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KR102522731B1 - 회전 전기 기기 - Google Patents

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KR102522731B1
KR102522731B1 KR1020200100323A KR20200100323A KR102522731B1 KR 102522731 B1 KR102522731 B1 KR 102522731B1 KR 1020200100323 A KR1020200100323 A KR 1020200100323A KR 20200100323 A KR20200100323 A KR 20200100323A KR 102522731 B1 KR102522731 B1 KR 102522731B1
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coils
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토시오 토모나리
노리타카 치요
코지 미타케
토시히로 쿠로시마
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티디케이가부시기가이샤
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Abstract

회전 전기 기기는, 고정자와, 영구 자석이 배치되어 있는 회전자와, 제 1의 수의 제 1 코일과, 제 1의 수와 다른 제 2의 수의 제 2 코일을 구비하고 있다. 제 1 코일은 코일 축선이 회전자의 회전 축선 방향을 따르도록 고정자에 배치되어 있다. 제 2 코일은 코일 축선이 회전자의 회전 축선 방향을 따르도록 회전자에 배치되어 있다. 제 1 코일과 제 2 코일은 회전자가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자와 회전자에 배치되어 있다. 제 1 코일은 제 2 코일과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기하도록 구성되어 있다.

Description

회전 전기 기기{ROTATING ELECTRIC MACHINE}
본 발명의 하나의 형태는 회전 전기 기기(Rotating electric machine)에 관한 것이다.
알려져 있는 회전 전기 기기는, 고정자와, 영구 자석이 배치되어 있는 회전자를 구비하고 있고, 알려져 있는 회전 위치 검출 장치는 회전자의 회전 각도 위치를 검출하도록 구성되어 있다(예를 들어, 일본 공개특허공보 특개2009-098050호 참조).
일본 공개특허공보 특개2009-098050호
회전 위치 검출 장치는 회전 전기 기기의 회전축에 고정되는 회전자와 상기 회전자와 대향하는 고정자를 구비하고 있다. 따라서, 회전 전기 기기와 회전 위치 검출 장치로 이루어진 유닛은 대형화되지 않을 수 없다.
본 발명의 하나의 형태의 목적은 회전자의 회전 각도 위치가 검출 가능하고, 또한, 대형화가 억제되어 있는 회전 전기 기기를 제공하는 것이다.
하나의 형태에 따른 회전 전기 기기는, 고정자와, 영구 자석이 배치되어 있는 회전자와, 제 1의 수의 제 1 코일과, 제 1의 수와 다른 제 2의 수의 제 2 코일을 구비하고 있다. 제 1의 수의 제 1 코일은 코일 축선이 회전자의 회전 축선 방향을 따르도록 고정자에 배치되어 있다. 제 2의 수의 제 2 코일은 코일 축선이 회전자의 회전 축선 방향을 따르도록 회전자에 배치되어 있다. 제 1 코일과 제 2 코일은 회전자가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자와 회전자에 배치되어 있다. 제 1 코일은 제 2 코일과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기(誘起)하도록 구성되어 있다.
상기 하나의 형태에서는, 제 1 코일과 제 2 코일은 회전자가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자와 회전자에 배치되어 있고, 제 1 코일은 제 2 코일과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기하도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 하나의 형태에서는, 제 1 코일의 전압을 검출함으로써 회전자의 회전 각도 위치가 검출 가능하다.
제 1 코일과 제 2 코일은, 코일 축선이 회전자의 회전 축선 방향을 따르고 또한 회전자가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록, 각각 고정자와 회전자에 배치되어 있다. 따라서, 회전 전기 기기는 대형화되기 어렵다.
상기 하나의 형태에서는, 제 1 및 제 2 코일은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체를 각각 갖고 있어도 좋다.
제 1 및 제 2 코일이 상기 코일 도체를 갖고 있는 구성에서는, 제 1 코일과 제 2 코일이 근접 대향할 때에 제 1 코일과 제 2 코일의 자기적인 결합이 높아진다. 따라서, 본 구성은 회전자의 회전 각도 위치의 검출 정밀도를 향상시킨다.
상기 하나의 형태는, 영구 자석의 온도에 따라서 전기 저항이 변화되도록 구성되어 있는 감온 소자와, 감온 소자와 전기적으로 접속되어 있는 제 3 코일과, 제 1 코일이 유기하는 전압에 대응하는 전기 신호를 출력하도록 구성되어 있는 소자를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 감온 소자와 제 3 코일은 회전자에 배치되어 있다.
제 1 코일과 제 3 코일이 근접 대향함으로써 제 1 코일이 제 3 코일을 여기 하므로, 제 3 코일에 전력이 공급된다. 제 3 코일에 전기적으로 접속된 감온 소자의 전기 저항이 영구 자석의 온도에 따라서 변화되므로, 감온 소자의 전기 저항의 변화에 따라서 제 1 코일에 발생하는 전압이 변화된다. 소자는 제 1 코일이 유기하는 전압에 대응하는 전기 신호를 출력한다. 따라서, 소자로부터 출력되는 전기 신호는 영구 자석의 온도에 따라서 변화된다. 이 결과, 감온 소자가 회전자에 제공되어 있는 경우라도, 감온 소자와 제 3 코일과 소자를 구비하고 있는 구성은 영구 자석의 온도에 관한 온도 정보를 적절 및 간이하게 출력한다.
