(57)【要約】  回転子と固定子を有する回転電機と、前記回転電機を駆動するインバータ回路と前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を含むインバータ装置と、前記回転電機に取付けられ共振特性が物理量の変化に依存して変化する共振回路部に第１のアンテナが接続された検出装置と、第２のアンテナから設定された搬送波周波数の送信電波を送信しながら、前記第１のアンテナからの物理量の変化の検出結果を示す応答電波を受け、検出結果と設定値との比較により前記回転電機における異常状態を求める検出処理装置と、を備え、前記インバータ制御部は、前記検出処理装置からの異常状態信号に従って前記インバータ回路の出力を変更するように制御する、回転電機装置。
2019102591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を軸として同心円上に一方が他方の外側に設けられ、いずれか一方が前記回転軸を軸として回転可能な回転子、他方が固定されている固定子であり、前記回転子と前記固定子のいずれか一方が電機子を設け、他方が界磁を設けた回転電機と、
前記回転電機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を含むインバータ装置と、
前記回転電機の測定対象物に取付けられ、共振特性が前記測定対象物の物理量の変化に依存して変化する共振回路部と、前記共振特性を送信する第１のアンテナを含む検出装置と、
第２のアンテナから送信した送信電波の返答として、前記第１のアンテナから前記物理量の変化に依存した前記共振特性を応答電波として受信し、前記共振特性から前記物理量の現在値に相当する検出結果を算出し、前記検出結果があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを比較することにより、前記測定対象物が異常状態であるか否かを検出する検出処理装置と、
を備え、
前記インバータ制御部は、前記検出処理装置から前記異常状態を検出したことを示す異常状態信号を受信した場合には、前記検出結果が前記許容範囲内に収まるように前記インバータ回路の出力を制御する、回転電機装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、前記検出処理装置からの前記異常状態信号に応じて前記電機子に通電する電流の振幅、周波数、位相のいずれか１つ以上を変更する、請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項３】
前記インバータ回路は自己消弧型半導体スイッチング素子で構成され、
前記回転電機は前記インバータ回路により給電または回生され、
前記共振回路部の共振周波数は前記インバータ装置におけるキャリア周波数よりも高い、請求項１または２に記載の回転電機装置。
【請求項４】
前記共振回路部の共振周波数は前記回転電機の最高回転数における回転周波数の極対数倍よりも高い、請求項１から３までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項５】
前記共振回路部は検出デバイスである水晶振動子で構成され、
前記検出装置は、前記水晶振動子の温度または応力の変化による共振周波数の変化により前記回転電機の温度または応力の変化を検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項６】
前記共振回路部は検出デバイスであるサーミスタと前記サーミスタに接続された共振回路で構成され、
前記検出装置は、前記サーミスタの温度変化による抵抗値変化に起因する前記共振回路の共振特性の変化により温度の変化を検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項７】
前記検出デバイスは前記回転電機の回転子に設置された界磁の磁石に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた温度が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、請求項５または６に記載の回転電機装置。
【請求項８】
前記検出デバイスは前記回転電機の電機子のコイルに取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた温度が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、請求項５または６に記載の回転電機装置。
【請求項９】
前記検出装置の前記共振回路部は検出デバイスである歪ゲージと前記歪ゲージに接続された共振回路で構成され、
前記検出装置は、前記歪ゲージの歪量変化による抵抗値変化に起因する前記共振回路の共振特性の変化により応力またはトルクを検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１０】
前記歪ゲージは前記回転電機の回転子の鉄心の応力集中部に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた応力が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅または周波数を下げる、請求項９に記載の回転電機装置。
【請求項１１】
前記歪ゲージは前記回転電機の回転子の鉄心の応力集中部に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた応力が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を上げる、請求項９に記載の回転電機装置。
【請求項１２】
前記インバータ制御部は、前記応力が設定値以上になった回数をカウントし、設定回数を超えた場合に、前記応力の設定値をより低い値に更新する、請求項９に記載の回転電機装置。
【請求項１３】
前記歪ゲージは前記回転電機の回転子の前記回転軸に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られたトルクが設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、請求項９に記載の回転電機装置。
【請求項１４】
前記共振回路部は検出デバイスである加速度センサで構成され、
