DE112020006778T5

DE112020006778T5 - Rotierende elektrische maschine und system mit rotierender elektrischer maschine

Info

Publication number: DE112020006778T5
Application number: DE112020006778.5T
Authority: DE
Inventors: Taiga Komatsu; Yuki Hidaka; Hideaki Arita; Kenji Kato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2023-01-19
Also published as: WO2021166177A1; JPWO2021166177A1; JP6841384B1; US20230032445A1; CN115088165A

Abstract

Aufgabe ist es, die Schätzgenauigkeit des inneren Verteilungszustands einer rotierenden elektrischen Maschine zu verbessern. Die rotierende elektrische Maschine weist Folgendes auf: einen Stator (2); einen Rotor (3), der drehbar an einer radial inneren Seite des Stators (2) angebracht ist; eine Welle (5), die als Drehwelle des Rotors (3) ausgebildet ist; eine Lagerschale (8, 9), die die Welle (5) mittels eines Lagers (6, 7) relativ zu dem Stator (2) drehbar hält; und einen Sensor (10), der zwischen dem Rotor (3) und dem Lager (6, 7) an der Welle (5) angebracht ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine mit einem Sensor an einer Welle.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist eine Konfiguration bekannt, bei der ein inneres Loch entlang der Achse einer Rotorwelle ausgebildet ist, ein Sensor zur Detektion anormaler Geräusche und ein Sender in dem inneren Loch angeordnet sind und ein Signal an eine Sendeantenne gesendet wird, die an der Rotorwelle angeordnet ist (z. B. Patentdokument 1).
Ferner ist eine Konfiguration bekannt, bei der ein Torsionsdetektor in einer hohlen Abtriebswelle angeordnet ist und ein wendelförmig gebildeter Zuleitungsdraht mit dem Torsionsdetektor verbunden ist und durch eine hohle Antriebswelle geführt wird (siehe z. B. Patentdokument 2).
Literaturverzeichnis
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 54-104 501
Patentdokument 2: Japanische Gebrauchsmusteranmeldungs-Offenlegungsschrift JP 60-096 981

Kurzdarstellung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Dabei ist in den vorstehend genannten rotierenden elektrischen Maschinen ein Sensor in einem Hohlraum einer Hohlwelle angeordnet. Dessen Befestigung ist deshalb nicht einfach, und es besteht somit das Problem, dass sich die Schätzgenauigkeit für den inneren Verteilungszustand verringert.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das vorstehend genannte Problem zu lösen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, die mit einer einfachen Konfiguration eine Verbesserung der Schätzgenauigkeit für den inneren Verteilungszustand eines Motors ermöglicht.
Lösung der Probleme
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Stator; einen Rotor, der drehbar an einer radial inneren Seite des Stators angeordnet ist; eine Welle, die als Drehwelle des Rotors ausgebildet ist; eine Lagerschale, die die Welle mittels eines Lagers relativ zu dem Stator drehbar hält; und einen Sensor, der zwischen dem Rotor und dem Lager an der Welle angebracht ist.
Wirkung der Erfindung
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht mit einer einfachen Konfiguration eine Verbesserung der Schätzgenauigkeit für den inneren Verteilungszustand der rotierenden elektrischen Maschine.
Figurenliste
Die Zeichnungen zeigen in:

1 eine vertikale Schnittansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ein schematisches Diagramm, das ein System zeigt, das die rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
3 ein schematisches Diagramm eines Sensors und einer Sendeeinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 eine vertikale Schnittansicht, die die rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 eine vertikale Schnittansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 eine perspektivische Ansicht, wenn ein Teil einer Welle einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeschnitten ist.
7 eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation zeigt, wenn ein Teil einer Welle der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeschnitten ist.
8 eine Schnittansicht entlang einer Richtung rechtwinklig zur axialen Richtung einer Welle einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
9 ein schematisches Diagramm eines Systems mit rotierender elektrischer Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
10 ein Hardware-Konfigurationsdiagramm des Systems mit rotierender elektrischer Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
11 ein Steuerablaufdiagramm gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
12 eine Wellenform eines angelegten Stroms gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
13 eine vertikale Schnittansicht, die eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Es wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine vertikale Schnittansicht, die die rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Richtung parallel zur Achse der Drehwelle wird als Drehwellenrichtung oder axiale Richtung definiert, und die Achse der Drehwelle wird als Mittelachse definiert. Eine Richtung rechtwinklig zur Achse der Drehwelle wird als radiale Richtung definiert. Eine äußere Seite in der radialen Richtung wird als radial äußere Richtung oder radial äußere Seite definiert, und eine innere Seite in der radialen Richtung wird als radial innere Richtung oder radial innere Seite definiert. Eine Drehrichtung um die Drehwelle herum wird als Umfangsrichtung oder Drehrichtung definiert, und eine der Drehrichtung entgegengesetzte Richtung wird als Gegendrehrichtung definiert.
Eine rotierende elektrische Maschine 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf einen zylindrischen Rahmen 1, einen Stator 2, der in den Rahmen 1 eingesetzt ist und darin gehalten wird, und einen Rotor 3, der drehbar an der radial inneren Seite des Stators 2 so angeordnet ist, dass er mittels eines Spalts, der als Magnetspalt dient, von dem Stator 2 beabstandet ist. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind koaxial zueinander angeordnet.
Der Stator 2 weist einen Statorkern 21 und eine Statorspule 4 auf. Der Statorkern 21 ist aus einem magnetischen Material, wie z. B. einem elektromagnetischen Stahlblech oder einem Pulverkern gebildet. Die Statorspule 4 ist mittels einer Komponente, wie z. B. eines Spulenträgers oder Isolierpapiers (nicht gezeigt) an dem Statorkern 21 befestigt.
Der Rotor 3 weist einen Rotorkern 31 auf. Wie der Statorkern 21 ist der Rotorkern 31 aus einem magnetischen Material, wie z. B. einem elektromagnetischen Stahlblech oder einem Pulverkern gebildet. Der Rotorkern 31 ist z. B. durch Presspassung, Schrumpfpassung oder Formschluss an der Welle 5 befestigt. Das heißt, die Welle 5 ist als Drehwelle des Rotors 3 ausgebildet. Dadurch kann Antriebskraft zwischen dem Rotorkern 31 und der Welle 5 übertragen werden.
