(57)【要約】【課題】回転速度に拘わらず良好に回転体の温度を測定可能な構成を提供すること。【解決手段】本発明の回転体温度測定装置（２０）は、第一コイル（２２）と第二コイル（２５）と給電用磁束発生部（２１）と感温素子（２６）と測定用磁束センサ（２７）とを備えている。第一コイルは、径方向における位置が回転体の回転速度に応じた位置となるように設けられている。第二コイルは、第一コイルにおける起電力に基づいて測定用磁束を発生するように、回転体に固定されている。感温素子は、回転体の温度に応じて回路定数が変化することで、回転体の温度に応じた測定用磁束を第二コイルにて発生させる。測定用磁束センサは、回転速度に拘わらず測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じるように構成されている。【選択図】図２
2014222149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非回転体（１１）に対して回転自在に設けられた回転体（１３）の温度を測定するように構成された、回転体温度測定装置（２０）であって、
給電用磁束と錯交することで起電力を生じるように設けられたコイルであって、前記回転体の回転中心軸と直交する径方向における位置が前記回転体の回転速度に応じた位置となるように、前記径方向に沿って移動可能に当該回転体に搭載された、第一コイル（２２）と、
前記第一コイルの前記径方向における位置に応じて当該第一コイルが前記給電用磁束と錯交する磁束量が変化するような前記給電用磁束を発生するように、前記非回転体に設けられた、給電用磁束発生部（２１）と、
前記第一コイルにおける起電力に基づいて測定用磁束を発生するように、前記回転体に固定された、第二コイル（２５）と、
前記第一コイルと前記第二コイルとの間に介在するように配置されることで前記第一コイル及び前記第二コイルとともに閉回路を構成するように前記回転体に固定された回路素子であって、前記回転体の温度に応じて回路定数が変化することで当該回転体の温度に応じた前記測定用磁束を前記第二コイルにて発生させるように設けられた、感温素子（２６）と、
前記測定用磁束と錯交するように前記非回転体に設けられていて、前記回転速度に拘わらず前記測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じるように構成された、測定用磁束センサ（２７）と、
を備えたことを特徴とする、回転体温度測定装置。
【請求項２】
前記給電用磁束発生部は、前記第一コイルと対向する表面における磁束密度が一様であって、前記回転体の回転に伴う前記第一コイルの移動方向における前記表面の幅が前記径方向における外側に向かうにしたがって狭くなるように形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の回転体温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非回転体に対して回転自在に設けられた回転体の温度を測定するように構成された、回転体温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の装置として、特開平９−１３３５８６号公報や特開２００２−３９０８８号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
特開平９−１３３５８６号公報に開示された装置においては、ロータには、温度センサが固定されている。また、前記ロータのシャフトには、回路基板が固定されている。この回路基板には、前記温度センサによって測定された温度に応じて周波数変調された空中伝播信号を無線送信するための送信装置が設けられている。さらに、この送信装置に対応して、モータハウジングには、受信装置が設けられている。
【０００４】
特開２００２−３９０８８号公報に開示された装置においては、ステータの外周面に、所定の強さの磁界を形成する磁石が固定されている。また、ロータにおける前記ステータと対向する面には、前記磁石による磁界に錯交することで電圧が誘起される第１のコイル、この第１のコイルによる電圧によって磁界を発生する第２のコイル、及び前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に介在配置されたサーミスタが固定されている。さらに、前記ステータの外周面には、前記第２のコイルによる磁界に錯交するセンサ用コイルが固定されている。そして、この装置は、前記センサ用コイルにおける発生電流に基づいて前記ロータの温度を検知するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３３５８６号公報