상기 하나의 형태는 제 3 코일과 함께 LC 공진 회로를 구성하는 용량 성분을 구비하고 있어도 좋다.
용량 성분을 구비하고 있는 구성은 감온 소자의 전기 저항의 변화를 감도 좋게 파악한다.
상기 하나의 형태에서는, 제 3 코일은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체를 갖고 있어도 좋다.
제 3 코일이 상기 코일 도체를 갖고 있는 구성에서는, 제 1 코일과 제 3 코일이 근접 대향할 때에 제 1 코일과 제 3 코일의 자기적인 결합이 높아진다. 따라서, 본 구성은 영구 자석의 온도에 관한 온도 정보를 보다 한층 적절하게 출력한다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이며, 이러한 도면은 단지 예시의 방식으로 주어진 것이므로 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
본 발명의 추가 적용 범위는 이하의 주어진 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 정신과 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 이러한 상세한 설명으로부터 본 기술 분야의 당업자에게는 명백해질 것이기 때문에, 본 발명의 실시 예를 나타내는 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시의 방식으로 주어진다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 일 실시형태에 따른 회전 전기 기기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3의 (a), (b), 및 (c)는 각 소자 유닛의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 위치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 코일의 전압 진폭의 변화의 일례를 나타내는 선도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 코일의 전압 진폭을 나타내는 선도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 위치의 다른 일례를 나타내는 모식도이다.
도 9의 (a), (b), (c), 및 (d)는 코일의 전압 진폭의 변화의 다른 일례를 나타내는 선도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예가 상세히 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들은 동일한 참조 번호들로 표시되고 중복되는 설명은 생략된다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 실시형태에 따른 회전 전기 기기(MT)의 구성을 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 회전 전기 기기의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2의 (a) 및 (b)와 도 3의 (a), (b), 및 (c)는 각 소자 유닛의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 위치의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 구성을 나타내는 도면이다.
회전 전기 기기(MT)는 예를 들어, 모터이다. 모터는 예를 들어, IPM 모터 또는 SPM 모터를 포함한다. 회전 전기 기기(MT)는 고정자(10)와 회전자(20)를 갖고 있다. 회전자(20)는 고정자(10)의 내측에 위치하고 있다.
회전자(20)는, 샤프트(21)와, 회전자 코어(23)와, 복수의 영구 자석(25)을 포함하고 있다. 샤프트(21)는 원주 형상을 띠고 있다. 회전자 코어(23)는 원통형상을 띠고 있다. 회전자 코어(23)에는, 샤프트(21)가 끼워 넣어지는 축공(軸孔)이 형성되어 있다. 샤프트(21)와 회전자 코어(23)는 샤프트(21)의 중심축 주위에 일체적으로 회전한다. 각 영구 자석(25)은 그 연재(延在) 방향이 샤프트(21)의 중심축과 평행하게 되도록 회전자 코어(23)에 배치되어 있다. 각 영구 자석(25)의 연재 방향은 샤프트(21)의 중심축과 대략 평행하다. 샤프트(21)의 중심축은 회전자(20)의 회전 축선(RA)이다. 회전자(20)의 회전 축선(RA)이 연재하는 방향은 회전자(20)의 회전 축선 방향(DA)이다. 복수의 영구 자석(25)은 회전자(20)의 회전 축선(RA)에 관하여 균등한 각도 간격으로 배치되어 있다.
회전 전기 기기(MT)가 IPM 모터일 경우, 복수의 영구 자석(25)은 회전자 코어(23) 내에 배치된다. 회전 전기 기기(MT)가 SPM 모터인 경우, 복수의 영구 자석(25)은 회전자 코어(23)의 표면에 배치된다. 각 영구 자석(25)은 희토류계 영구 자석을 포함한다. 각 영구 자석(25)은 예를 들어, 네오디뮴계 소결 자석이다. 각 영구 자석(25)은 희토류계 영구 자석 이외의 소결 자석이라도 좋고, 소결 자석 이외의 자석이라도 좋다. 소결 자석 이외의 자석은 예를 들어, 본드 자석 또는 열간 가공 자석을 포함한다.
고정자(10)는, 원통 형상의 고정자 코어(도시하지 않음)와, 복수의 코일(11)을 포함하고 있다. 고정자 코어는 회전자(20)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 고정자(10)와 회전자(20) 사이에는 균일 폭의 에어 갭이 마련되어 있다. 고정자 코어는 복수의 코일(11)을 보유한다. 각 코일(11)은 고정자 코어의 내주측에 배치되어 있다. 복수의 코일(11)은 회전자(20)의 회전 축선(RA)에 관하여 균등한 각도 간격으로 배치되어 있다.