Der Rahmen 1 ist an den in axialer Richtung äußeren Seiten des Stators 2 und des Rotors 3 mit einer ersten Lagerschale 8 und einer zweiten Lagerschale 9 versehen, die beide Enden in axialer Richtung des Rahmens 1 abschließen. Die erste Lagerschale 8 hat ein erstes Lager 6, und die zweite Lagerschale 9 hat ein zweites Lager 7. Die erste Lagerschale 8 hält die Welle 5 mittels des ersten Lagers 6 drehbar. Die zweite Lagerschale 9 hält die Welle 5 mittels des zweiten Lagers 7 drehbar.
Dabei wird eine Seite nahe dem axialen Ende der Welle 5, wo die Antriebskraft in axialer Richtung der Welle 5 übertragen wird, als Lastseite definiert und die gegenüberliegende Seite als Gegenlastseite definiert. In diesem Fall befindet sich die erste Lagerschale 8 auf der Lastseite, und es befindet sich die zweite Lagerschale 9 auf der Gegenlastseite. Es sei angemerkt, dass beide Seiten Lastseiten sein können. Wenn beide Seiten Lastseiten sind, wird der Einfachheit halber eine Seite als Lastseite und die andere Seite als Gegenlastseite definiert.
Die Welle 5 ist massiv ausgebildet und weist an ihrer radial äußeren Oberfläche einen Sensor 10 und eine Sendeeinheit 12 auf. Ein Wellenteil von der Welle 5, an dem der Sensor 10 angebracht ist, befindet sich in einem Raum, der von dem Rahmen 1, der ersten Lagerschale 8 und der zweiten Lagerschale 9 umgeben ist. Genauer gesagt, es ist der Sensor 10 zwischen dem Rotorkern 31 und dem ersten Lager 6 an der Welle 5 angebracht. Die Welle 5 ist ab der Position, an der der Sensor 10 angebracht ist, in einer Richtung zur Achse der Welle 5 hin massiv ausgebildet.
Der Sensor 10 und die Sendeeinheit 12 sind elektrisch miteinander verbunden. Somit wird von dem Sensor 10 detektierte Information an die Sendeeinheit 12 geschickt. Als Sensor 10 wird z. B. ein Thermoelement verwendet, das ein Temperatursensor zur Messung einer Temperatur ist. Der Sensor 10 erzeugt durch den Seebeck-Effekt elektrische Spannung entsprechend der Temperatur des Teils, an dem der Sensor 10 angebracht ist. Somit kann die Temperatur der Welle 5 gemessen werden. Das heißt, es kann eine Temperatur gemessen werden, die von dem Stator 2, dem Rotor 3 und dergleichen auf die Welle 5 übertragen wird.
Nachstehend wird der Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine 100 beschrieben. 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein System zeigt, das die rotierende elektrische Maschine 100 beinhaltet.
Wie in 2 gezeigt, weist das System, das die rotierende elektrische Maschine 100 beinhaltet, die rotierende elektrische Maschine 100, eine Gleichstromversorgung 40 und einen Wechselrichter 50 auf.
Die Gleichstromversorgung 40 und der Wechselrichter 50 sind elektrisch miteinander verbunden und dem Wechselrichter 50 wird elektrische Energie von der Gleichstromversorgung 40 zugeführt. Der Wechselrichter 50 und die Statorspule 4 der rotierenden elektrischen Maschine 100 sind elektrisch miteinander verbunden, und von dem Wechselrichter 50 wird Strom an die Statorspule 4 angelegt. Insbesondere erfährt ein Schaltelement 501, das der Wechselrichter 50 aufweist, eine Schaltsteuerung, so dass der erwünschte Strom an die Statorspule 4 angelegt wird. Der der rotierenden elektrischen Maschine 100 von dem Wechselrichter 50 zugeführte Strom hängt vom Typ der rotierenden elektrischen Maschine 100 ab, z. B. wird für einen Drehstrommotor Wechselstrom zugeführt oder für einen Gleichstrommotor Gleichstrom zugeführt.
Wenn Strom an die Statorspule 4 der rotierenden elektrischen Maschine 100 angelegt wird, wird ein Drehmagnetfeld in der rotierenden elektrischen Maschine 100 erzeugt. Der Rotor 3 ist dem Drehmagnetfeld ausgesetzt, so dass ein Drehmoment erzeugt wird. Das Drehmoment wird auf die Welle 5 übertragen, so dass Antriebskraft von dem axialen Ende der Welle 5 nach außen übertragen werden kann.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 100 durch das Anlegen von Strom an die Statorspule 4 betrieben wird, wie vorstehend beschrieben, treten in der Statorspule 4 Verluste auf, die als Kupferverluste bezeichnet werden. Ferner treten in dem Statorkern 21 und dem Rotorkern 31, die aus einem magnetischen Material gebildet sind, Magnetflussänderungen auf. Durch die Magnetflussänderungen werden dann Wirbelströme verursacht. Folglich treten Verluste in dem Statorkern 21 und in dem Rotorkern 31 auf. Aufgrund der Hysterese der magnetischen Eigenschaften des magnetischen Materials werden durch die Magnetflussänderung ferner Hystereseverluste bewirkt.
Diese Verluste bewirken einen Temperaturanstieg an Teilen innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100. Wenn die Temperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 höher wird als in einem Ausgangszustand, z. B. vor dem Anlegen von Strom, wird das Ausmaß des Temperaturanstiegs während des Betriebs groß. Deshalb ist es, wenn ein Schutz für Komponenten innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100 erforderlich ist, z. B. notwendig, die Menge der Energiezufuhr zu der rotierenden elektrischen Maschine 100 zu reduzieren oder die Energiezufuhr zu stoppen.
In der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung wird Information über den Temperaturanstieg innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100, wie vorstehend beschrieben, von dem Sensor 10 gemessen und dann mittels der Sendeeinheit 12 ausgegeben. Eine genaue Beschreibung erfolgt mit Bezugnahme auf 3. 3 ist ein schematisches Diagramm des Sensors und der Sendeeinheit gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie vorstehend beschrieben, sind der Sensor 10 und die Sendeeinheit 12 an einer Position zwischen dem ersten Lager 6 und dem Rotorkern 31 an der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 angebracht.