前記検出装置は、前記加速度センサの静電容量または抵抗値の変化に起因する共振特性の変化により加速度を検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１５】
前記加速度センサは固定子のフレームに取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた加速度が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、請求項１４に記載の回転電機装置。
【請求項１６】
前記加速度センサは前記回転電機の回転子または回転軸に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた加速度が設定値以上になったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅または周波数を上げるまたは下げる、請求項１４に記載の回転電機装置。
【請求項１７】
前記共振回路部は検出デバイスである磁電変換素子と前記磁電変換素子に接続された共振回路で構成され、
前記検出装置は、前記磁電変換素子の抵抗値の変化に起因する前記共振回路の共振特性の変化により磁束密度を検出する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１８】
前記磁電変換素子は回転子に設置された磁石に取り付けられ、
前記検出処理装置が前記検出装置の検出結果から、共振特性の変化から得られた磁束密度が設定値以下になったになったことを検出すると、前記インバータ制御部は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、請求項１７に記載の回転電機装置。
【請求項１９】
前記インバータ制御部は、前記検出装置で検出した物理量に対して、前記検出処理装置において設定値以上と判定された回数を記憶装置に記憶する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の回転電機装置において実行される回転電機の制御方法であって、
前記検出処理装置において、前記第２のアンテナを介して前記送信電波を送信する第１ステップと、
前記検出装置において、前記第１のアンテナを介して前記送信電波を受信した場合に、前記送信電に対する返答として前記共振特性を応答電波として、前記第１アンテナを介して送信する第２ステップと、
前記検出処理装置において、
前記第２アンテナを介して前記応答電波を受信した場合に、前記共振特性から前記物理量の現在値に相当する検出結果を算出する第３ステップと、
前記検出結果があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを比較することにより、前記測定対象物が異常状態であるか否かを検出する第４ステップと、
前記第４ステップにおいて前記異常状態を検出した場合には、前記インバータ制御部に対して前記異常状態信号を出力する第５ステップと、
前記インバータ制御部において、前記異常状態信号を受信した場合に、前記検出結果が前記許容範囲内に収まるように前記インバータ回路の出力を制御する第６ステップと
を有する回転電機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機装置および回転電機装置の制御方法に関し、特に共振特性が物理量の変化によって変化する共振回路部を用い、共振回路部との間でアンテナにより電波を送受信し、被測定対象物に対して遠隔にて物理量変化を検出する物理量検出装置を使用して駆動制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
可動部または高電圧部を有する回転機器において、可動側または高電圧側の非接触での物理量の検知は、困難であった。物理量の検出手段として、従来、水晶振動子を用いて、発振回路を含む構成により温度を検知する測定装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、非接触で温度検知する手段として、発振器と受信器を備えた装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、無線測定装置とセンサーユニットにて構成された装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００３】
一方、回転電機の一部に構成されている永久磁石に着目し、温度推定を行う装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。特許文献４は、例えば、同期電動機を駆動する基本波の周波数とは異なる周波数の電圧または電流を同期電動機のｄ軸に重畳している。そして、特許文献４は、重畳した電圧または電流と、重畳することにより得られた電流または電圧から、同期電動機のインピーダンスを演算し、演算したインピーダンスに基づいて永久磁石の温度を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０３７７５５号公報
【特許文献２】特許第３８３３１６２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／０８１１０２号パンフレット
【特許文献４】特開２０１５−１３３８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、以下の課題があった。
特許文献１は、遠隔測定が考慮されていない。特許文献２は、発振器と受信器を切り替えが必要であり、通信時間を要している。このため、特許文献２は、可動部の物理量を検出するには適していない。【０００６】
また、特許文献３は、無線測定装置を介して反射電力強度を測定する場合に、周波数掃引を行ってデータを得ている。従って、特許文献３は、周波数掃引に時間を必要とするため、高速に可動する機器においては、所望のタイミングおよび必要な信号レベルを得ることが困難であった。また、特許文献３は、周波数を掃引する大掛かりな装置が必要であった。【０００７】
さらに、特許文献４のような直接に温度を測定しない従来技術は、温度によって変化する磁石以外の材料物性、製造上での部品のバラツキ等が検出誤差となる。この結果、特許文献４は、測定精度の低下を招いていた。【０００８】