회전 전기 기기(MT)는 제어 회로(41)에 접속되어 있다. 제어 회로(41)는 전원(43)에 접속되어 있다. 제어 회로(41)는 전원(43)으로부터의 구동 전류를 조정하고, 각 코일(11)에 3상 교류 전류를 공급한다. 제어 회로(41)는 각 코일(11)에 공급되는 3상 교류 전류의 값을 제어한다. 제어 회로(41)는 예를 들어, 인버터 회로를 포함한다. 3상 교류 전류가 각 코일(11)에 공급됨으로써, 각 코일(11)은 회전자(20)를 회전시키는 회전 자계를 형성한다. 전원(43)은 예를 들어, 축전 디바이스(Electrical energy storage device)를 포함한다. 축전 디바이스는 예를 들어, 이차 전지 또는 커패시터를 포함한다.
회전 전기 기기(MT)에, 복수의 소자 유닛(E1, E2, E3, E4)이 배치되어 있다. 회전 전기 기기(MT)는 복수의 소자 유닛(E1, E2, E3, E4)을 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 4개의 소자 유닛(E1, E2, E3, E4)이 회전 전기 기기(MT)에 배치되어 있다.
소자 유닛(E1)은 도 2의 (a)에도 나타내는 바와 같이, 코일(51a)을 갖고 있다. 소자 유닛(E2)은 도 2의 (b)에도 나타내는 바와 같이, 코일(5lb)을 갖고 있다. 각 소자 유닛(E1, E2)은 제어 회로(41)에 접속되어 있다. 소자 유닛(E3)은 도 3의 (a)에도 나타내는 바와 같이, 코일(61a)을 갖고 있다. 소자 유닛(E4)은 도 3의 (b)에도 나타내는 바와 같이, 코일(6lb)을 갖고 있다.
소자 유닛(E1)의 코일(51a) 및 소자 유닛(E2)의 코일(5lb)은 도 4의 (a)에도 나타내는 바와 같이, 고정자(10)에 배치되어 있다. 각 코일(51a, 5lb)은 예를 들어, 고정자 코어에 배치되어 있다. 소자 유닛(E3)의 코일(61a) 및 소자 유닛(E4)의 코일(6lb)은 도 4(b)에도 나타내는 바와 같이, 회전자(20)에 배치되어 있다. 코일(51a, 5lb)과 코일(61a, 6lb)은, 회전자(20)가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자(10)와 회전자(20)에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a, 6lb)은, 회전자(20)가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 회전 축선 방향(DA)과 대략 평행한 방향에서 서로 근접 대향한다.
코일(51a)과 코일(5lb)은 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 회전자(20)의 회전 각도에서 소정의 제 1 각도만큼 서로 떨어지도록 위치하고 있다. 코일(61a)과 코일(6lb)은 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 회전자(20)의 회전 각도에서 소정의 제 2 각도만큼 서로 떨어지도록 위치하고 있다. 제 1 각도는 예를 들어, 약 90°(또는 약 270°)이고, 제 2 각도는 예를 들어, 약 180°이다. 각 코일(51a, 5lb, 61a, 6lb)은 회전 전기 기기(MT) 내에 배치되어 있다. 회전 전기 기기(MT)는 각 코일(51a, 5lb, 61a, 6lb)을 구비하고 있다.
코일(51a, 5lb)이 예를 들어, 제 1 코일을 구성하는 경우, 코일(61a)은 제 2 코일을 구성하고, 코일(6lb)은 제 3 코일을 구성한다. 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수는, 소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수와 다르다. 본 실시형태에서는, 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수는, 소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수보다 많다. 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수는 2개이며, 소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수는 1개이다. 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수가 예를 들어, 제 1의 수일 경우, 소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수는 제 2의 수이다.
소자 유닛(E1)은 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 교류 전원(52), 교류 전원(53), 저항 소자(54), 로우 패스 필터(55), 전압 모니터(56), 하이 패스 필터(57), 및 전압 모니터(58)도 갖고 있다. 소자 유닛(E2)은 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 교류 전원(53), 저항 소자(54), 로우 패스 필터(55), 및 전압 모니터(56)도 갖고 있다. 각 소자 유닛(E1, E2)은 제어 회로(41)에 접속되어 있다. 교류 전원(52), 교류 전원(53), 저항 소자(54), 로우 패스 필터(55), 전압 모니터(56), 하이 패스 필터(57), 및 전압 모니터(58)는, 회전 전기 기기(MT)의 외부에 배치되어 있다. 로우 패스 필터(55), 전압 모니터(56), 하이 패스 필터(57), 및 전압 모니터(58)는 예를 들어, 회전 전기 기기(MT) 내에 배치되어 있어도 좋다.
우선, 소자 유닛(E1)의 구성을 설명한다.
교류 전원(52)은 코일(51a)에 전기적으로 접속되어 있고, 소정의 제 1 주파수의 교류 신호(교류 전압)를 코일(51a)에 인가한다. 교류 전원(53)도 코일(51a)에 전기적으로 접속되어 있고, 소정의 제 2 주파수의 교류 신호(교류 전압)를 코일(51a)에 인가한다. 제 1 주파수와 제 2 주파수는 다르다. 본 실시형태에서는, 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 크다. 제 1 주파수는 예를 들어, 100kHz이다. 제 2 주파수는 예를 들어, 20kHz이다. 소자 유닛(E1)에서는, 제 1 주파수의 교류 신호와 제 2 주파수의 교류 신호가 중첩된다. 중첩된 제 1 주파수의 교류 신호와 제 2 주파수의 교류 신호가 코일(51a)에 인가된다. 제 1 및 제 2 주파수는 회전 전기 기기(MT)의 구동 주파수의 10 내지 200배이다.