Wie in 3 gezeigt, weist die Sendeeinheit 12 eine Verstärkungsschaltungseinheit 121, eine A/D-Wandlerschaltungseinheit 122 und eine Sendeschaltungseinheit 123 auf. Ein von dem Sensor 10 detektiertes Signal wird von der Verstärkungsschaltungseinheit 121 verstärkt. Das von der Verstärkungsschaltungseinheit 121 verstärkte Signal wird von der A/D-Wandlerschaltungseinheit 122 von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgewandelt. Das von der A/D-Wandlerschaltungseinheit 122 umgewandelte digitale Signal wird von der Sendeschaltungseinheit 123 an eine Empfangseinheit (nicht gezeigt) gesendet.
Das Senden von der Sendeschaltungseinheit 123 an die Empfangseinheit wird über drahtlose Kommunikation, wie z. B. Wi-Fi (eingetragene Marke) oder Bluetooth (eingetragene Marke) durchgeführt. Das digitale Signal, das, wie vorstehend beschrieben, von der Empfangseinheit empfangen wird, wird zur Ableitung der Innentemperaturverteilung der rotierenden elektrischen Maschine 100 verwendet, z. B. durch ein thermisches Netzwerkmodell.
Im Fall des Bildens eines thermischen Netzwerkmodells der rotierenden elektrischen Maschine 100 wird im Allgemeinen ein Modell gebildet, das aus Teilen wie dem Stator 2 und dem Rotor 3 gebildet ist, wo Verluste innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100 auftreten. Im Fall des Schätzens der Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 unter Verwendung von Temperaturinformation um den Rotorkern 31 herum ist es wünschenswert, die Temperaturinformation des Rotorkerns 31 genauer zu erfassen, da dies zur Genauigkeit der Schätzung beiträgt.
Ferner ist es im Fall des Erfassens von Temperaturinformation um den Rotorkern 31 herum und des Verwendens des gebildeten thermischen Netzwerkmodells wünschenswert, Temperaturinformation an einer geeigneten Position zu erfassen, die den Weg der Wärmeübertragung von dem Rotorkern 31 auf einen anderen Teil sowie die Wärmeabgabe über die Luft oder dergleichen berücksichtigt.
Herkömmlicherweise wurde in keinem Fall ein Temperatursensor an einem hohlen Teil einer Hohlwelle angeordnet. In den vorstehend genannten Dokumenten der herkömmlichen Technik ist ein Sensor an einem hohlen Teil einer Hohlwelle angebracht, und es wird nicht angenommen, dass von dem Sensor erfasste Information zur Schätzung des inneren Zustands des Motors unter Verwendung eines thermischen Netzwerkmodells verwendet wird.
Da es sich bei der Welle um ein Teil handelt, das als Drehwelle eines Drehkörpers der rotierenden elektrischen Maschine dient, hat eine Konfiguration, bei der eine Hohlwelle verwendet wird und ein Sensor daran angebracht ist, ferner eine geringere Wellenfestigkeit als eine Vollwelle. Um die Festigkeit beizubehalten, ist es denkbar, die Dicke der Hohlwelle zu vergrößern. Durch die Vergrößerung der Dicke der Hohlwelle vergrößert sich jedoch der Durchmesser der Welle selbst, was zu einer Vergrößerung der rotierenden elektrischen Maschine führt.
Wenn ein Temperatursensor an einem hohlen Teil angebracht wird, ist es ferner, da die Temperaturverteilung in einem Dicketeil der Hohlwelle entsteht, wahrscheinlich, dass ein Temperaturunterschied im Vergleich zu der Wellenoberfläche entsteht, und da es eine gewisse Zeitkonstante gibt, wird außerdem die Detektion relativ zu dem Beginn des Temperaturanstiegs verzögert. Deshalb kann es, je nach der Dicke der Hohlwelle oder dergleichen unmöglich sein, eine genaue Messung durchzuführen. Ferner ist es schwierig, die von dem Rotorkern 31 oder dergleichen über die Luft abgegebene Wärme zu berücksichtigen, weshalb es schwierig ist, genaue Temperaturinformationen zu erfassen.
Ferner kann z. B. in einem Fall, wenn ein Temperatursensor an einem speziellen Teil des Rotorkerns 31 zum Erfassen der Temperatur angebracht ist, Temperaturinformation bezüglich des Teils erfasst werden, an dem der Temperatursensor angebracht ist. Bei der Durchführung einer Steuerung oder dergleichen unter Verwendung der Temperaturinformation ist die gemessene Information jedoch nicht für die gesamte rotierende elektrische Maschine 100 zu verwenden, sondern nur für einen speziellen Teil. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass die Steuerung nur von der Temperatur an einem speziellen Teil abhängt, wo die Wärmeübertragung nicht berücksichtigt wird.
Insbesondere wird die Temperatur an einem speziellen Teil zu jeder Zeit überwacht, und es wird die Temperaturinformation bei Bedarf in die Steuerung einbezogen, so dass bestimmt wird, ob die Temperatur an dem speziellen Teil einen Schwellenwert überschreitet. Wenn bestimmt wird, dass die Temperatur den Schwellenwert überschreitet, wird dann ein Vorgang, wie z. B. die Verringerung der Stärke des angelegten Stroms oder das Stoppen des Anlegens von Strom durchgeführt, so dass die Temperatur an dem speziellen Teil nicht weiter ansteigt.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 10 zwischen dem Rotor 3 und dem ersten Lager 6 an der Vollwelle 5 angebracht. Im Fall einer Hohlwelle wird die gesamte Größe der rotierenden elektrischen Maschine vergrößert, um die Festigkeit beizubehalten, während es im Fall der Vollwelle 5 möglich ist, auf einfache Weise Temperaturinformation an einer Position ganz in der Nähe des Rotorkerns 31 zu erfassen, während die Festigkeit beibehalten wird, ohne den Durchmesser der Welle 5 oder die gesamte Größe der rotierenden elektrischen Maschine 100 zu ändern.