この発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、可動部または高電圧部を有する回転電機の測定対象物の物理量の変化をより正確に検出し、得られた検出結果に従って駆動制御を行う回転電機装置および回転電機装置の制御方法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】
【０００９】
この発明は、回転軸を軸として同心円上に一方が他方の外側に設けられ、いずれか一方が前記回転軸を軸として回転可能な回転子、他方が固定されている固定子であり、前記回転子と前記固定子のいずれか一方が電機子を設け、他方が界磁を設けた回転電機と、前記回転電機を駆動するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御するインバータ制御部を含むインバータ装置と、前記回転電機の測定対象物に取付けられ、共振特性が前記測定対象物の物理量の変化に依存して変化する共振回路部と、前記共振特性を送信する第１のアンテナを含む検出装置と、第２のアンテナから送信した送信電波の返答として、前記第１のアンテナから前記物理量の変化に依存した前記共振特性を応答電波として受信し、前記共振特性から前記物理量の現在値に相当する検出結果を算出し、前記検出結果があらかじめ設定された許容範囲内にあるか否かを比較することにより、前記測定対象物が異常状態であるか否かを検出する検出処理装置と、を備え、前記インバータ制御部は、前記検出処理装置から前記異常状態を検出したことを示す異常状態信号を受信した場合には、前記検出結果が前記許容範囲内に収まるように前記インバータ回路の出力を制御する、回転電機装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、共振特性が物理量の変化によって変化する共振回路部を用い、共振回路部との間でアンテナにより電波を送受信し、設定された搬送波周波数の送信電波を送信しながら、検出結果を示す応答電波を受け、検出結果と設定値との比較により回転電機における過負荷状態を含む異常状態を求め、異常状態に従って回転電機を制御する。これにより、簡単な構成で物理量のリミットを検出し、電流を操作することで回転電機に保護をかけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】回転電機の概略的な構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態６による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態７による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】この発明による回転電機装置のインバータ回路の回路構成の一例を示す図である。
【図１０】この発明による回転電機装置の制御部のハードウェアで構成した場合のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図１１】この発明による回転電機装置の制御部のソフトウェアで構成した場合のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明による回転電機装置および回転電機装置の制御方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は、同一符号で示し、また重複する説明は、省略する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。回転電機装置は、概略、検出装置１０および検出処理装置２０からなる物理量検出装置１２０を含む回転電機１と、インバータ回路３１、インバータ制御部４０、電流検出部３２および記憶装置３３からなるインバータ装置３で構成されている。検出処理装置２０は回転電機１の外部に設けられていてもよい。記憶装置３３はインバータ装置３の外部に設けられていてもよい。
【００１４】
図２は、回転電機１の概略的な構成を示す断面図である。内側から回転軸１０１、回転軸１０１を軸として同心円上に設けられた内側円筒状部材１０２、外側円筒状部材１０３、回転電機１のフレーム１０４からなる。内側円筒状部材１０２および外側円筒状部材１０３のいずれか一方が、回転軸１０１を軸として回転可能な回転子、他方がフレーム１０４に固定されている固定子である。
【００１５】
図２は、内側円筒状部材１０２が回転子の場合を示している。内側円筒状部材１０２が固定子の場合には、回転軸１０１はなく、図２の前後の部分に回転軸１０１とは異なる回転軸が存在する。回転子と固定子のいずれか一方に電機子が設けられ、他方に界磁が設けられている。概略的に、回転角９０°毎に設けられた電機子および界磁が、符号１０５で示されている。１０ａ−１０ｅで示される検出装置１０が、温度、歪み、応力等の物理量を検出するために回転電機１の適切な部分に取付けられる。
【００１６】
図１において、検出装置１０は、回転電機１の適切な被測定対象部分１１ａに取付けられた検出デバイス１２ａ、およびアンテナ１３を備えて構成されている。検出デバイス１２ａは、被測定対象部分１１ａでの物理量の変化に依存して、共振特性が変化する。検出デバイス１２ａは、第１のアンテナ１３に接続されている。
【００１７】
一方、検出処理装置２０は、第２のアンテナ２１、送信部２２，受信部２３、検出演算部２４、比較判定部２５および記憶部２６を備える。
【００１８】
インバータ装置３内のインバータ制御部４０は、指令値生成部４１、検出値換算部４２、記録部４３、設定値変更部４４を含で構成されている。インバータ制御部４０はインバータ回路３１のスイッチング制御を行う。インバータ装置３は、その他に例えば、インバータ回路３１からの電流をフィードバック制御するための電流検出部３２、検出された回転電機における過負荷状態を示すデータを格納しておくための記憶装置３３を備える。インバータ制御部４０は、通常は、外部からの駆動指令ＣＯＭに従って、インバータ回路３１の駆動制御を行っている。
【００１９】
図１の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とし、検出デバイスを、水晶振動子１２ａとする。水晶振動子１２ａは、埋め込み磁石同期電動機の回転子における界磁の磁石の温度測定を行う。そして、温度測定の結果に従って、インバータ制御部４０は、ディレーティング、データ保管を行う。