전압 모니터(56)는 로우 패스 필터(55)을 통하여 코일(51a)에 전기적으로 접속되어 있다. 로우 패스 필터(55)는 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 통과시킨다. 전압 모니터(56)는, 코일(51a)이 유기하는 전압이 반영된 전압 신호 중, 로우 패스 필터(55)를 거친 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 모니터한다. 전압 모니터(56)는 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호에 따른 전기 신호를 제어 회로(41)에 출력한다. 소자 유닛(E1)에서는, 저항 소자(54)가 교류 전원(52, 53)과 코일(51a) 사이에 삽입되어 있다.
전압 모니터(58)는 하이 패스 필터(57)를 통하여 코일(51a)에 전기적으로 접속되어 있다. 하이 패스 필터(57)는 제 1 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 통과시킨다. 전압 모니터(58)는, 코일(51a)이 유기하는 전압이 반영된 전압 신호 중, 하이 패스 필터(57)를 거친 제 1 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압신호를 모니터한다. 전압 모니터(58)는 제 1 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호에 따른 전기 신호를 제어 회로(41)에 출력한다.
다음에, 소자 유닛(E2)의 구성을 설명한다.
교류 전원(53)은 코일(5lb)에 전기적으로 접속되어 있고, 소정의 제 2 주파수의 교류 신호(교류 전압)를 코일(5lb)에 인가한다. 상술한 바와 같이, 제 2 주파수는 예를 들어, 20kHz이다. 소자 유닛(E2)에서는, 제 2 주파수의 교류 신호가 코일(5lb)에 인가되고, 제 1 주파수의 교류 신호는 코일(5lb)에 인가되지 않는다. 소자 유닛(E2)에서는, 저항 소자(54)가 교류 전원(53)과 코일(5lb) 사이에 삽입되어 있다.
전압 모니터(56)는 로우 패스 필터(55)를 통하여 코일(5lb)에 전기적으로 접속되어 있다. 로우 패스 필터(55)는 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 통과시킨다. 전압 모니터(56)는, 코일(5lb)이 유기하는 전압이 반영된 전압 신호 중, 로우 패스 필터(55)를 거친 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 모니터 한다. 전압 모니터(56)는 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호에 따른 전기 신호를 제어 회로(41)에 출력한다.
다음에, 소자 유닛(E3)의 구성을 설명한다.
소자 유닛(E3)은 상술한 바와 같이, 코일(61a)을 갖고 있다. 코일(61a)의 양쪽 끝은 단락되어 있다.
다음에, 소자 유닛(E4)의 구성을 설명한다.
소자 유닛(E4)은 감온 소자(63)도 갖고 있다. 감온 소자(63)는 회전자(20)에 배치되어 있다. 감온 소자(63)는 복수의 영구 자석(25) 중 적어도 하나의 영구 자석(25)에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 감온 소자(63)는 하나의 영구 자석(25)에만 배치되어 있다. 감온 소자(63)는 영구 자석(25)과 접하도록 배치되어 있다. 감온 소자(63)는 영구 자석(25)의 근방에 배치되어 있어도 좋다. 이 경우, 감온 소자(63)는 영구 자석(25)과 이간되어 있어도 좋다. 감온 소자(63)는 영구 자석(25)의 온도에 따라서 전기 저항이 변화된다. 감온 소자(63)는 영구 자석(25)의 온도가 상승함에 따라서 전기 저항이 감소한다. 감온 소자(63)는 예를 들어, 서미스터를 포함한다. 감온 소자(63)는 예를 들어, NTC 서미스터를 포함한다. 코일(6lb)이 감온 소자(63)와 전기적으로 접속되어 있다. 코일(6lb)의 양쪽 끝은 감온 소자(63)의 양쪽 끝에 전기적으로 접속되어 있다.
코일(51a, 5lb, 61a, 6lb)은 도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 자성체 기판(MS)과, 코일 도체(CC)를 갖고 있다. 도 5의 (a)는 코일의 평면도이며, 도 5의 (b)는 코일의 단면 구성을 나타내는 도면이다.
자성체 기판(MS)은 자성체로 이루어진 판상의 부재이다. 자성체 기판(MS)은 예를 들어, 페라이트로 이루어진다. 자성체 기판(MS)의 평면 형상은 원형상이라도 좋고, 다각형상이라도 좋다. 코일 도체(CC)는 자성체 기판(MS) 위에 배치되어 있다. 코일 도체(CC)는 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있다. 즉, 코일 도체(CC)는 자성체 기판(MS) 위에서 스파이럴 형상으로 권회되어 있다. 본 실시형태에서는, 코일 도체(CC)는 2층으로 권회되어 있다. 코일 도체(CC)는 예를 들어, 일층째에서 외측에서 내측으로 권회된 후, 2층째에서 내측에서 외측으로 권회되어 있다. 코일 도체(CC)는 예를 들어, 절연 피복된 도선으로 이루어진다. 코일 도체(CC)는 원형 루프 형상으로 권회되어 있어도 좋고, 다각형 루프 형상으로 권회되어 있어도 좋다.