【特許文献２】特開２００２−３９０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開平９−１３３５８６号公報に開示された装置においては、上述のような無線送信のための複雑な電気回路を前記ロータに設ける必要がある。また、かかる電気回路を構成する回路素子には、耐熱温度が永久磁石よりも低いものが存在する。このため、かかる装置においては、装置構成が複雑化するという点や、耐熱性の点で、問題がある。これに対し、特開２００２−３９０８８号公報に開示された装置は、装置構成や耐熱性の点では、特開平９−１３３５８６号公報に開示された装置よりも優れている。
【０００７】
しかしながら、特開２００２−３９０８８号公報に開示された装置においては、前記ロータの温度が一定であるにも拘わらず回転速度（単位時間当たりの回転数）が変化すると、前記第１のコイルに発生する電圧が変化し、これにより、前記センサ用コイルにおける発生電流もまた変化する。このため、かかる装置においては、前記ロータの回転速度に応じた補正を行うために、別途回転速度センサを設けたり、回転速度と補正係数との対応テーブルや当該テーブルを用いた補正処理を行ったりする必要があった。
【０００８】
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、回転速度に拘わらず良好に前記ロータ（回転体）の温度を測定可能な構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の回転体温度測定装置（２０）は、非回転体（１１）に対して回転自在に設けられた回転体（１３）の温度を測定するように構成されている。この回転体温度測定装置は、第一コイル（２２）と、第二コイル（２５）と、給電用磁束発生部（２１）と、感温素子（２６）と、測定用磁束センサ（２７）と、を備えている。
【００１０】
前記第一コイルは、給電用磁束と錯交することで起電力を生じるように設けられたコイルである。この第一コイルは、前記回転体の回転中心軸と直交する径方向に沿って移動可能に、当該回転体に搭載されている。すなわち、この第一コイルは、前記径方向における位置が前記回転体の回転速度に応じた位置となるように設けられている。前記第二コイルは、前記第一コイルにおける起電力に基づいて測定用磁束を発生するように、前記回転体に固定されている。
【００１１】
前記給電用磁束発生部は、前記非回転体に設けられている。ここで、本発明においては、前記第一コイルの前記径方向における位置に応じて当該第一コイルが前記給電用磁束と錯交する磁束量が変化するような（具体的には前記第一コイルが前記回転中心軸から離隔するほど前記磁束量が少なくなるような）前記給電用磁束を発生するように、前記給電用磁束発生部が構成されている。
【００１２】
例えば、前記給電用磁束発生部は、前記第一コイルと対向する表面における磁束密度が一様となるように構成されている。この場合、前記回転体の回転に伴う前記第一コイルの移動方向における前記表面の幅が前記径方向における外側に向かうにしたがって狭くなるように、前記給電用磁束発生部（前記表面）が形成されている。
【００１３】
前記感温素子は、前記第一コイルと前記第二コイルとの間に介在するように配置されることで、前記第一コイル及び前記第二コイルとともに閉回路を構成するように、前記回転体に固定された回路素子である。この感温素子は、前記回転体の温度に応じて回路定数が変化することで、当該回転体の温度に応じた前記測定用磁束を前記第二コイルにて発生させるように設けられている。
【００１４】
前記測定用磁束センサは、前記測定用磁束と錯交するように、前記非回転体に設けられている。この測定用磁束センサは、前記回転速度に拘わらず前記測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じるように構成されている。具体的には、この測定用磁束センサは、印加される磁束密度に応じて抵抗値又はホール電圧が変化するように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