【００２０】
水晶振動子１２ａは、内部に共振回路を含んでおり、共振回路部ＲＥＣが構成される。水晶振動子１２ａは、埋め込み磁石同期電動機の回転子における界磁の磁石１１ａの表面に取り付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ａの位置に相当する。
【００２１】
磁石１１ａから受ける温度または応力の変化により、水晶振動子１２ａの共振特性が変化する。従って、検出装置１０は、水晶振動子１２ａの共振特性が変化することにより、温度または応力の変化を検出する。水晶振動子１２ａが第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００２２】
固定子側には、検出処理装置２０が設置されており、この設置位置は例えば、図２の符号２０ａまたは２０ｂの位置に相当する。送信部２２は、設定された搬送波周波数の送信電波を、第２のアンテナ２１を介して送信する。この送信に対応して、受信部２３は、第１のアンテナ１３から送信される、物理量の変化の検出結果を示す応答電波を、第２のアンテナ２１を介して受信する。
【００２３】
検出演算部２４は、受信部２３で受信された応答電波に基づいて、必要に応じて種々の検出、演算を行う。一例として、検出演算部２４は、応答電波の周波数を求める。比較判定部２５は、検出演算部２４で検出した応答電波の周波数と、記憶部２６に予め記憶された設定周波数とを比較する。
【００２４】
比較判定部２５は、磁石１１ａの温度を示す周波数が、予め決められた設定周波数以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、回転電機１が過負荷状態にあることを示すディレーティング信号ＤＴを出力する。インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。
【００２５】
比較判定部２５は、磁石１１ａの温度が低下し、検出演算部２４によって検出された周波数が、予め決められた設定周波数よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００２６】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出された周波数ＦＲも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信した周波数ＦＲまたは周波数ＦＲを温度に換算した温度を記憶装置３３に記録させる。
【００２７】
さらに、記録部４３は、インバータ回路３１が出力する電流値Ｉが制限値を超えている間の電流値を、記憶装置３３に記録させる。
【００２８】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納された周波数−温度換算表を用いて、周波数ＦＲを温度に換算する。
【００２９】
なお、インバータ制御部４０は、検出処理装置２０からの過負荷状態信号に相当するディレーティング信号ＤＴに応じて、インバータ回路３１から出力され、電機子に通電される電流の振幅、周波数、位相のいずれか１つ以上を変更する。例えば、検出処理装置２０が、検出装置１０の検出結果に基づいて、共振特性の変化から得られた温度が、設定値以上になったことを検出した場合を考える。この場合、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の振幅を下げることとなる。
【００３０】
以上のように、実施の形態１に係る回転電機装置によれば、簡単な構成で物理量のリミットを検出し、検出結果に基づいて電機子に通電する電流を操作することで、回転電機の保護を行うことができる。
【００３１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図３の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスであるサーミスタ１２ｂと、共振回路１４で構成される。サーミスタ１２ｂが共振回路１４に接続され、共振回路１４が第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００３２】
検出デバイスであるサーミスタ１２ｂは、埋め込み磁石同期電動機の固定子の電機子のコイル温度を計測する。サーミスタ１２ｂは、固定子の電機子のコイル１１ｂに取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ｂの位置に相当する。
【００３３】
検出装置１０は、サーミスタ１２ｂの温度変化による抵抗値変化に起因して、共振回路１４の共振特性が変化することにより、電機子のコイル１１ｂの温度の変化を検出する。
【００３４】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記実施の形態１と同じである。検出演算部２４は、応答電波の周波数を求めるとともに、下式によりＱ値を求める。
【００３５】
Ｑ値＝ω0／(ω2−ω1)
ω0：共振ピークでの共振周波数
ω1：共振ピークの左側において振動エネルギーが共振ピークの半値となる周波数
ω2：共振ピークの右側において振動エネルギーが共振ピークの半値となる周波数
【００３６】
記憶部２６には、予め決められた設定Ｑ値が記憶されている。比較判定部２５は、コイル１１ｂの温度を示す値として求めたＱ値が、予め決められた設定Ｑ値以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、回転電機１が異常状態にあることを示すディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００３７】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。
【００３８】
比較判定部２５は、コイル１１ｂの温度が低下し、検出演算部２４によって検出したＱ値が、予め決められ設定Ｑ値よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００３９】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出されたＱ値ＱＶも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信したＱ値またはＱ値を温度に換算した温度を記憶装置３３に記録させる。