Die von dem Rotorkern 31 durch die Welle 5 übertragene Wärme überträgt sich auf das erste Lager 6 und die erste Lagerschale 8, wie durch Pfeile in 4 gezeigt. Wenn der Sensor 10 zwischen dem ersten Lager 6 und dem Rotorkern 31 an der Welle 5 angebracht ist, ist es deshalb möglich, die Temperatur der Welle 5 ganz in der Nähe des Rotors 3 als eine Randbedingung des thermischen Netzwerkmodells ohne Berück-sichtigung der Verzweigung der Wärmeübertragung genauer zu messen.
Unter Verwendung der von dem Sensor 10 erfassten Temperaturinformation als eine Randbedingung kann dann eine Berechnung durch das thermische Netzwerkmodell durchgeführt werden. Durch die Berechnung durch das thermische Netzwerkmodell wird nach Bedarf die Steuerung zur Aktualisierung der Temperaturinformation durchgeführt, und es wird ferner die Temperaturänderung in der Zukunft vorausgesagt, und es wird eine Steuerung auf der Grundlage der Voraussage durchgeführt. Somit kann der Steuerungsbereich der rotierenden elektrischen Maschine 100 erweitert werden.
Ferner ist der Sensor 10 an der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 angebracht. Der Teil der Welle 5, an dem der Sensor 10 angebracht ist, befindet sich in einem Raum, der von dem Rahmen 1, der ersten Lagerschale 8 und der zweiten Lagerschale 9 umgeben ist. Somit kann die Wärmeübertragung von der Welle 5 über die Luft in dem Raum berücksichtigt werden.
Wenn der Sensor 10, wie bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, an der Welle 5 angebracht ist, um die Temperatur zu erfassen, wird es somit möglich, die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 mit einer einfachen Konfiguration zu verbessern.
Ferner erfolgt das Senden durch drahtlose Kommunikation unter Verwendung der Sendeeinheit 12, die die Sendeschaltungseinheit 123 aufweist. Somit wird es selbst dann, wenn sich die Empfangseinheit an einem entfernten Ort befindet, möglich, eine Kommunikation ohne das Risiko einer Unterbrechung durchzuführen, so dass die Zuverlässigkeit der Kommunikation verbessert wird. Ferner ist im Fall von drahtloser Kommunikation kein Mechanismus für die Übertragung zwischen Elementen, die sich relativ zueinander drehen, erforderlich, und es kann Information mit einer einfachen Konfiguration übertragen werden.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem der Rotor 3 den Rotorkern 31 und die Welle 5 aufweist. Es kann jedoch auch ein Magnet oder ein Sekundärleiter (nicht gezeigt) an der Innenseite des Rotorkerns 31 und/oder an der radial äußeren Oberfläche des Rotorkerns 31 angeordnet sein. Bei Verwendung eines Magneten ist es zusätzlich zu der Wirkung, eine Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 zu erzielen, möglich, das Abtriebsdrehmoment zu verbessern. Ferner kann bei Verwendung eines Magneten eine Endplatte zum Halten des Magneten oder dergleichen an einem axialen Ende des Rotorkerns 31 angebracht sein. Das Halten des Magneten durch die Endplatte kann verhindern, dass sich der Magnet löst.
In 1 und 4 sind das erste Lager 6 und das zweite Lager 7 als Kugellager gezeigt. Es können jedoch auch Gleitlager verwendet werden. Es ist auch möglich, die Welle 5 durch Gleitlager zu halten, und die Wärme von der Welle 5 überträgt sich, wie vorstehend beschrieben, auf die Lager und Gehäuseteile. Somit wird auf die gleiche Weise eine Wirkung der Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 erreicht.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem der Sensor 10 an einer Position zwischen dem ersten Lager 6 und dem Rotorkern 31 an der Welle 5 angebracht ist. Der Sensor 10 kann jedoch auch an einer Position zwischen dem zweiten Lager 7 und dem Rotorkern 31 an der Welle 5 angebracht sein. Auch auf der Gegenlastseite wird die Wärme ähnlich wie auf der Lastseite von dem Rotorkern 31 auf die Welle 5 übertragen. Deshalb kann Temperaturinformation erfasst werden, und es kann die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 verbessert werden.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem das System, das die rotierende elektrische Maschine 100 beinhaltet, die rotierende elektrische Maschine 100, die Gleichstromversorgung 40 und den Wechselrichter 50 aufweist. Je nach Typ der rotierenden elektrischen Maschine 100 muss der Wechselrichter 50 jedoch nicht unbedingt vorhanden sein. Wenn der Motor z. B. ein allgemeiner Drehstrommotor oder ein Gleichstrommotor ist, d. h. die rotierende elektrische Maschine so arbeitet, dass sie direkt und nicht über den Wechselrichter 50 an ein Versorgungsnetz angeschlossen ist, kann das System ohne den Wechselrichter 50 ausgelegt sein.
Der Sensor 10 und die Sendeeinheit 12 sind einander benachbart angeordnet, aber die Anordnung ist nicht darauf beschränkt. Während der Sensor 10 z. B. zwischen dem ersten Lager 6 und dem Rotorkern 31 angebracht ist, kann die Sendeeinheit 12 an einer anderen Position als der Sensor 10, der in dem von dem Rahmen 1, der ersten Lagerschale 8 und der zweiten Lagerschale 9 umgebenen Raum angebracht ist, angeordnet sein, z. B. an einem Teil an dem Rahmen 1, an jeder Lagerschale, an der Welle 5 oder dergleichen außerhalb des Raums.
Somit ist es möglich, Information zu senden, ohne dass sie von Metallteilen beeinflusst wird, die die rotierende elektrische Maschine 100 bilden, d. h. ohne dass sie von der umliegenden Umgebung beeinflusst wird. In diesem Fall können der Sensor 10 und die Sendeeinheit 12 z. B. mittels eines Zuleitungsdrahts verbunden sein. Auch in solchen Fällen wird es möglich, die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 auf die gleiche Weise zu verbessern.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem die Sendeeinheit 12 ein Signal durch drahtlose Kommunikation unter Verwendung der Sendeschaltungseinheit 123 an die Empfangseinheit sendet. Die Sendeeinheit 12 kann jedoch auch einem anderen Kommunikationsstandard als dem beschriebenen entsprechen, oder es kann eine Nicht-Standard-Kommunikation verwendet werden. Ferner muss, obgleich das Signal in der vorstehenden Beschreibung von der Verstärkungsschaltungseinheit 121 verstärkt wird, das Signal nicht unbedingt verstärkt werden, sondern kann das Signal so weitergegeben werden, wie es ist.