かかる構成においては、前記回転体に設けられた前記第一コイルが、前記非回転体に設けられた前記給電用磁束発生部が発生する前記給電用磁束と錯交することで、当該第一コイルにて起電力が生じる。この起電力により、前記第二コイルにて、前記感温素子の前記回路定数（すなわち前記回転体の温度）に応じた前記測定用磁束が発生する。この測定用磁束が前記測定用磁束センサと錯交することで生じる、当該測定用磁束センサの出力により、前記回転体の温度が測定される。
【００１６】
ここで、本発明の前記回転体温度測定装置においては、前記第一コイルは、前記径方向における位置が、前記回転体の前記回転速度に応じた位置となる。また、前記給電用磁束発生部は、前記第一コイルの前記径方向における位置に応じて当該第一コイルが前記給電用磁束と錯交する磁束量が変化するような（具体的には前記第一コイルが前記回転中心軸から離隔するほど前記磁束量が少なくなるような）、前記給電用磁束を発生する。
【００１７】
このため、かかる構成によれば、前記給電用磁束と錯交することによる前記第一コイルにおける誘起電圧を、前記回転速度が変化しても（ほぼ）一定となるようにすることが可能になる。さらに、前記測定用磁束センサは、前記回転速度に拘わらず前記測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じる。したがって、本発明によれば、前記回転速度に拘わらず良好に前記回転体の温度を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態が適用された回転電機の一例における概略的な構成を示す側断面図。
【図２】図１に示されている本実施形態の回転体温度測定装置の概略構成図。
【図３】図２に示されている本実施形態の給電用磁束発生部の構成を説明するための模式図。
【図４】本発明の一実施形態が適用された回転電機の他の一例における概略的な構成を示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、各図面に基づいて説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００２０】
＜回転電機の構成＞
図１を参照すると、回転電機１０は、本発明の「非回転体」に相当するハウジング１１を備えている。このハウジング１１は、円筒部１１ａと平板部１１ｂとを有している。円筒部１１ａは、回転中心軸Ｃと平行な中心軸線を有するように設けられている。平板部１１ｂは、円筒部１１ａの端部を塞ぐように設けられている。また、円筒部１１ａの内側面には、ステータ１２が固定されている。
【００２１】
ハウジング１１の内側には、本発明の「回転体」に相当するロータ１３が、ハウジング１１に対して回転自在に収容されている。ロータ１３は、ロータケース１４を備えている。ロータケース１４は、回転中心軸Ｃと直交する平板状（円板状）の部材であるケース平板部１４ａを有している。ケース平板部１４ａは、所定のギャップを隔ててハウジング１１における平板部１１ｂと対向するように設けられている。また、ロータ１３には、多数のロータ磁石１５が設けられている。本実施形態においては、ロータ磁石１５は、永久磁石であって、ロータケース１４に固定されている。
【００２２】
ロータケース１４は、ロータシャフト１６と一体的に回転するように、ロータシャフト１６に固定されている。ロータシャフト１６は、回転中心軸Ｃと平行に設けられている。このロータシャフト１６は、両端が軸受１７を介してハウジング１１における平板部１１ｂに取り付けられることで、回転中心軸Ｃを中心として回転自在に支持されている。
【００２３】
＜ロータ温度測定装置の構成＞
ロータ温度測定装置２０は、ロータ１３の温度を測定するように構成されている。以下、本発明の「回転体温度測定装置」に相当する、本実施形態のロータ温度測定装置２０の具体的な構成について説明する。
【００２４】
なお、図２における左側の図示部分は、図１における２Ａ−２Ａ断面図（但しロータ１３のみを図示）に相当する。また、図２における右側の図示部分は、図１における２Ｂ−２Ｂ断面図（但しロータ１３に対応する部分のみを図示）に相当する。ここで、図２における右側の図示部分における、２点鎖線で示された円は、その左側に示されたロータケース１４の外形線に対応する線である。
【００２５】
ハウジング１１における平板部１１ｂの、ケース平板部１４ａと対向する表面には、給電用磁束発生部２１が固定されている。給電用磁束発生部２１は、ロータ１３に設けられた第一コイル２２に給電するための給電用磁束を発生させるように設けられている。本実施形態においては、給電用磁束発生部２１は、永久磁石であって、第一コイル２２と対向する表面における磁束密度が一様となるように形成されている。
【００２６】