【００４０】
さらに、記録部４３は、インバータ回路３１が出力する電流値Ｉが制限値を超えている間の電流値、およびその際の電圧検出部３４から得られるインバータ回路３１の出力の電圧値Ｖを、記憶装置３３に記録させる。
【００４１】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納されたＱ値−温度換算表を用いて、Ｑ値ＱＶを温度に換算する。
【００４２】
なお、インバータ制御部４０は、検出処理装置２０からの過負荷状態信号に相当するディレーティング信号ＤＴに応じて、インバータ回路３１から出力され、電機子に通電される電流の振幅、周波数、位相のいずれか１つを変更する。例えば、検出処理装置２０が、検出装置１０の検出結果に基づいて、共振特性の変化から得られた温度が、設定値以上になったことを検出した場合を考える。この場合、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の振幅を下げることとなる。
【００４３】
以上のように、実施の形態２に係る回転電機装置によれば、コイル１１ｂにおける絶縁破壊を避けることができる。さらに、実施の形態２に係る回転電機装置によれば、検出装置１０の対地電位との絶縁が不要になるため、温度を高速かつ正確に測定することができる。
【００４４】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図４の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスである歪ゲージ１２ｃと、共振回路１４で構成される。歪ゲージ１２ｃが共振回路１４に接続され、共振回路１４が第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００４５】
検出デバイスである歪ゲージ１２ｃは、回転子の鉄心の応力集中部である、例えば回転子におけるコアブリッジ部の応力を計測する。歪ゲージ１２ｃは、回転子のコアブリッジ部１１ｃに取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ｃの位置に相当する。
【００４６】
検出装置１０は、歪ゲージ１２ｃの歪量変化による抵抗値変化に起因して、共振回路１４の共振特性が変化することにより、コアブリッジ部１１ｃの応力またはひずみを検出する。
【００４７】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記各実施の形態１、２と同じである。検出演算部２４は、応答電波の周波数およびＱ値を求める。
【００４８】
記憶部２６には、予め決められた設定Ｑ値が記憶されている。比較判定部２５は、コアブリッジ部１１ｃの応力を示す値として求めたＱ値が、予め決められた設定Ｑ値以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、回転電機１が異常状態にあることを示すディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００４９】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、回転センサ１５によって検出される回転数ＲＰＴが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。具体的には、例えば、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の周波数を下げる電流指令ＣＯＩを出力する。これにより、回転子の鉄心の破壊を避けることができる。なお、回転センサ１５は、回転電機１の回転子の回転数を検出するために、回転電機１側に設けられている。
【００５０】
比較判定部２５は、コアブリッジ部１１ｃの応力が低下し、検出演算部２４によって検出したＱ値が、予め決められ設定Ｑ値よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００５１】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出されたＱ値ＱＶも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信したＱ値またはＱ値を温度に換算した応力を記憶装置３３に記録させる。
【００５２】
さらに、記録部４３は、回転センサ１５が出力する回転数ＲＰＴが制限値を超えている間の回転数を、記憶装置３３に記録させる。
【００５３】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納されたＱ値−応力換算表を用いて、Ｑ値ＱＶを応力に換算する。
【００５４】
なお、比較判定部２５において、検出したＱ値が予め決められた設定Ｑ値以上になった場合、すなわち共振特性の変化から得られた応力が設定値以上になった場合、上記説明では、電機子に通電する電流の周波数を下げる電流指令ＣＯＩを出力するようにした。しかしながら、電機子に通電する電流の振幅を下げる電流指令ＣＯＩを出力するようにしてもよい。
【００５５】
以上のように、実施の形態３に係る回転電機装置によれば、鉄心のひずみを検出することで、回転子の固定子−回転子間、磁石溝等のギャップの変化を確認して、必要に応じて電流の振幅を変化させて、トルクを維持することができる。
【００５６】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図５の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスである歪ゲージ１２ｃと、共振回路１４で構成される。歪ゲージ１２ｃが共振回路１４に接続され、共振回路１４が第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００５７】
検出デバイスである歪ゲージ１２ｃは、回転電機１の回転軸１０１の応力、特にトルクを計測する。歪ゲージ１２ｃは、回転電機１の回転子の回転軸１０１に取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ｄの位置に相当する。
【００５８】