각 코일(51a, 5lb)은, 코일 축선(CA)이 회전자(20)의 회전 축선 방향(DA)을 따르도록 고정자(10)에 배치되어 있다. 각 코일(51a, 5lb)은, 자성체 기판(MS)이 고정자(10)와 코일 도체(CC) 사이에 위치하도록 고정자(10)에 배치되어 있다. 각 코일(61a, 6lb)은, 코일 축선(CA)이 회전자(20)의 회전 축선 방향(DA)을 따르도록 회전자(20)에 배치되어 있다. 각 코일(61a, 6lb)은, 자성체 기판(MS)이 회전자(20)와 코일 도체(CC) 사이에 위치하도록 회전자(20)에 배치되어 있다. 자성체 기판(MS)은 각 코일(51a, 5lb, 61a, 6lb)의 근방에 위치하고 있는 금속 부품의 영향을 저감한다.
코일(51a, 5lb)과 코일(61a, 6lb)이 서로 근접 대향할 때에, 반드시, 대응하는 코일 도체(CC)의 전체가 회전 축선 방향(DA)에서 대향하고 있을 필요는 없다. 즉, 회전 축선 방향(DA)으로부터 보아, 대응하는 코일 도체(CC)끼리의 전체가 겹칠 필요는 없다. 예를 들어, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a, 6lb)이 서로 근접 대향할 때에, 대응하는 코일 도체(CC)의 일부가 회전 축선 방향(DA)으로부터 보아, 겹치고 있으면 좋다.
소자 유닛(E1)의 코일(51a)에는, 교류 전원(52, 53)으로부터 인가되는 교류 전압에 대응하는 자속이 발생한다. 소자 유닛(E2)의 코일(5lb)에는, 교류 전원(53)으로부터 인가되는 교류 전압에 대응하는 자속이 발생한다.
회전자(20)가 회전하여 코일(51a)과 코일(61a)이 근접 대향하면, 코일(51a)에 발생하는 자속이 코일(61a)을 통과한다. 코일(51a)에 발생하는 자속이 코일(61a)을 통과하면, 코일(61a)에는 코일(61a)을 통과하는 자속에 대응한 전력이 발생한다. 즉, 코일(51a)은 코일(61a)을 여기하여 코일(61a)에 전력을 공급한다.
회전자(20)가 회전하여 코일(5lb)과 코일(61a)이 근접 대향하면, 코일(5lb)에 발생하는 자속이 코일(61a)을 통과한다. 코일(5lb)에 발생하는 자속이 코일(61a)을 통과하면, 코일(61a)에는 코일(61a)을 통과하는 자속에 대응한 전력이 발생한다. 즉, 코일(5lb)은 코일(61a)을 여기하여 코일(61a)에 전력을 공급한다.
코일(61a)의 양쪽 단이 단락되어 있으므로, 코일(61a)이 코일(51a)에 근접 대향하면, 코일(51a)에 발생하는 자속이 변화된다. 이 때문에, 코일(51a)에 발생하는 전압이 변화된다. 즉, 코일(51a)은 코일(61a)과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기한다. 코일(61a)이 코일(51a)에 근접 대향하면, 코일(51a)에 발생하는 전압이 감소한다. 코일(61a)이 코일(51a)에서 떨어지면, 코일(51a)에 발생하는 전압이 증가한다.
코일(61a)이 코일(5lb)에 근접 대향하면, 코일(5lb)에 발생하는 자속이 변화된다. 이 때문에, 코일(5lb)에 발생하는 전압이 변화된다. 즉, 코일(5lb)은 코일(61a)과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기한다. 코일(61a)이 코일(5lb)에 근접 대향하면, 코일(5lb)에 발생하는 전압이 감소한다. 코일(61a)이 코일(5lb)에서 떨어지면, 코일(51a)에 발생하는 전압이 증가한다.
도 6의 (a) 및 (b)에, 각 코일(51a, 5lb)의 전압 진폭의 변화의 일례를 나타낸다. 도 6의 (a)는 소자 유닛(E1)의 코일(51a)에서의 전압 진폭의 변화를 나타내는 선도이다. 도 6의 (b)는 소자 유닛(E2)의 코일(5lb)에서의 전압 진폭의 변화를 나타내는 선도이다.
각 코일(51a, 5lb)에서의 전압 진폭은 상술한 바와 같이, 각 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)의 상대 위치에 따라서 변화된다. 전압 진폭이 감소할 때가, 각 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)이 근접 대향할 때이다. 코일(51a)에서의 전압 진폭의 변화의 위상과 코일(5lb)에서의 전압 진폭의 변화의 위상의 차는, 상기 제 1 각도에 대략 대응한다. 도 6의 (a) 및 (b)에서는, 각 전압 진폭의 포락선이 파선으로 나타나 있다.