第一コイル２２は、上述の給電用磁束と錯交することで起電力を生じるように設けられたコイルである。この第一コイル２２は、回転中心軸Ｃと直交する径方向に沿って移動可能に、ロータ１３に搭載されている。すなわち、第一コイル２２は、径方向における位置がロータ１３の回転速度に応じた位置となるように設けられている。
【００２７】
具体的には、第一コイル２２は、径方向に沿って（より詳細には径方向と略平行に）形成されたガイド溝２３内を移動可能に、ガイド溝２３内に収容されている。このガイド溝２３は、ハウジング１１における平板部１１ｂと対向する、ケース平板部１４ａの表面に設けられている。
【００２８】
また、ガイド溝２３における回転中心軸Ｃ側の端部と、第一コイル２２と、の間には、コイルバネ２４が設けられている。コイルバネ２４の一端は、ガイド溝２３における回転中心軸Ｃ側の端部に固定されている。コイルバネ２４の他端は、第一コイル２２に固定されている。このように、第一コイル２２は、遠心力及びコイルバネ２４の作用で、径方向における位置がロータ１３の回転速度に応じた位置となるように設けられている。
【００２９】
図２に示されているように、給電用磁束発生部２１は、径方向（ロータ１３の回転に伴う第一コイル２２の移動方向）における、当該給電用磁束発生部２１の表面の幅が、外側（回転中心軸Ｃから離隔する方向）に向かうにしたがって狭くなるように形成されている。すなわち、第一コイル２２が給電用磁束と錯交する磁束量が第一コイル２２の位置に応じて変化する（具体的にはロータ１３の回転速度が高くなって第一コイル２２が回転中心軸Ｃから離隔するほど錯交磁束量が少なくなる）ことで、第一コイル２２における起電力による誘起電圧がロータ１３の回転速度に拘わらずほぼ一定となるように、給電用磁束発生部２１が構成されている。
【００３０】
ロータ１３側には、上述の第一コイル２２の他に、第二コイル２５及び感温素子２６が設けられている。第二コイル２５は、第一コイル２２における起電力に基づいて測定用磁束を発生するように、ロータ１３に固定されている。感温素子２６は、第一コイル２２及び第二コイル２５とともに閉回路を構成するようにロータ１３に固定された回路素子であって、第一コイル２２と第二コイル２５との間に介在するように配置されている。
【００３１】
感温素子２６は、サーミスタであって、ロータ１３の温度に応じて回路定数（具体的には抵抗値）が変化することで、ロータ１３の温度に応じた測定用磁束を第二コイル２５にて発生させるように構成されている。なお、本実施形態においては、ロータ磁石１５の温度に応じた測定用磁束が生じるように、感温素子２６はロータ磁石１５の近傍に（具体的にはロータ磁石１５と接するように）配置されている。
【００３２】
一方、ハウジング１１側（すなわちステータ１２側）には、給電用磁束発生部２１の他に、測定用磁束センサ２７が設けられている。測定用磁束センサ２７は、測定用磁束と錯交するように、ハウジング１１における平板部１１ｂに設けられている。この測定用磁束センサ２７は、ロータ１３の回転速度に拘わらず、測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じるように構成されている。具体的には、本実施形態においては、測定用磁束センサ２７は、印加される磁束密度に応じてホール電圧が変化する、いわゆるホールセンサである。
【００３３】
測定用磁束センサ２７は、温度演算部２８における入力端子に接続されている。温度演算部２８は、測定用磁束センサ２７の出力に基づいて、ロータ１３の温度を取得するように設けられている。温度演算部２８における出力端子は、回転電機制御装置３０に接続されている。回転電機制御装置３０は、温度演算部２８によって取得したロータ１３の温度に基づいて、回転電機１０の運転を制御するようになっている。
【００３４】
＜作用・効果＞
以下、上述の通りの、本実施形態の構成による作用・効果について説明する。
【００３５】
ロータ１３に設けられた第一コイル２２が、ハウジング１１に設けられた給電用磁束発生部２１が発生する給電用磁束と錯交することで、第一コイル２２にて起電力が生じる。この起電力により、第二コイル２５にて、感温素子２６の回路定数（すなわちロータ１３の温度）に応じた測定用磁束が発生する。この測定用磁束が測定用磁束センサ２７と錯交することで生じる、当該測定用磁束センサ２７の出力は、温度演算部２８に入力される。これにより、ロータ１３の温度が測定される。
【００３６】