Ferner kann, obgleich in der vorstehenden Beschreibung von der D/A-Wandlerschaltungseinheit 122 die Umwandlung von einem analogen Signal in ein digitales Signal durchgeführt wird, auch das analoge Signal durch drahtlose Kommunikation gesendet werden. Auch in solchen Fällen wird es möglich, die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 auf die gleiche Weise zu verbessern.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem der Sensor 10 ein Thermoelement ist, das ein Temperatursensor ist. Anstelle des Temperatursensors oder in Kombination mit dem Temperatursensor kann jedoch auch ein Dehnungsmessstreifen oder ein Magnetsensor verwendet werden. Das Dehnungsausmaß ist an der Wellenoberfläche größer als in einem Hohlraum der Welle. Durch Anordnen des Sensors an der Oberfläche der Welle 5 und Messen der Dehnung wird es deshalb möglich, das Dehnungsausmaß genauer zu erfassen. Ferner ist auch für den Magnetsensor die Detektion an der Oberfläche der Welle 5 einfacher als in einem Hohlraum einer Hohlwelle, und es kann dort eine genauere Messung durchgeführt werden.
Außerdem kann anstelle der vorstehend genannten Sensoren oder auch in Kombination damit ein Schwingungssensor oder ein Drucksensor verwendet werden. In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem die Innentemperaturverteilung der rotierenden elektrischen Maschine 100 von dem thermischen Netzwerkmodell abgeleitet wird. Wenn jedoch ein anderer Sensor als ein Temperatursensor verwendet wird, kann anstelle des thermischen Netzwerkmodells ein physikalisches Modell der rotierenden elektrischen Maschine 100 verwendet werden, das einer physikalischen Größe entspricht, die von dem verwendeten Sensor gemessen werden soll.
Alternativ kann auch ein physikalisches Modell der rotierenden elektrischen Maschine 100, das einer physikalischen Größe entspricht, die von dem verwendeten Sensor gemessen werden soll, in Kombination mit dem thermischen Netzwerkmodell verwendet werden. Somit kann der innere Verteilungszustand der rotierenden elektrischen Maschine 100 abgeleitet werden, und es wird möglich, die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 zu verbessern.
Ausführungsform 2
Es wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 4 bezeichnen die gleichen oder entsprechende Teile, und die Beschreibung davon entfällt. Es werden nur die Unterschiede zur Ausführungsform 1 beschrieben. 5 ist eine vertikale Schnittansicht, die die rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Welle 5 in 5 in einem nicht ausgeschnittenen Zustand gezeigt.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, wie in 5 gezeigt, weist die Welle 5 zwischen dem ersten Lager 6 und dem Rotorkern 31 eine Ausnehmung 51 auf, die von der Oberfläche der Welle 5 radial ganz außen zu der radial inneren Seite hin ausgespart ist. Die Ausnehmung 51 wird nur an einem speziellen Teil in Drehrichtung der Welle 5, z. B. durch ein Bearbeitungszentrum, gebildet.
Dann wird der Sensor 10 an der radial äußeren Oberfläche der Ausnehmung 51 untergebracht. Die Welle 5, an der der Sensor 10 angebracht ist, ist von dem Sensor 10 aus zur Achse der Welle 5 hin massiv. Während die Welle 5 von dem Sensor 10 aus zur Achse der Welle 5 hin massiv sein kann, wird die Festigkeit höher, wenn die Welle 5 in einem zylindrischen Teil massiv ist, dessen Radius dem Abstand von der Achse zu der Position der Anordnung des Sensors 10 entspricht.
Ferner weist die Welle 5 an ihrer radial äußeren Oberfläche eine Wellennut 52 auf. Das heißt, die Wellennut 52 ist von der Nähe der Ausnehmung 51 der Welle 5 aus zu der radial inneren Seite hin ausgespart und erstreckt sich in axialer Richtung zur Gegenlastseite.
Die Sendeeinheit 12 ist an der Gegenlastseite der Welle 5 angebracht und an der Welle 5 befestigt. Somit ist die Sendeeinheit 12 mit der Rotation der Welle 5 gekoppelt. Mit dieser Struktur sind der auf der Lastseite befindliche Sensor 10 und die auf der Gegenlastseite befindliche Sendeeinheit 12 mittels des Rotors 3 verbunden. Genauer gesagt, es ist die Sendeeinheit 12 mit einem Zuleitungsdraht-Aufnahmebereich 13 versehen. Der Zuleitungsdraht-Aufnahmebereich 13 ist mit einem Zuleitungsdraht 11 verbunden. Dementsprechend wird der Zuleitungsdraht 11 durch die Wellennut 52 der Welle 5 geführt, so dass er von dem Ende der Gegenlastseite in axialer Richtung der Welle 5 herausgeführt wird. Der Zuleitungsdraht-Aufnahmebereich 13 ist mit einem Anschluss zum Empfangen eines Signals von dem Thermoelement und einem Anschluss der Sendeeinheit 12 verbunden.
Ein von dem Sensor 10 detektiertes Signal wird über den Zuleitungsdraht 11 übertragen. Das übertragene Signal wird von dem Zuleitungsdraht-Aufnahmebereich 13 empfangen und an die Sendeeinheit 12 weitergeleitet. Dann wandelt die Sendeeinheit 12, durch die A/D-Wandlerschaltungseinheit 122 bzw. die Sendeschaltungseinheit 123, das Signal um und sendet das umgewandelte Signal mittels drahtloser Kommunikation.