각 소자 유닛(E1, E2)에 있어서, 전압 모니터(56)는 로우 패스 필터(55)를 통해서 입력되는 전압 신호를 모니터한다. 즉, 전압 모니터(56)는 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 모니터한다. 이 전압 신호는, 대응하는코일(51a, 5lb)이 유기하는 전압이 반영된 신호이다. 전압 모니터(56)가 모니터하는 전압의 변화는, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)의 상대 위치의 변화, 즉, 회전자(20)의 회전 각도 위치의 변화와 대응한다. 따라서, 전압 모니터(56)로부터 출력되는 전기 신호, 즉, 전압 모니터(56)의 출력 신호는 회전자(20)의 회전 각도 위치에 관한 위치 정보를 포함한다. 각 소자 유닛(E1, E2)은, 대응하는 코일(51a, 5lb)이 유기하는 전압이 반영된 전압 신호 중, 제 2 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호에 대응하는 전기 신호를 상기 위치 정보로서 출력한다.
각 전압 모니터(56)로부터 출력되는 전기신호는 제어 회로(41)에 입력된다. 제어 회로(41)는, 각 전압 모니터(56)로부터 출력되는 전기 신호에 기초하여 회전자(20)의 회전 상태를 산출한다. 회전자(20)의 회전 상태는 예를 들어, 회전자(20)의 회전 방향 및 회전자(20)의 회전 각도 위치를 포함한다. 회전자(20)의 회전 방향은 예를 들어, 코일(51a)에서의 전압 진폭의 변화의 위상에 대한 코일(5lb)에서의 전압 진폭의 변화의 위상의 지연 및 앞섬에 기초하여 산출된다. 회전자(20)의 회전 각도 위치는, 각 코일(51a, 5lb)에서의 전압 진폭의 변화, 즉, 각 코일(51a, 5lb)에서의 전압 진폭이 저하되는 타이밍에 기초하여 산출된다.
소자 유닛(E1)의 코일(51a)에는, 교류 전원(52, 53)으로부터 인가되는 교류 전압에 대응하는 자속이 발생한다. 회전자(20)가 회전하여, 소자 유닛(E1)의 코일(51a)과 소자 유닛(E4)의 코일(6lb)이 근접 대향하면, 코일(51a)에 발생하는 자속이 코일(6lb)을 통과한다. 코일(51a)에 발생하는 자속이 코일(6lb)을 통과하면, 코일(6lb)에는, 코일(6lb)을 통과하는 자속에 대응한 전력이 발생한다. 즉, 코일(51a)은 코일(6lb)을 여기하여 코일(6lb)에 전력을 공급한다.
감온 소자(63)의 전기 저항이 영구 자석(25)의 온도에 따라서 변화된다. 감온 소자(63)의 전기 저항의 변화에 따라서, 코일(51a)에 발생하는 자속이 변화된다. 이 때문에, 코일(51a)에 발생하는 전압이 변화된다. 즉, 코일(51a)은, 코일(6lb)이 근접 대향함으로써 전압을 유기한다. 영구 자석(25)의 온도가 상승하고 감온 소자(63)의 전기 저항이 감소하면, 코일(51a)에 발생하는 전압이 감소한다. 영구 자석(25)의 온도가 하강하고 감온 소자(63)의 전기 저항이 증가하면, 코일(51a)에 발생하는 전압이 증가한다.
도 7의 (a) 및 (b)에, 코일(51a)의 전압 진폭의 일례를 나타낸다. 도 7의 (a)는 영구 자석(25)의 온도가 낮을 경우에서의 코일(51a)의 전압 진폭을 나타내는 선도이다. 도 7의 (b)는 영구 자석(25)의 온도가 높은 경우에서의 코일(51a)의 전압 진폭을 나타내는 선도이다.
코일(51a)에서의 전압 진폭은 상술한 바와 같이, 영구 자석(25)의 온도에 따라서 변화된다. 영구 자석(25)의 온도가 낮을 경우, 영구 자석(25)의 온도가 높을 경우에 비해 코일(51a)에서의 전압 진폭이 크다.
전압 모니터(58)는 하이 패스 필터(57)를 통해서 입력되는 전압 신호를 모니터한다. 즉, 전압 모니터(58)는 제 1 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호를 모니터한다. 이 전압 신호는 코일(51a)이 유기하는 전압이 반영된 신호다. 전압 모니터(58)는 소자 유닛(E1)의 코일(51a)이 유기하는 전압에 대응하는 전기 신호를 출력하는 소자이다.
전압 모니터(58)가 모니터하는 전압의 변화는, 감온 소자(63)의 전기 저항의 변화, 즉, 영구 자석(25)의 온도의 변화와 대응한다. 따라서, 전압 모니터(58)로부터 출력되는 전기 신호, 즉, 전압 모니터(58)의 출력 신호는 영구 자석(25)의 온도에 관한 온도 정보를 포함한다. 소자 유닛(E1)은, 코일(51a)이 유기하는 전압이 반영된 전압 신호 중, 제 1 주파수를 포함하는 소정 주파수 대역의 전압 신호에 대응하는 전기 신호를 상기 온도 정보로서 출력한다. 결과적으로, 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E4) 사이에서, 영구 자석(25)의 온도에 관한 정보가 무선으로 전달된다.