ここで、本実施形態のロータ温度測定装置２０においては、第一コイル２２は、径方向における位置が、遠心力及びコイルバネ２４の作用で、ロータ１３の回転速度に応じた位置となる。また、給電用磁束発生部２１は、第一コイル２２が給電用磁束と錯交する磁束量が第一コイル２２の径方向における位置に応じて変化するような（すなわちロータ１３の回転速度が高くなって第一コイル２２が回転中心軸Ｃから離隔するほど錯交磁束量が少なくなるような）、給電用磁束を発生する。
【００３７】
具体的には、第一コイル２２の位置（回転中心軸Ｃからの距離）をｒ、ガイド溝２３における内側の端縁（回転中心軸Ｃに近接する側の端縁）の位置をｒ０、コイルバネのバネ定数をｋ、第一コイル２２の質量をｍとする（図３参照）。また、ロータ１３の回転速度をＮ（ｒｐｍ）とする。
【００３８】
すると、角速度ω＝２πＮ／６０より、下記の式（１）が成立する。この式（１）から、下記の式（２）が導出される。但し、ｋ>ｍω２である。
【数１】
2014222149.tif 000003
【数２】
2014222149.tif 000004
【００３９】
ところで、第一コイル２２における起電力による誘起電圧は、下記の式（３）で示される。なお、この式（３）中のＳ（Ｎ）は、回転速度Ｎでの、給電用磁束発生部２１における第一コイル２２と錯交する部分の面積である。また、Δｔ（Ｎ）は、かかる部分を第一コイル２２が通過するための所要時間を、２で除したものである。
【数３】
2014222149.tif 000005
【００４０】
この点、本実施形態においては、給電用磁束発生部２１における、第一コイル２２に対向する面の形状は、任意の回転速度Ｎ１、Ｎ２について下記の式（４）が成立するように設定されている。
【数４】
2014222149.tif 000006
【００４１】
これにより、第一コイル２２における起電力による誘起電圧が、ロータ１３の回転速度に拘わらず、ほぼ一定となる。また、本実施形態においては、測定用磁束センサ２７は、ロータ１３の回転速度に拘わらず、第二コイル２５にて生じる測定用磁束の絶対値に対応する出力を生じる。したがって、本実施形態の構成によれば、回転速度に拘わらず、良好にロータ１３の温度を測定することが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、ハウジング１１やロータ１３に設けられた電気回路素子は、コイルやサーミスタやホール素子等の、構成が簡略なものである。これらは、特開平９−１３３５８６号公報に開示された装置にて用いられていたような無線送信のための回路素子とは異なり、耐熱性が比較的高い。したがって、本実施形態の構成によれば、良好な耐熱性で、ロータ１３の温度を測定することが可能となる。
【００４３】
＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例の全部及び一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
【００４４】
本発明は、上述した実施形態における具体的な装置構成に限定されない。すなわち、例えば、ガイド溝２３は、上述の径方向と交差するように設けられていてもよい。また、ロータ磁石１５は、電磁石であってもよい（図４参照）。この場合、図４に示されているように、ロータ１３には、整流素子１８０が設けられている。
【００４５】
図３や図４においては、感温素子２６は、ロータ磁石１５の近傍に設けられている。しかしながら、本発明は、かかる構成に限定されない。すなわち、例えば、感温素子２６は、整流素子１８０の近傍に（具体的には整流素子１８０と接するように）設けられていてもよい。
【００４６】
測定用磁束センサ２７として、ホールセンサに代えて、磁気抵抗素子（半導体磁気抵抗素子や磁性薄膜磁気抵抗素子）が用いられ得る。かかる磁気抵抗素子は、印加される磁束密度に応じて抵抗値が変化するように構成されている。
【００４７】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。
【符号の説明】
【００４８】
１０…回転電機、１１…ハウジング、１２…ステータ、１３…ロータ、１４…ロータケース、１５…ロータ磁石、２０…ロータ温度測定装置、２１…給電用磁束発生部、２２…第一コイル、２３…ガイド溝、２４…コイルバネ、２５…第二コイル、２６…感温素子、２７…測定用磁束センサ、２８…温度演算部、Ｃ…回転中心軸。
【図１】
2014222149.tif 000007
【図２】
2014222149.tif 000008
【図３】
2014222149.tif 000009
【図４】
2014222149.tif 000010