ温度を計測して計測値を電波で発信するのに必要な部材をロータに搭載する技術を開示する。
本明細書で開示するロータは、ロータコアと複数個の永久磁石を備えている。ロータコアは、ステータコイルに対して回転可能に支持された状態で利用され、略円柱形である。ロータコアに複数個の永久磁石が固定されている。ロータコアには、ロータコアの内側をロータコアの回転軸と平行に延びてロータコアの回転軸方向の端面に開口する穴が形成されている。その穴に、穴に沿って延びている発電コイルと、発電コイルに接続されている電子部品が収容されている。その電子部品は、発電コイルから供給される電力を駆動電力に変換する電源回路と、電源回路からの電力で駆動させる温度センサ回路と、電源回路からの電力で駆動されるとともに温度センサ回路の計測値を無線で発信する発信回路を搭載している。
【０００９】
上記によると、発電コイルと電子部品の外側がロータコアによって覆われており、発電コイルに強い遠心力が作用しても発電コイル等が飛散するといったことがない。さらに、発信回路は、ロータ外に連通している穴内に収容されており、発信回路から発信された電波が穴を介してロータ外に達する。ロータ外で計測値を受信することができる。
【００１０】
永久磁石をロータコアの内部に固定する場合があり、ロータコアの内側をロータコアの回転軸と平行に延びてロータコアの回転軸方向の端面に開口するフラックスバリアを形成することがある。その場合には、そのフラックスバリアを、発電コイルと電子部品を収容する穴に利用することができる。
フラックスバリアは、磁束の通過を禁止してモータの回転効率等を向上させるエアギャップであり、既存のロータコアに形成されている。そのエアギャップを利用して温度計測に必要な部材を収容することから、既存のロータコアの設計変更を要しない。磁束が通過しないエアギャップに発電コイルを収容すると、発電コイルを磁束が通過しないために、その発電コイルでは発電しないはずである。しかしながら実際には、エアギャップに漏れ出る磁束が存在し、漏れ磁束の強度がロータの回転に追従して変化し、その漏れ磁束の強度の変化によって発電コイルに起電力が発生する。エアギャップに漏れ出る磁束の強度は低く、モータの特性には影響しない。しかしながら、温度センサ回路と発信回路が必要とする電力は微弱であり、温度センサ回路と発信回路を駆動するには十分な電力を発電することができる。フラックスバリアに温度計測に必要な部材を収容すると、既存のロータコアに変更を加える必要が無く、また既存のモータの性能に影響を与えることなく、温度計測機能を付加することが可能となる。
【００１１】
フラックスバリアが永久磁石に沿って延びていることがある。この場合、温度計測のための電子部品を永久磁石に接して配置することが好ましい。永久磁石の温度を直接的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のロータの分解斜視図。
【図２】図２の（ａ）は図１のロータの端面図であり、（ｂ）はその一部の拡大図。
【図３】計測ユニットの平面図。
【図４】図３とは別の計測ユニットの平面図。
【図５】電子部品の回路構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記に説明する実施例の特徴を列記する。
（特徴１）温度センサが、永久磁石の輪郭近傍に接近している。
（特徴２）温度センサが、永久磁石の周方向の端部に接近している。
（特徴３）発電コイルと電子部品がフレキシブル基板に実装されている。
（特徴４）少なくとも１個の永久磁石に、少なくとも１個の発電コイルと１個の電子部品が配置されている。
【実施例】
【００１４】
図１において、参照番号２はロータを示し、参照番号３０はロータコアを示し、ロータコア３０に回転軸４１，４２が固定されている。ロータコア３０は略円柱状であり、４本の貫通穴３１，３２，３３，３４が形成されている。貫通穴３１，３２，３３，３４は、ロータコア３０の内部をロータコア３０の回転軸と平行に延びてロータコア３０の回転軸方向の両端面に開口している。
図２に示すように、貫通穴３１は、ロータコア３０の半径に直交する方向に延びている永久磁石収容部３１ａと、永久磁石収容部３１ａから傾斜して外側に延びているエアギャップ部３１ｂ、３１ｃを備えている。永久磁石収容部３１ａに、永久磁石１１が収容されて固定される。エアギャップ部３１ｂ、３１ｃは空間として残される。特開２０１１−９７７８３号公報に開示されているように、エアギャップ部３１ｂ，３１ｃは、磁束の通過を禁止してモータの回転効率等を向上させるフラックスバリアとして機能する。
【００１５】
貫通穴３１と永久磁石１１の関係と同様に、貫通穴３２には永久磁石１２が固定されてフラックスバリア３２ｂ，３２ｃが残され、貫通穴３３には永久磁石１３が固定されてフラックスバリア３３ｂ，３３ｃが残され、貫通穴３４には永久磁石１４が固定されてフラックスバリア３４ｂ，３４ｃが残される。図１は、貫通穴３１から永久磁石１１が取り出された状態を示しており、図２の（ａ）は、４本の貫通穴に４個の永久磁石が固定された状態を示している。
周知のように、ロータ２はモータのステータコイルで囲まれた空間に収容され、回転軸４１，４２がモータケースに対して回転可能に支持される。ロータ２は、モータのステータコイルで囲まれた空間内で回転可能に支持される。
【００１６】
本実施例では、ロータコア３０の温度を計測してロータ外に無線送信する計測ユニット２１，２２，２３，２４がロータ３０に固定されている。計測ユニット２１はフラックスバリア３１ｃに挿入されて固定されており、計測ユニット２２はフラックスバリア３２ｃに挿入されて固定されており、計測ユニット２３はフラックスバリア３３ｃに挿入されて固定されており、計測ユニット２４はフラックスバリア３４ｃに挿入されて固定されている。
