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CN112448546A - 磁铁温度信息输出装置及旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁铁温度信息输出装置及旋转电机。磁铁温度信息输出装置配置于具备定子和配置有永久磁铁的转子的旋转电机。磁铁温度信息输出装置输出与永久磁铁的温度相关的温度信息。磁铁温度信息输出装置具备配置于定子的元件。元件检测磁通并将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息输出。

Description

磁铁温度信息输出装置及旋转电机
技术领域
本发明的一个方式涉及磁铁温度信息输出装置。本发明的另一个方式涉及具备磁铁温度信息输出装置的旋转电机。
背景技术
已知的旋转电机具备定子和配置有永久磁铁的转子(例如，参照日本特开2000-134842号公报)。
一般而言，当驱动旋转电机时，永久磁铁的温度上升。在永久磁铁为规定温度以上的状态下对永久磁铁赋予磁场的变化时，永久磁铁有可能退磁。永久磁铁配置于转子，因此，与永久磁铁的温度相关的温度信息难以正确地取得。因此，设计旋转电机时，设想永久磁铁成为上述规定温度以上，有时选定超规格的耐热性高的磁铁。
与之相对，考虑取得与永久磁铁的温度相关的温度信息，且以永久磁铁不达到上述规定温度的方式控制旋转电机的驱动状态的结构。永久磁铁配置于转子。因此，例如，即使在采用检测永久磁铁的温度的温度传感器配置于转子的结构的情况下，与永久磁铁的温度相关的温度信息也难以适当且简单地输出。
发明内容
本发明的一个方式的目的在于，提供一种磁铁温度信息输出装置，其适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。本发明的另一个方式的目的在于，提供一种旋转电机，其适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。
一个方式所涉及的磁铁温度信息输出装置配置于具备定子和配置有永久磁铁的转子的旋转电机，并输出与永久磁铁的温度相关的温度信息。磁铁温度信息输出装置具备检测磁通并将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息进行输出的元件。元件配置于定子。
上述一个方式中，配置于定子的元件检测磁通并将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息进行输出。因此，上述一个方式中，适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。
另一个方式所涉及的旋转电机具备上述磁铁温度信息输出装置。
上述另一个方式中，配置于定子的元件检测磁通并将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息进行输出。因此，上述另一个方式适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。
磁铁温度信息输出装置也可以具备配置于转子的感温元件和配置于转子的第一线圈。在该情况下，感温元件的电阻根据永久磁铁的温度而变化，第一线圈与感温元件电连接。元件也可以包含第二线圈和电流检测元件。在该情况下，第二线圈激发第一线圈，电流检测元件输出与在第二线圈流通的电流的大小对应的电信号。
通过第二线圈激发第一线圈，而向第一线圈供给电力。与第一线圈电连接的感温元件的电阻根据永久磁铁的温度而变化，因此，根据感温元件的电阻的变化，在第二线圈流通的电流变化。电流检测元件输出与在第二线圈流通的电流的大小对应的电信号。因此，从电流检测元件输出的电信号根据永久磁铁的温度而变化。其结果，即使是感温元件配置于转子的结构，元件也更进一步适当且简单地输出与永久磁铁的温度相关的温度信息。
磁铁温度信息输出装置也可以具有与第一线圈构成LC共振电路的电容器。在该情况下，电容器配置于转子。
元件也可以包含检测永久磁铁的磁通的磁感元件。在元件包含磁感元件的情况下，适当且简单地输出与永久磁铁的温度相关的温度信息的磁铁温度信息输出装置被容易地构成。
本发明通过以下所示的详细叙述和附图而变得更加清楚，这些叙述和附图仅是用于说明，因此，不应视为对本发明的限定。