回転軸１０１は、図５では、回転軸１１ｄとして示されている。検出装置１０は、歪ゲージ１２ｃの歪量変化による抵抗値変化に起因して、共振回路１４の共振特性が変化することにより、回転軸１１ｄのひずみまたは応力またはトルクを検出する。
【００５９】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記各実施の形態１〜３と同じである。検出演算部２４は、応答電波の周波数およびＱ値を求める。
【００６０】
記憶部２６には、予め決められた設定Ｑ値が記憶されている。比較判定部２５は、回転軸１１ｄのトルクを示す値として求めたＱ値が、予め決められた設定Ｑ値以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、ディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００６１】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。具体的には、例えば、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の振幅または周波数を下げる。これにより、過大なトルクが入力されることを避けることができる。
【００６２】
比較判定部２５は、回転軸１１ｄのトルクが低下し、検出演算部２４によって検出したＱ値が、予め決められ設定Ｑ値よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００６３】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出されたＱ値ＱＶも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信したＱ値またはＱ値をトルクに換算したトルクを記憶装置３３に記録させる。
【００６４】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納されたＱ値−トルク換算表を用いて、Ｑ値ＱＶをトルクに換算する。
【００６５】
また、インバータ制御部４０内の設定値変更部４４は、回転軸１１ｄでのトルク、すなわち応力が設定値以上になった回数をカウントする。そして、設定値変更部４４は、カウント値が設定回数を超えた場合には、検出処理装置２０内の記憶部２６に格納されているトルクの設定値を、より低い値に更新させる。
【００６６】
以上のように、実施の形態４に係る回転電機装置によれば、応力が設定値以上になった回数をカウントしておくことで、過剰負荷の頻度を考慮した制御を行うことができる。なお、この設定値変更部４４による機能は、各実施の形態に適用できる。
【００６７】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図６の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスである加速度センサ１２ｄで構成される。加速度センサ１２ｄは、内部に共振回路を含んでおり、共振回路部ＲＥＣを構成する。加速度センサ１２ｄがアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００６８】
検出デバイスである加速度センサ１２ｄは、回転電機１のフレーム１１ｅの加速度を計測する。加速度センサ１２ｄは、回転電機１のフレーム１０４に取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ｅの位置に相当する。
【００６９】
フレーム１０４は、図６では、フレーム１１ｅとして示されている。検出装置１０は、加速度センサ１２ｄの静電容量または抵抗値の変化に起因して、共振特性が変化することにより、フレーム１１ｅの加速度を検出する。振動を検出することで、騒音の低減、加振による破壊を避けることができる。
【００７０】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記各実施の形態１〜４と同じである。検出演算部２４は、フレーム１１ｅの加速度の変化を示す応答電波の周波数を求める。
【００７１】
記憶部２６には、予め決められた設定周波数値が記憶されている。比較判定部２５は、フレーム１１ｅの振動を表す値として求めた周波数値が、予め決められた設定周波数値以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、ディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００７２】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。具体的には、例えば、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の振幅または周波数を下げる。これにより、フレーム１１ｅの振動を抑え、騒音を低減し、加振による破壊を避けることができる。
【００７３】
比較判定部２５は、フレーム１１ｅの振動が低下し、検出演算部２４によって検出したＱ値が、予め決められ設定Ｑ値よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００７４】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出された周波数ＦＲも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信した周波数または周波数を加速度に換算した加速度を記憶装置３３に記録させる。
【００７５】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納された周波数−加速度換算表を用いて、周波数ＦＲを加速度に換算する。
【００７６】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図７の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスである抵抗値変化型の加速度センサ１２ｄｄと、共振回路１４で構成される。加速度センサ１２ｄｄが共振回路１４に接続され、共振回路１４が第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。