Die rotierende elektrische Maschine 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, dass der Sensor 10 in der Ausnehmung 51 der Welle 5 untergebracht ist. Somit kann der Einfluss, wenn der Sensor 10 innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100 Luft ausgesetzt ist, reduziert werden. So wird es möglich, Information über die Oberfläche der Welle 5 ganz in der Nähe des Rotorkerns 31 genau zu erfassen. Da die Welle 5 von der Befestigungsposition des Sensors 10 aus zur Achse hin massiv ist, bleibt ferner die Festigkeit der Welle 5 erhalten.
Deshalb muss der Durchmesser der Welle 5 nicht vergrößert werden, so dass die gesamte Größe der rotierenden elektrischen Maschine 100 nicht verändert werden muss. Solange ein zylindrischer Teil, dessen Radius dem Abstand von der Befestigungsposition des Sensors 10 zur Achse entspricht, massiv ist, entsteht ferner keine Temperaturverteilung in einem Dicketeil wie bei einer Hohlwelle, und es kann die Detektion früher ab dem Beginn des Temperaturanstiegs durchgeführt werden. Somit wird es möglich, die Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 mit einer einfachen Konfiguration zu verbessern.
Bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist der Fall dargestellt, in dem die Sendeeinheit 12 auf der Gegenlastseite der Welle 5 angeordnet ist. Ohne Beschränkung auf diese Konfiguration kann die Sendeeinheit 12 jedoch auch auf der Lastseite wie bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung angeordnet sein. In diesem Fall müssen, wenn die drahtlose Kommunikation wie bei der Ausführungsform 1 durchgeführt wird, der Zuleitungsdraht 11, die Wellennut 52 und der für den Zuleitungsdraht 11 benötigte Zuleitungsdraht-Aufnahmebereich 13 nicht vorhanden sein.
Somit kann die Information mit einer einfacheren Konfiguration erfasst werden. Als eine weitere Konfiguration kann die Sendeeinheit 12 an der Außenseite in axialer Richtung der ersten Lagerschale 8 angeordnet sein. In diesem Fall kann die in axialer Richtung verlaufende Länge der Wellennut 52 zum Herausführen des Zuleitungsdrahtes 11 verkürzt und somit ein an der Welle 5 zu bearbeitender Teil reduziert werden.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem der Zuleitungsdraht 11 lediglich entlang der Wellennut 52 geführt wird. Es kann jedoch auch ein Element angebracht sein, um die radial äußeren Oberflächen der Wellennut 52 und den Zuleitungsdraht 11 zu bedecken. Dadurch kann der Zuleitungsdraht 11 gehalten werden. Wenn ein solches Element verwendet wird, kann das Element so platziert werden, dass sich dessen radial äußerste Oberfläche an einer Position befindet, die gleich der radial äußersten Oberfläche der Welle 5 ist, oder an einer radial inneren Position davon. Somit wird das Element nicht zu einem Hindernis, wenn die Welle 5 durch die Lager platziert wird, so dass die Montage einfach durchgeführt werden kann. Wenn das Material des Elements so gewählt wird, dass es schwerer ist als das Material der Welle 5 in einem Fall, in dem die Wellennut 52 nicht in der Welle 5 vorhanden ist, kann ferner der Widerstand gegen die Zentrifugalkraft verbessert werden.
Ein Loch für den Zuleitungsdraht 11 kann so angeordnet sein, dass es durch einen Teil der massiven Welle 5 hindurch verläuft, und der Zuleitungsdraht 11 kann sich durch das Innere des Lochs erstrecken. In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem die Ausnehmung 51 der Welle 5 nur an einem speziellen Teil in der Drehrichtung gebildet ist. Die Ausnehmung 51 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Ausnehmung 51 so gebildet sein, dass der Außendurchmesser der Welle über den gesamten Umfang der Welle 5 reduziert ist. Auch in solchen Fällen sind die gleichen Wirkungen wie vorstehend beschrieben gegeben.
Ausführungsform 3
Es wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 5 bezeichnen die gleichen oder entsprechende Teile, und die Beschreibung davon entfällt. Es werden nur die Unterschiede zur Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, wenn ein Teil der Welle der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeschnitten ist. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation zeigt, wenn ein Teil der Welle der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ausgeschnitten ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind nur die für die Beschreibung benötigten Teile gezeigt, während die anderen Teile nicht gezeigt sind.
Insbesondere zeigt 6 eine Ansicht, wenn die Welle 5 entlang einer Ebene rechtwinklig zur axialen Richtung davon an der Position in axialer Richtung der Welle 5, wo der Sensor 10 untergebracht ist, ausgeschnitten ist, und zur Vereinfachung der Beschreibung sind einige Teile nicht gezeigt. In der rotierenden elektrischen Maschine 100 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 10 in der in der Welle 5 gebildeten Ausnehmung 51 untergebracht, wie in 6 gezeigt. Ferner ist ein Halteelement 14 an der radial äußeren Seite des Sensors 10 angebracht.
Das Halteelement 14 ist z. B. aus einem Material, wie etwa Metall oder Harz hergestellt, und seine radial äußere Oberfläche ist bogenförmig gebildet. Das Halteelement 14 hält den Sensor 10 von der radial äußeren Seite. Es ist wünschenswert, dass die radial äußere Oberfläche des Halteelements 14 im Haltezustand mit der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 bündig ist oder sich an einer von der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 aus inneren Position befindet. Somit kann die Montage problemlos durchgeführt werden. Das Halteelement 14 selbst ist derart in der Welle 5 angebracht, dass die Bewegung des Halteelements 14 in axialer Richtung durch die Welle 5 eingeschränkt wird.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 100 in Betrieb ist und sich der Rotor 3 dreht, sind die rotierenden Teile der rotierenden elektrischen Maschine 100 einer Zentrifugalkraft ausgesetzt. Da der an der Welle 5 angebrachte Sensor 10 ebenfalls der Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, versucht der Sensor 10, sich während der Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 100 in Richtung der radial äußeren Seite zu bewegen.
Um die Messgenauigkeit des Sensors 10 zu gewährleisten, ist es notwendig, den Sensor 10 selbst bei Bedingungen, unter denen der Sensor 10 aufgrund von Rotation oder dergleichen einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, sicher an der Welle 5 zu befestigen, die ein Messobjekt ist.
Bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist das Halteelement 14 der radial äußeren Seite des Sensors 10 benachbart angeordnet. Somit überträgt sich die auf den Sensor 10 wirkende Zentrifugalkraft auf das Halteelement 14. Da das Halteelement 14, wie in 6 gezeigt, bogenförmig ist, wird das Halteelement 14 indessen mit einem seinem Material entsprechenden Elastizitätsmodul verformt, was zu einer sich an der radial äußeren Seite leicht ausdehnenden Form führt. Das heißt, dass, wenn das Halteelement 14 eine solche Struktur und solche Abmessungen hat, die der Zentrifugalkraft standhalten, der Sensor 10 in einem Zustand, in dem das Halteelement elastisch verformt wird, gehalten werden kann.
Durch das Anordnen des Sensors 10 an der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 und Anordnen des Halteelements 14 an der radial äußeren Seite des Sensors 10 kann somit verhindert werden, dass sich der Sensor 10 aufgrund der Zentrifugalkraft bewegt, von der Welle 5 trennt oder zu der radial äußeren Seite der Welle 5 hin löst. Deshalb kann Information auch während der Rotation stabil erfasst werden.
Somit wird mit einer einfachen Konfiguration, die den Ausführungsformen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, eine Wirkung der Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 ermöglicht, und es kann ferner eine Verringerung der Schätzgenauigkeit für die Motorinnentemperatur unterdrückt werden.
Bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist der Fall dargestellt, in dem die Ausnehmung 51 an einem Teil der Welle 5 ausgebildet ist, der Sensor 10 in der Ausnehmung 51 angeordnet ist und die radial äußere Oberfläche davon von dem Halteelement 14 bedeckt ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann jegliche Konfiguration verwendet werden, solange das Halteelement 14 an der radial äußeren Seite des Sensors 10 angeordnet ist.
Wie in 7 gezeigt, kann die Ausnehmung 51 z. B. so gebildet sein, dass der Durchmesser der Welle 5 über den gesamten Umfang der Welle 5 reduziert ist, und es kann das Halteelement 14 an der radial äußeren Seite der Ausnehmung 51 rohrförmig ausgebildet sein. Solange ein zylindrisches Teil, dessen Radius dem Abstand von der Befestigungsposition des Sensors 10 zur Achse entspricht, massiv ist, entsteht keine Temperaturverteilung in einem Dicketeil, wie etwa bei einer Hohlwelle, und es kann die Detektion früher ab dem Beginn des Temperaturanstiegs durchgeführt werden.
Das in 6 gezeigte bogenförmige Halteelement 14 kann jegliche Form haben, die von der radial äußeren Oberfläche der Welle 5 zu der radial inneren Seite hin untergebracht werden kann, weshalb die radial äußere Seite des Halteelements 14 in einer planen Form gebildet sein kann. Auch in diesem Fall wird die Wirkung erreicht, dass verhindert wird, dass sich der Sensor 10 zu der radial äußeren Seite hin ablöst.
Ausführungsform 4
Es wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 7 bezeichnen die gleichen oder entsprechende Teile, und die Beschreibung davon entfällt. Es werden nur die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 3 beschrieben. 8 ist eine Schnittdarstellung entlang einer Ebene rechtwinklig zur axialen Richtung der Welle 5 an einer Position der Welle in axialer Richtung, die einem speziellen Teil der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung entspricht. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind einige Teile nicht gezeigt.
Bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 10 in der Ausnehmung 51 der Welle 5 untergebracht. Dabei ist der Sensor 10 mittels eines Isolierelements 15 in der Ausnehmung 51 der Welle befestigt. Das Isolierelement 15 ist z. B. aus einem Glas-Epoxid-Material gebildet. Da der Sensor 10 mittels des Isolierelements 15 an der Welle 5 befestigt ist, sind der Sensor 10 und die Welle 5 elektrisch voneinander isoliert. Ferner verhindert das Isolierelement 15, dass der Sensor 10 während der Rotation der rotierenden elektrischen Maschine 100 von der Welle 5 getrennt wird.
Wie bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben, wird, wenn Strom an die Statorspule 4 der rotierenden elektrischen Maschine 100 angelegt wird, ein Drehmagnetfeld in der rotierenden elektrischen Maschine 100 erzeugt. Der Rotor 3 ist dem Drehmagnetfeld ausgesetzt, so dass ein Drehmoment erzeugt wird. Zu dieser Zeit kann an der Welle 5 der rotierenden elektrischen Maschine 100 eine elektrische -annung auftreten. Das liegt daran, dass an der Welle eine umgekehrte elektromotorische Kraft in Abhängigkeit von einem Bestromungsmuster des an die Statorspule 4 angelegten Stroms entsteht.
Hier wird angenommen, dass die vorstehend beschriebene Wellenspannung in einem Fall auftritt, in dem die Welle 5 und der Sensor 10 durch direkten Kontakt leitend miteinander verbunden sind und nicht über das Isolierelement 15. Zu dieser Zeit sind die Welle 5 und der Sensor 10 auf dem gleichen Potential, da sie leitend miteinander verbunden sind. Wenn der Sensor 10 z. B. über den Zuleitungsdraht 11 leitend mit der Sendeeinheit 12 verbunden ist und die Empfangseinheit (nicht gezeigt) elektrisch mit der Sendeeinheit 12 verbunden ist, kann ferner ein Phänomen auftreten, bei dem die Spannung der Empfangseinheit (nicht gezeigt) anormal hoch wird.
Wenn die Wellenspannung höher wird als der Stehspannungswert der Empfangseinheit, besteht zu dieser Zeit die Möglichkeit, dass eine Schaltung zum Messen eines Sensorsignals ausfällt. Somit ist es wünschenswert, eine Isolierung zwischen der Welle 5 und dem Sensor 10 zu gewährleisten.
Bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 10 mittels des Isolierelements 15 an der Welle 5 befestigt. Das heißt, die Isolierung zwischen der Welle 5 und dem Sensor 10 ist gewährleistet. Somit wird der Sensor 10 auch dann nicht leitend mit der Welle 5 verbunden, wenn eine wie vorstehend beschriebene Wellenspannung auftritt, und es kann die Messung fortgesetzt werden.