根据以下所示的详细叙述，本发明的进一步应用范围变得显而易见。但是，应理解为描述本发明的实施方式的详细叙述和特定示例仅是用于说明，因此，本发明的主旨和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。
附图说明
图1是表示一个实施方式所涉及的磁铁温度信息输出装置的结构的概略图。
图2是表示磁铁温度信息输出装置的一个例子的电路图。
图3是表示本实施方式的变形例所涉及的磁铁温度信息输出装置的结构的概略图。
图4是表示磁铁温度信息输出装置的另一个例子的电路图。
具体实施方式
以下，参考附图详细地叙述本发明的实施例。在以下的叙述中，对相同的元件或具有相同的功能的元件标注相同的符号，并且省略重复的说明。
参照图1及图2说明本实施方式所涉及的磁铁温度信息输出装置1A的结构。图1是表示本实施方式所涉及的磁铁温度信息输出装置的结构的概略图。图2是表示磁铁温度信息输出装置的一个例子的电路图。
如图1所示，磁铁温度信息输出装置1A配置于旋转电机MT。即，旋转电机MT具备磁铁温度信息输出装置1A。旋转电机MT例如为马达。马达例如包含IPM马达或SPM马达。旋转电机MT具有定子10和转子20。转子20配置于定子10的内侧。
转子20包含轴21、转子芯23、多个永久磁铁25。轴21呈圆柱形状。转子芯23呈圆筒形状。在转子芯23形成有轴21进行嵌入的轴孔。轴21和转子芯23在轴21的中心轴周围一体地旋转。各永久磁铁25以其延伸方向与轴21的中心轴平行的方式配置于转子芯23。各永久磁铁25的延伸方向与轴21的中心轴大致平行。轴21的中心轴为转子20的旋转轴线。转子20的旋转轴线延伸的方向为转子20的旋转轴线方向。多个永久磁铁25关于转子20的旋转轴线以均等的角度间隔配置。
在旋转电机MT为IPM马达的情况下，多个永久磁铁25配置于转子芯23内。在旋转电机MT为SPM马达的情况下，多个永久磁铁25配置于转子芯23的表面。各永久磁铁25包含稀土类永久磁铁。各永久磁铁25例如为钕系烧结磁铁。各永久磁铁25也可以是稀土类永久磁铁以外的烧结磁铁，也可以是烧结磁铁以外的磁铁。烧结磁铁以外的磁铁例如包含粘结磁铁或热加工磁铁。
定子10包含圆筒形状的定子芯(未图示)和多个线圈11。定子芯以包围转子20的外周的方式配置。在定子10与转子20之间设置有均匀宽度的气隙(air gap)。定子芯保持多个线圈11。各线圈11配置于定子芯的内周侧。多个线圈11关于转子20的旋转轴线以均等的角度间隔配置。
旋转电机MT与控制电路41连接。控制电路41与电源43连接。控制电路41调整来自电源43的驱动电流，并向各线圈11供给三相交流电流。控制电路41控制向各线圈11供给的三相交流电流的值。控制电路41例如包含逆变器电路。通过三相交流电流供给至各线圈11，各线圈11形成使转子20旋转的旋转磁场。电源43例如包含蓄电器件(Electrical energystorage device)。蓄电器件例如包含二次电池或电容器。
磁铁温度信息输出装置1A具备第一元件50和第二元件60。本实施方式中，第一元件50的数量为一个，第二元件60的数量也为一个。第一元件50配置于转子20。第二元件60配置于定子10。第二元件60例如配置于定子芯。磁铁温度信息输出装置1A输出与永久磁铁25的温度相关的温度信息。第一元件50和第二元件60以转子20处于规定的旋转角度位置时，在与转子20的旋转轴线大致平行的方向上相互相对的方式配置。
如图2所示，第一元件50包含感温元件51和线圈53。感温元件51和线圈53配置于转子20。感温元件51配置于多个永久磁铁25中的至少一个永久磁铁25。本实施方式中，感温元件51仅配置于一个永久磁铁25。感温元件51以与永久磁铁25相接的方式配置。感温元件51也可以配置于永久磁铁25的附近。感温元件51的电阻根据永久磁铁25的温度而变化。感温元件51的电阻随着永久磁铁25的温度上升而减少。感温元件51例如包含热敏电阻。感温元件51例如包含NTC热敏电阻。线圈53与感温元件51电连接。线圈53的两端与感温元件51的两端电连接。
第二元件60包含线圈61和电流检测元件63。线圈61以在转子20处于规定的旋转角度位置时与线圈53相对的方式配置于定子10(定子芯)。交流电源65与线圈61电连接。对线圈61从交流电源65施加规定频率的交流信号(交流电压)。电流检测元件63输出与在线圈61流通的电流的大小对应的电信号。电流检测元件63例如包含交流电流传感器。例如，在线圈53构成第一线圈的情况下，线圈61构成第二线圈。上述规定频率比旋转电机MT的驱动频率高。上述规定频率例如为旋转电机MT的驱动频率的10～200倍。