【００７７】
検出デバイスである加速度センサ１２ｄは、回転電機１の回転軸１０１の振動、特に共振を加速度として計測する。加速度センサ１２ｄｄは、回転電機１の回転子の回転軸１０１に取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ｄの位置に相当する。
【００７８】
回転軸１０１は、図７では、回転軸１１ｄとして示されている。なお、加速度センサ１２ｄｄは、回転軸１０１の代わりに回転軸１０１と共に振動する回転子に設けられていてもよい。
【００７９】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記各実施の形態１〜５と同じである。検出演算部２４は、応答電波の周波数およびＱ値を求める。
【００８０】
記憶部２６には、予め決められた設定Ｑ値が記憶されている。比較判定部２５は、回転軸１１ｄの振動、共振を表す値として求めたＱ値が、予め決められた設定Ｑ値以上になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、ディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００８１】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。具体的には、例えば、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の周波数または振幅を下げる。これにより、軸共振の危険回転速度を回避できる。回転子の挙動がわかることで、軸方向の振動、径方向の振れが変化する。
【００８２】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴの代わりに、ブースト信号ＢＯをインバータ制御部４０に出力してもよい。ブースト信号ＢＯが入力された場合に、インバータ制御部４０は、例えば、インバータ回路３１の出力電流値Ｉを予め定められた基定値分増加させた値になるように、電流値または振幅を大きくするように電流指令ＣＯＩの値を変更する。このようにインバータ回路３１の出力の電流値を大きくしても、回転子の挙動を変えることができる。
【００８３】
なお、ディレーティング信号ＤＴおよびブースト信号ＢＯを異常表示信号とする。
【００８４】
比較判定部２５は、回転軸１１ｄの振動、共振が低下し、検出演算部２４によって検出したＱ値が、予め決められ設定Ｑ値よりも小さくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴまたはブースト信号ＢＯをＯＦＦにする。
【００８５】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴまたはブースト信号ＢＯとともに、検出演算部２４によって検出されたＱ値ＱＶも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴまたはブースト信号ＢＯが入力された際に受信したＱ値またはＱ値を加速度に換算した加速度を記憶装置３３に記録させる。
【００８６】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納されたＱ値−加速度換算表を用いて、Ｑ値ＱＶを加速度に換算する。
【００８７】
実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７による回転電機装置の概略的な構成を示すブロック図である。図８の実施の形態では、回転電機１を、例えば、埋め込み磁石同期電動機とする。共振回路部ＲＥＣは、検出デバイスである磁電変換素子１２ｅと、共振回路１４で構成される。磁電変換素子１２ｅが共振回路１４に接続され、共振回路１４が第１のアンテナ１３に接続されて一体に設けられることで、検出装置１０が構成されている。磁電変換素子１２ｅは例えば、ホール素子、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子などである。
【００８８】
検出デバイスである磁電変換素子１２ｅは、埋め込み磁石同期電動機の磁石１１ａ（界磁）が作る磁界とコイル（電機子）が作る磁界の合成値を計測する。磁電変換素子１２ｅは、回転電機１の回転子の磁石に取付けられており、この取り付け位置は、図２の符号１０ａの位置に相当する。コイル（電機子）は、例えば図２の外側の固定子側の四方に符号１０５で示さる部分となる。
【００８９】
検出装置１０は、磁電変換素子１２ｅの抵抗値の変化に起因する共振回路１４の共振特性の変化により、磁束密度を検出する。より詳細には、磁電変換素子１２ｅはホール素子と呼ばれ、磁界が加えられると電圧を発生する。従って磁電変換素子１２ｅは磁界が加えられると抵抗値が相対的に下がったことになる。
【００９０】
固定子側に設けられた検出処理装置２０における第２のアンテナ２１、送信部２２、受信部２３の動作は、上記各実施の形態１〜６と同じである。検出演算部２４は、検出された磁界の変化を示す周波数およびＱ値を求める。検出演算部２４はさらに、コイル（電機子）が作る磁界を電流検出部３２で検出された通電電流から算出する。ここで、電流検出部３２で検出された通電電流とコイル（電機子）が作る磁界との関係を示すテーブルを記憶部２６に格納しておき、検出演算部２４はテーブルを使用して磁界を求めてもよい。そして検出演算部２４は、コイル（電機子）が作る磁界に基づいて磁石（界磁）の磁界を推定する。そして検出演算部２４は、推定した磁石（界磁）の磁界に対応するＱ値の閾値を求める。
【００９１】
比較判定部２５は、検出された磁界の磁力を表す値として求めたＱ値が、Ｑ値の閾値以下になった場合には、回転電機１が異常状態にあると判断する。そして、比較判定部２５は、インバータ装置３内のインバータ制御部４０に対して、ディレーティング信号ＤＴを出力する。
【００９２】
インバータ制御部４０は、ディレーティング信号ＤＴが入力されると、電流検出部３２で検出されるインバータ回路３１の出力電流値Ｉが制限値以下になるように、電流指令ＣＯＩの値を変更する。具体的には、例えば、インバータ制御部４０は、電機子に通電する電流の振幅を下げる、または、電流位相を基定値以下になるよう小さくする電流指令ＣＯＩを出力する。これにより、例えば、磁石での減磁を避けることができる。
【００９３】