전압 모니터(58)로부터 출력되는 전기 신호는 제어 회로(41)에 입력된다. 제어 회로(41)는 전압 모니터(58)로부터 출력되는 전기 신호에 기초하여 회전 전기 기기(MT)의 구동 상태를 제어한다. 예를 들어, 제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 구동 상태를 이하와 같이 제어한다. 제어 회로(41)는 전압 모니터(58)로부터 출력된 전기 신호가 영구 자석(25)의 온도가 소정의 제 1 임계값까지 상승한 것을 나타내고 있다고 판단한 경우, 제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 회전 속도를 제한하도록 공급 전력을 제어한다. 제어 회로(41)는 전압 모니터(58)로부터 출력된 전기 신호가 영구 자석(25)의 온도가 소정의 제 2 임계값까지 하강한 것을 나타내고 있다고 판단한 경우, 제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 회전 속도의 제한을 해제하도록 공급 전력을 제어한다. 이 경우, 제 2 임계값은 예를 들어, 제 1 임계값보다 작다.
제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 구동 상태를 이하와 같이 제어해도 좋다. 즉, 제어 회로(41)는 예를 들어, 회전 전기 기기(MT)에 입력하는 구동 주파수를 제어해도 좋다. 제어 회로(41)는 전압 모니터(58)로부터 출력된 전기 신호가 영구 자석(25)의 온도가 소정의 제 1 임계값까지 상승한 것을 나타내고 있다고 판단한 경우, 제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 회전 속도를 제한하도록 구동 주파수를 내리도록 제어한다. 제어 회로(41)는 전압 모니터(58)로부터 출력된 전기 신호가 영구 자석(25)의 온도가 소정의 제 2 임계값까지 하강한 것을 나타내고 있다고 판단한 경우, 제어 회로(41)는 회전 전기 기기(MT)의 회전 속도의 제한을 해제하도록 구동 주파수를 올리도록 제어한다. 이 경우도, 제 2 임계값은 예를 들어, 제 1 임계값보다 작다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수는 소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수와 다르다. 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)이, 회전자(20)가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자(10)와 회전자(20)에 배치되어 있다. 코일(51a, 5lb)은 코일(61a)과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기한다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 코일(51a, 5lb)의 전압을 검출함으로써 회전자(20)의 회전 각도 위치가 검출 가능하다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 각 소자 유닛(E1, E2)의 코일(51a, 5lb)과 소자 유닛(E3)의 코일(61a)이 회전자(20)의 회전 각도 위치의 검출에 기여한다.
코일(51a, 5lb)과 코일(61a)은, 코일 축선(CA)이 회전자(20)의 회전 축선 방향(DA)을 따르고, 또한, 회전자(20)가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 고정자(10)와 회전자(20)에 배치되어 있다. 따라서, 회전 전기 기기(MT)는 대형화되기 어렵다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체(CC)를 각각 갖고 있다.
따라서, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)이 근접 대향할 때에, 코일(51a, 5lb)과 코일(61a)의 자기적인 결합이 높아진다. 이 결과, 회전 전기 기기(MT)는 회전자(20)의 회전 각도 위치의 검출 정밀도를 향상시킨다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 소자 유닛(E4)은 코일(6lb)과 감온 소자(63)를 갖고 있다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 코일(51a)과 코일(6lb)이 근접 대향함으로써 코일(51a)이 코일(6lb)을 여기하므로, 코일(6lb)에 전력이 공급된다. 코일(6lb)에 전기적으로 접속된 감온 소자(63)의 전기 저항이 영구 자석(25)의 온도에 따라서 변화된다. 감온 소자(63)의 전기 저항의 변화에 따라서, 코일(51a)에 발생하는 전압이 변화된다. 전압 모니터(58)는 코일(51a)이 유기하는 전압에 대응하는 전기신호를 출력한다. 따라서, 전압 모니터(58)로부터 출력되는 전기 신호는 영구 자석(25)의 온도에 따라서 변화된다. 이 결과, 감온 소자(63)가 회전자(20)에 배치되어 있는 경우라도, 회전 전기 기기(MT)는 영구 자석(25)의 온도에 관한 온도 정보를 적절 및 간이하게 출력한다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 소자 유닛(E1)의 코일(51a)과 소자 유닛(E4)의 코일(6lb)은 영구 자석(25)의 온도의 검출에 기여한다.
회전 전기 기기(MT)에서는, 코일(6lb)도 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체(CC)를 갖고 있다.
따라서, 코일(51a)과 코일(6lb)이 근접 대향할 때에, 코일(51a)과 코일(6lb)의 자기적인 결합이 높아진다. 이 결과, 회전 전기 기기(MT)는 영구 자석(25)의 온도에 관한 온도 정보를 보다 한층 적절하게 출력한다.
소자 유닛(E4)은 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 용량 성분(65)을 포함하고 있어도 좋다. 용량 성분(65)은 회전자(20)에 배치되어 있다. 코일(6lb)과 용량 성분(65)은 LC 공진 회로를 구성한다. 용량 성분(65)은 예를 들어, 코일(6lb)에 병렬 접속되도록 삽입된다. 용량 성분(65)은 콘덴서 등의 전자 부품으로 구성되어 있어도 좋고, 코일(6lb)이 갖는 기생 용량으로 구성되어 있어도 좋다.