在线圈61产生与从交流电源65施加的交流电压对应的磁通。转子20旋转，线圈61与线圈53接近时，产生于线圈61的磁通通过线圈53。产生于线圈61的磁通通过线圈53时，在线圈53产生与通过线圈53的磁通对应的电力。即，线圈61激发线圈53，并向线圈53供给电力。
感温元件51的电阻根据永久磁铁25的温度而变化。根据感温元件51的电阻的变化，产生于线圈61的磁通变化。因此，在线圈61流通的电流变化。永久磁铁25的温度上升，感温元件51的电阻减少时，产生于线圈61的磁通增加。因此，在线圈61流通的电流增加。永久磁铁25的温度下降，感温元件51的电阻增加时，产生于线圈61的磁通减少。因此，在线圈61流通的电流减少。
电流检测元件63将产生于线圈61的磁通作为在线圈61流通的电流的变化进行检测。即，电流检测元件63间接地检测产生于线圈61的磁通。电流检测元件63检测的电流的变化与感温元件51的电阻的变化、即永久磁铁25的温度的变化对应。因此，从电流检测元件63输出的电信号、即电流检测元件63的输出信号包含与永久磁铁的温度相关的温度信息。第二元件60间接地检测产生的磁通，并将与间接地检测的磁通对应的电信号作为上述温度信息输出。其结果，在第一元件50与第二元件60之间，与永久磁铁25的温度相关的信息无线地传递。
从电流检测元件63输出的电信号输入控制电路41。控制电路41基于从电流检测元件63输出的电信号，控制旋转电机MT的驱动状态。例如，控制电路41如以下所述控制旋转电机MT的驱动状态。控制电路41在判断为从电流检测元件63输出的电信号表示永久磁铁25的温度上升至规定的第一阈值的情况下，控制电路41以限制旋转电机MT的转速的方式控制供给电力。控制电路41在判断为从电流检测元件63输出的电信号表示永久磁铁25的温度下降至规定的第二阈值的情况下，控制电路41以解除旋转电机MT的转速的限制的方式控制供给电力。在该情况下，第二阈值例如比第一阈值小。
控制电路41也可以如以下所述控制旋转电机MT的驱动状态。即，控制电路41例如也可以控制向旋转电机MT输入的驱动频率。控制电路41以在判断为从电流检测元件63输出的电信号表示永久磁铁25的温度上升至规定的第一阈值的情况下，控制电路41使驱动频率降低以限制旋转电机MT的转速的方式进行控制。控制电路41以在判断为从电流检测元件63输出的电信号表示永久磁铁25的温度下降至规定的第二阈值的情况下，控制电路41使驱动频率上升以解除旋转电机MT的转速的限制的方式进行控制。在该情况下，第二阈值例如也比第一阈值小。
如以上所述，磁铁温度信息输出装置1A中，配置于定子10的第二元件60检测磁通，并将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息输出。因此，磁铁温度信息输出装置1A适当且简单地输出与配置于转子20的永久磁铁25的温度相关的温度信息。
旋转电机MT具备磁铁温度信息输出装置1A。因此，旋转电机MT适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。
磁铁温度信息输出装置1A具备包含感温元件51和线圈53的第一元件50。第二元件60包含线圈61和电流检测元件63。
通过线圈61激发线圈53，向线圈53供给电力。感温元件51的电阻根据永久磁铁25的温度而变化，因此，根据感温元件51的电阻的变化，在线圈61流通的电流变化。电流检测元件63输出与在线圈61流通的电流的大小对应的电信号。因此，从电流检测元件63输出的电信号根据永久磁铁25的温度而变化。其结果，即使是感温元件51配置于转子20的结构，第二元件60也更进一步适当且简单地输出与永久磁铁25的温度相关的温度信息。
第一元件50和第二元件60以在转子20处于规定的旋转角度位置时，在与转子20的旋转轴线大致平行的方向上相互相对的方式配置。在该情况下，产生于线圈11的磁通难以影响到各线圈53、61。
如图4所示，第一元件50也可以包含电容器55。图4是表示磁铁温度信息输出装置的另一个例子的电路图。电容器55配置于转子20。线圈53与电容器55构成LC共振电路。电容器55例如以与线圈53并联连接的方式插入。第一元件50包含电容器55的结构更进一步灵敏度良好地捕捉感温元件51的变化。
作为取得配置于转子20的感温元件51的输出信号的结构，考虑以下的结构。发送感温元件51的输出信号的发送机配置于转子20，接收来自发送机的信号的接收机配置于定子10。该结构中，需要在转子20配置发送机，因此，妨碍旋转电机MT的小型化。需要构筑向发送机进行电力供给的路径，因此，旋转电机MT的结构复杂化。