【００１７】
図４は、計測ユニット２１を示し、フレキシブル基板７１上にプリント配線して発電コイル５１を形成し、フレキシブル基板７１に電子部品６１を実装している。発電コイル５１と電子部品６１は接続されている。図示はしないが、計測ユニット２２，２３，２４についても同様である。
図２の（ｂ）は、フラックスバリア３１ｃに計測ユニット２１を挿入して固定した状態を図示しており、フレキシブル基板７１はフラックスバリア３１ｃ内に収容されている。図示はしないが、フラックスバリア３２ｃと計測ユニット２２の関係、フラックスバリア３３ｃと計測ユニット２３の関係、フラックスバリア３４ｃと計測ユニット２４の関係も同様である。
【００１８】
図５は、電子部品６１が備えている回路構成を示している。電子部品６１は、発電コイル５１から供給される電力を駆動電力に変換する電源回路８１と、電源回路８１からの電力で駆動させる温度センサ回路８２と、電源回路８１からの電力で駆動されるとともに温度センサ回路８２の計測値を無線で発信する発信回路８３と発信アンテナ８４を搭載している。図示はしないが、計測ユニット２２，２３，２４に実装されている電子部品６２，６３，６４についても同様である。
【００１９】
発電コイル５１は、フラックスバリア３１ｃに漏れ出る磁束が発電コイル５１を通過する姿勢でフラックスバリア３１ｃ内に収容されている。また発電コイル５１は、ロータコア３０の回転軸に沿ってロータコア３０の全長に亘って延びており、発電コイル５１の磁束通過面積を確保している。永久磁石とステータコイル間に生じる磁束強度と比べるとフラックスバリア３１ｃに漏れ出る磁束強度は弱く、フラックスバリア３１ｃによって磁束の通過が禁止されているといえるが、発電コイル５１で発電する必要がある電力は微小であり、フラックスバリアに計測ユニットを挿入してもしなくても、モータ特性は変わらない。
ロータ２の回転に伴って、フラックスバリア３１ｃとステータコイル群との相対的位置関係が変化し、漏れ磁束の強度が変化する。発電コイル５１は、その磁束強度の変化によって発電する。図示はしないが、計測ユニット２２，２３，２４に実装されている発電コイル５２，５３，５４についても同様である。
【００２０】
図２（ｂ）に示されているように、電子部品６１は永久磁石１１の側面（例えば、周方向の端面）に密着し、永久磁石１１の温度を計測する。最も高温となる個所における永久磁石の温度を計測できると、昇温防止のための措置を的確に講じることができる。
電子部品６１が収容されているフラックスバリア溝３１ｃは、ロータ２の軸方向の両端面に開口しており、電子部品６１から発信された電波をロータ２の外側で受信することができる。図示はしないが、計測ユニット２２，２３，２４に実装されている電子部品６２，６３，６４についても同様である。実施例の構成によって、ロータ外から配線することなく、永久磁石１１，１２，１３，１４の温度を計測して無線で発信することが可能となる。
計測ユニット２１は、図３に示すものであってもよい。この場合は、フレキシブル基板を用いない。細いマグネットワイヤを複数回まいて発電コイル５１とする。
【００２１】
上記に例示したフラックスバリアは一例に過ぎず、それに限定されない。例えば、特開２０１１−９７７８３号公報、特開２０１１−２２９３９５号公報、特開平１１−８９１３３号公報等にフラックスバリアが例示されており、それらに温度計測ユニットを収容することもできる。本実施例では、ロータコアの内部に永久磁石が固定されているＩＰＭＳＭ（interior permanent magnet synchronous motor）型モータを対象にしている。ＩＰＭＳＭ型モータはフラックスバリアを有することが多く、その場合には計測ユニット収容用の穴を新たに設ける必要がない。ＳＰＭＳＭ（surface permanent magnet synchronous motor）型モータの場合は、フラックスバリアを備えていないことが多い。ＳＰＭＳＭモータの場合は、計測ユニット収容用の穴を設けることで、本技術を実施することができる。
【００２２】
以上、本実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。例えば、永久磁石ごとに電子部品を設置するのに代えて、１個のロータに１個の電子部品を設置することもできる。後者の場合、１個のロータに１個の発電コイルと１個の電子部品を設置することもできるし、１個のロータに複数個の発電コイルと１個の電子部品を配置することもできる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２３】
２：ロータ
１１，１２，１３，１４：永久磁石
２１，２２，２３，２４：計測ユニット
３０：ロータコア
３１，３２，３３，３４：穴
３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ：永久磁石収容部
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ：フラックスバリア
３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ：計測ユニット収容するフラックスバリア
４１，４２：回転軸
５１，５２，５３，５４：発電コイル
６１，６２，６３，６４：電子部品
７１，７２，７３，７４：フレキシブル基板
８１：電源回路
８２：温度センサ回路
８３：発信回路
８４：発信アンテナ
【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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