소자 유닛(E4)이 용량 성분(65)을 포함하고 있는 구성은, 감온 소자(63)의 변화를 보다 한층 감도 좋게 파악한다.
이상, 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시 예 및 변형 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 형태로 변경 가능하다.
회전 전기 기기(MT)는 소자 유닛(E4)을 구비하고 있지 않아도 좋다. 이 경우, 소자 유닛(E1)은, 교류 전원(52), 하이 패스 필터(57), 및 전압 모니터(58)를 갖고 있지 않아도 좋다. 회전 전기 기기(MT)가 소자 유닛(E4)을 구비하고 있지 않은 경우라도, 회전 전기 기기(MT)에서는 회전자(20)의 회전 각도 위치가 검출 가능하다.
소자 유닛(E2)의 수는 복수라도 좋다. 이 경우, 도 8의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 코일(5lb)이 고정자(10)에 배치된다. 도 8의 (a) 및 (b)는 각 소자 유닛이 갖고 있는 코일의 위치의 다른 일례를 나타내는 모식도이다.
도 8의 (a)에 나타나 있는 구성에서는, 1개의 소자 유닛(E1)과 3개의 소자 유닛(E2)이 회전 전기 기기(MT)에 배치되어 있다. 회전 전기 기기(MT)는 1개의 코일(51a)과 3개의 코일(5lb)을 구비하고 있다. 이 경우라도, 회전 전기 기기(MT)는 도 8의 (b)에 나타나 있는 바와 같이, 1개의 코일(61a)과, 1개의 코일(6lb)을 구비하고 있다.
소자 유닛(E2)의 수는 3개로 한정되지 않는다. 각 코일(51a, 5lb)은 회전자(20)의 회전 각도에서 소정의 제 3 각도마다에 위치하고 있다. 도 8의 (a)에 나타나 있는 구성에서는, 제 3 각도는 약 90°이다. 복수의 코일(51a, 5lb)은 대략 등각도 간격으로 고정자(10)에 제공되어 있다.
도 9의 (a), (b), (c), 및 (d)에, 각 코일(51a, 5lb)의 전압 진폭의 변화의 다른 일례를 나타낸다. 도 9의 (a)는 소자 유닛(E1)의 코일(51a)에서의 전압 진폭의 변화로 나타내는 선도이다. 도 9의 (b) 내지 도 9의 (d)는 소자 유닛(E2)의 코일(5lb)에서의 전압 진폭의 변화를 나타내는 선도이다. 도 9의 (a), (b), (c), 및 (d)에서도, 각 전압 진폭의 포락선이 파선으로 나타나 있다.
회전자(20)의 회전 각도 위치는 상술한 바와 같이, 각 코일(51a, 5lb)에서의 전압 진폭이 저하되는 타이밍에 기초하여 산출된다. 이 때문에, 소자 유닛(E2)의 수가 증가함에 따라, 회전자(20)의 회전 각도 위치의 검출 정밀도가 향상된다.
소자 유닛(E3)이 갖고 있는 코일(61a)의 수는 소자 유닛(E1)과 소자 유닛(E2)이 갖고 있는 코일(51a, 5lb)의 수보다 많아도 좋다. 이 경우라도, 회전 전기 기기(MT)에서는, 회전자(20)의 회전 각도 위치가 검출 가능하며, 또한, 대형화가 억제되어 있다.

Claims (7)

  1. 회전 전기 기기(Rotating electric machine)로서,
    고정자와,
    영구 자석이 배치되어 있는 회전자와,
    코일 축선이 상기 회전자의 회전 축선 방향을 따르도록 상기 고정자에 배치되어 있는, 제 1의 수의 제 1 코일과,
    코일 축선이 상기 회전자의 상기 회전 축선 방향을 따르도록 상기 회전자에 배치되어 있는, 상기 제 1의 수와 다른 제 2의 수의 제 2 코일을 구비하고,
    상기 제 1 코일과 상기 제 2 코일은 상기 회전자가 소정의 회전 각도 위치에 있을 때에 서로 근접 대향하도록 각각 상기 고정자와 상기 회전자에 배치되어 있고,
    상기 제 1 코일은 상기 제 2 코일과의 상대 위치에 따라서 전압을 유기하도록 구성되어 있고,
    상기 회전자에 배치되어 있고, 상기 영구 자석의 온도에 따라서 전기 저항이 변화되도록 구성되어 있는 감온 소자와,
    상기 회전자에 배치되어 있고, 상기 감온 소자와 전기적으로 접속되어 있는 제 3 코일과,
    상기 제 1 코일이 유기하는 전압에 대응하는 전기 신호를 출력하도록 구성되어 있는 소자를 더 구비하고 있는, 회전 전기 기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코일은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체를 각각 갖고 있는, 회전 전기 기기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 코일과 함께 LC 공진 회로를 구성하는 용량 성분을 더 구비하고 있는, 회전 전기 기기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 코일은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체를 갖고 있는, 회전 전기 기기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 코일은 평면시에서 스파이럴 형상을 띠고 있는 코일 도체를 갖고 있는, 회전 전기 기기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 코일의 양단은 상기 감온 소자의 양단에 전기적으로 접속되어 있는, 회전 전기 기기.
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