与之相对，磁铁温度信息输出装置1A难以妨碍旋转电机MT的小型化，并且难以使旋转电机MT的结构复杂化。
接着，参照图3说明本实施方式的变形例所涉及的磁铁温度信息输出装置1B的结构。图3是表示本变形例所涉及的磁铁温度信息输出装置的结构的概略图。
如图3所示，磁铁温度信息输出装置1B配置于旋转电机MT。即，旋转电机MT具备磁铁温度信息输出装置1B。磁铁温度信息输出装置1B具备元件70。本变形例中，元件70的数量为一个。元件70配置于定子10。元件70例如配置于定子芯。磁铁温度信息输出装置1B与磁铁温度信息输出装置1A相同，输出与永久磁铁25的温度相关的温度信息。
元件70包含检测永久磁铁25的磁通的磁感元件。元件70以在转子20处于规定的旋转角度位置时与永久磁铁25最接近的方式配置于定子10(定子芯)。元件70也可以以在转子20处于规定的旋转角度位置时与永久磁铁25相对的方式配置于定子10(定子芯)。元件70与永久磁铁25以在转子20处于规定的旋转角度位置时，在与转子20的旋转轴线大致平行的方向上相互相对的方式配置。元件70例如包含霍尔元件或磁阻元件。
元件70直接地检测永久磁铁25的磁通。永久磁铁25随着永久磁铁25的温度的上升，产生的磁通减少。元件70检测的永久磁铁25的磁通的变化与永久磁铁25的温度的变化对应。因此，从元件70输出的电信号、即元件70的输出信号包含与永久磁铁的温度相关的温度信息。元件70直接地检测从永久磁铁25产生的磁通，并将与直接地检测的磁通对应的电信号作为上述温度信息输出。
从元件70输出的电信号输入控制电路41。控制电路41基于从元件70输出的电信号，控制旋转电机MT的驱动状态。例如，控制电路41如以下所述控制旋转电机MT的驱动状态。控制电路41在判断为从元件70输出的电信号表示永久磁铁25的温度上升至规定的第一阈值的情况下，控制电路41以限制旋转电机MT的转速的方式控制供给电力。控制电路41在判断为从元件70输出的电信号表示永久磁铁25的温度下降至规定的第二阈值的情况下，控制电路41以解除旋转电机MT的转速的限制的方式控制供给电力。
如以上所述，磁铁温度信息输出装置1B中，配置于定子10的元件70检测磁通，且将与检测的磁通对应的电信号作为温度信息输出。因此，磁铁温度信息输出装置1B适当且简单地输出与永久磁铁25的温度相关的温度信息。
元件70为磁感元件，因此，适当且简单地输出温度信息的磁铁温度信息输出装置1B被容易地构成。
磁铁温度信息输出装置1B也与磁铁温度信息输出装置1A相同，难以妨碍旋转电机MT的小型化，并且难以使旋转电机MT的结构复杂化。
旋转电机MT具备磁铁温度信息输出装置1B。因此，旋转电机MT适当且简单地输出与配置于转子的永久磁铁的温度相关的温度信息。
尽管以上描述了本发明的实施例和变形例，但本发明不限于实施例和变形例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内对实施例进行各种改变。
第一元件50的数量也可以为多个。例如，第一元件50的数量也可以与永久磁铁25的数量相同。在该情况下，第二元件60的数量也可以为一个。
元件70的数量也可以为多个。例如，元件70的数量也可以与永久磁铁25的数量相同。

Claims (5)

1.一种磁铁温度信息输出装置，其中，
所述磁铁温度信息输出装置是配置于具备定子和配置有永久磁铁的转子的旋转电机并输出与所述永久磁铁的温度相关的温度信息的磁铁温度信息输出装置，
所述磁铁温度信息输出装置具备检测磁通并将与检测的磁通对应的电信号作为所述温度信息进行输出的元件，
所述元件配置于所述定子。
2.根据权利要求1所述的磁铁温度信息输出装置，其中，
所述磁铁温度信息输出装置还具备：
感温元件，其配置于所述转子，且其电阻根据所述永久磁铁的温度而变化；以及
第一线圈，其配置于所述转子并与所述感温元件电连接，
所述元件包含以激发所述第一线圈的方式构成的第二线圈和输出与在所述第二线圈流通的电流的大小对应的电信号的电流检测元件。
3.根据权利要求2所述的磁铁温度信息输出装置，其中，
所述磁铁温度信息输出装置还具备：电容器，其配置于所述转子，并与所述第一线圈构成LC共振电路。
4.根据权利要求1所述的磁铁温度信息输出装置，其中，
所述元件包含检测所述永久磁铁的磁通的磁感元件。
5.一种旋转电机，其中，
所述旋转电机具备权利要求1～4中任一项所述的磁铁温度信息输出装置。
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