比較判定部２５は、検出した磁界が増加して、検出演算部２４によって検出したＱ値が、設定Ｑ値よりも大きくなった場合には、ディレーティング信号ＤＴをＯＦＦにする。
【００９４】
なお、比較判定部２５は、ディレーティング信号ＤＴとともに、検出演算部２４によって検出されたＱ値ＱＶも、インバータ制御部４０へ出力する。インバータ制御部４０内に設けられた記録部４３は、比較判定部２５からディレーティング信号ＤＴが入力された際に受信したＱ値またはＱ値を磁界密度に換算した磁界密度を記憶装置３３に記録させる。
【００９５】
検出値換算部４２は、例えば、記憶装置３３に予め格納されたＱ値−磁界密度換算表を用いて、Ｑ値ＱＶを磁界密度に換算する。
【００９６】
以上、各実施の形態について説明してきたが、回転電機１は、電動機であっても発電機であってもよい。また、回転電機１は埋め込み磁石同期電動機を例に説明したが、誘導電動機、シンクロナスリラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスモータ等でもよい。各実施の形態において、回転電機１は、インバータ回路３１により給電または回生される。そして、例えば、図９に例示したようなブリッジ回路を有するインバータ回路３１のスイッチング素子Ｓｗは、自己消弧型半導体スイッチング素子で構成することができる。そして、共振回路部ＲＥＳの共振周波数は、インバータ装置３におけるキャリア周波数よりも高く設定することができる。これにより、キャリアノイズによる誤動作およびノイズ重畳を避けることができる。
【００９７】
また、共振回路部ＲＥＳの共振周波数は、回転電機１の最高回転数における回転周波数の極対数倍よりも高い周波数に設定することができる。これにより、電機子の磁束による誤動作およびノイズ重畳を避けることができる。
【００９８】
また、インバータ制御部４０内の記録部４３は、検出装置１０で検出した物理量に対して、検出処理装置２０において設定値以上と判定された回数を、記憶装置３３に記憶させておくこともできる。これにより、回転電機１各部の過負荷状態を記録することができ、メンテナンス時に記憶装置３３のデータに従って、適正に補強、部品交換を行い、装置を保全することができる。
【００９９】
また、各実施の形態について、回転電機１の検出処理装置２０内の検出演算部２４、比較判定部２５および記憶部２６と、インバータ装置３内のインバータ制御部４０および記憶装置３３の部分は、コンピュータまたはデジタル回路で構成される。
【０１００】
この点に関し、これらの機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう)であっても構成可能である。
【０１０１】
図１０は、これらの機能をハードウェアで構成した場合、図１１は、ソフトウェアで構成した場合の、ハードウェア構成を概略的に示す図である。上記各部の機能を図１０に示すハードウェアで構成した場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。上記各部の機能それぞれは、処理回路で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路で実現してもよい。
【０１０２】
上記各部の機能を図１１に示すＣＰＵで構成した場合、上記各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア、ファームウェア等は、プログラムとして記述され、メモリ２１００に格納される。処理回路であるプロセッサ２０００は、メモリ２１００に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
【０１０３】
これらのプログラムは、上記各部の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２１００とは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
【０１０４】
なお、上記各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【０１０５】
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。また、処理に必要な各種情報は、ハードウェア構成の場合には回路に予め設定され、またソフトウェア構成の場合にはメモリに予め記憶させておく。
【０１０６】
またこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではく、これらの可能な組合せを全て含む。
【符号の説明】
【０１０７】
１回転電機、３  インバータ装置、１０  検出装置、１１  被測定対象部分、１１ａ  磁石、１１ｂ  コイル、１１ｃ  コアブリッジ部、１１ｄ  回転軸、１１ｅ  フレーム、１２ａ  水晶振動子(検出デバイス)、１２ｂ  サーミスタ、１２ｃ  歪ゲージ、１２ｄ  加速度センサ、１２ｄ，１２ｄｄ  加速度センサ、１２ｅ  磁電変換素子、１３  アンテナ、１４  共振回路、１５  回転センサ、２０  検出処理装置、２１  第１のアンテナ、２２  送信部、２３  受信部、２４  検出演算部、２５  比較判定部、２６  記憶部、３１  インバータ回路、３２  電流検出部、３３  記憶装置、３４  電圧検出部、４０  インバータ制御部、４１  指令値生成部、４２  検出値換算部、４３  記録部、４４  設定値変更部、１０１  回転軸、１０２  内側円筒状部材、１０３  外側円筒状部材、１０４  フレーム、１２０  物理量検出装置。
【図１】
2019102591.tif 000003
【図２】
2019102591.tif 000004
【図３】
2019102591.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019102591.tif 000009
【図８】
2019102591.tif 000010
【図９】
2019102591.tif 000011
【図１０】
2019102591.tif 000012
【図１１】
2019102591.tif 000013
【国際調査報告】
2019102591.tif 000014
2019102591.tif 000015
2019102591.tif 000016
2019102591.tif 000017