Deshalb wird gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Konfiguration, die den Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, eine Wirkung der Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 ermöglicht, und es wird ferner eine Wirkung der Aufrechterhaltung eines stabilen Messzustands ermöglicht.
Bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist der Fall dargestellt, in dem die Ausnehmung 51 über den gesamten Umfang der Welle 5 gebildet ist. Ohne Einschränkung kann jedoch auch eine Konfiguration verwendet werden, in der ein Teil der Welle 5 zur radial inneren Seite hin ausgenommen ist. In beiden Fällen bleibt die Festigkeit der Welle 5 erhalten, da die Welle 5 von dem mit der Welle 5 verbundenen Sensor 10 aus zur Achse der Welle 5 hin massiv ist.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem ein Glas-Epoxid-Material als Isolierelement zwischen der Welle 5 und dem Sensor 10 angeordnet ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es kann jegliche Konfiguration verwendet werden, solange ein Zustand hergestellt werden kann, in dem der Sensor 10 und die Welle 5 durch ein Isolierelement voneinander isoliert sind, während der Sensor 10 z. B. mittels eines Harzmaterials oder dergleichen an der Welle 5 befestigt ist. Auch in diesem Fall sind die gleichen Wirkungen wie vorstehend beschrieben gegeben.
Ausführungsform 5
Es wird ein System mit einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 8 bezeichnen die gleichen oder entsprechende Teile, und die Beschreibung davon entfällt. Es werden nur die Unterschiede zu den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben. 9 ist ein schematisches Diagramm des Systems mit rotierender elektrischer Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm des Systems mit rotierender elektrischer Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. 11 ist ein Steuerablaufdiagramm gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt eine Wellenform des angelegten Stroms gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 9 gezeigt, weist ein Antriebssystem, das die rotierende elektrische Maschine 100 beinhaltet, die rotierende elektrische Maschine 100, die Gleichstromversorgung 40, den Wechselrichter 50 und eine Steuereinheit 60 auf. Elektrische Energie wird dem Wechselrichter 50 von der Gleichstromversorgung 40 zugeführt, und das Schaltelement 501 in dem Wechselrichter 50 schaltet, so dass der Statorspule 4 in der rotierenden elektrischen Maschine 100 Strom mit einer Sinuswellenform o. dgl. zugeführt wird. Die spezielle Verbindungsrelation zwischen der Gleichstromversorgung 40, dem Wechselrichter 50 und der rotierenden elektrischen Maschine 100 ist die gleiche wie die bei der Ausführungsform 1 beschriebene, weshalb die Beschreibung davon entfällt.
Das System mit der rotierenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung weist die Steuereinheit 60 auf. Die Steuereinheit 60 weist eine Empfangseinheit auf und empfängt ein Signal von dem Sensor 10. Dann sendet die Steuereinheit 60 auf der Grundlage des von dem Sensor 10 empfangenen Signals ein Steuersignal an den Wechselrichter 50. Der Wechselrichter 50 empfängt das Steuersignal von der Steuereinheit 60 und führt der rotierenden elektrischen Maschine 100 auf der Grundlage des Steuersignals Strom zu.
Die Steuereinheit 60 weist ferner eine Schätzeinheit (nicht gezeigt) zum Ableiten des inneren Zustands der rotierenden elektrischen Maschine 100 auf. Die Schätzeinheit schätzt und berechnet den inneren Zustand der rotierenden elektrischen Maschine 100, z. B. unter Verwendung eines Netzwerkmodells. Das vorstehend beschriebene Steuersignal wird auf der Grundlage der Berechnung in der Schätzeinheit erzeugt.
Wie in 10 gezeigt, weist die Steuereinheit 60 einen Prozessor 601 und eine Speichereinheit 602 auf. Der Prozessor 601 führt die vorstehend beschriebene Verarbeitung durch Ausführen eines in der Speichereinheit 602 gespeicherten Programms durch. Hier ist die Speichereinheit 602 durch einen Speicher gebildet, der die notwendigen Parameter, das Programm, das die vorstehende Verarbeitung beschreibt, und dergleichen speichert. Der Prozessor 601 ist durch einen Prozessor gebildet, der logisch in einer Hardwareschaltung, wie z. B. einem Mikrocomputer, einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder einem Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet ist. Eine Mehrzahl von Prozessoren 601 und eine Mehrzahl von Speichereinheiten 602 können zusammenarbeiten, um die vorstehend beschriebene Funktion auszuführen.
Mit Bezugnahme auf 11 wird der Betrieb der Steuereinheit näher beschrieben. Im Schritt 1 (S1) wird ein Drehmomentbefehlswert von einer Steuereinheit höherer Ordnung (nicht gezeigt) empfangen. Im Schritt 2 (S2) wird ein Strombefehlswert berechnet, der dem Drehmomentbefehlswert entspricht. Im Schritt 3 (S3) erfasst die Steuereinheit 60 mittels der Sendeeinheit 12 Sensorinformation von dem Sensor 10, der an der rotierenden elektrischen Maschine 100 angebracht ist. Im Schritt 4 (S4) wird der innere Zustand der rotierenden elektrischen Maschine 100 auf der Grundlage der erfassten Sensorinformation geschätzt.
Im Schritt 5 (S5) wird ein in der rotierenden elektrischen Maschine 100 zulässiger Höchstwert des angelegten Stroms auf der Grundlage des Ergebnisses der Schätzung des inneren Zustands berechnet. Im Schritt 6 (S6) werden der Höchstwert des angelegten Stroms und der vorstehende Strombefehlswert miteinander verglichen. Wenn ersterer Wert größer ist, wird ein Strombefehl erzeugt, der dem Drehmomentbefehl entspricht (Schritt 7 (S7)), und wenn letzterer Wert größer ist, wird ein Strombefehl erzeugt, der dem Höchstwert des angelegten Stroms entspricht.
Im letzten Schritt wird auf der Grundlage eines Steuersignals, das der erzeugte Strombefehl ist, Strom an die rotierende elektrische Maschine 100 angelegt. Die rotierende elektrische Maschine 100 wird mittels der vorstehend beschriebenen Schritte 1 bis 7 und so weiter angetrieben.
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf 12 der Unterschied in dem Befehlsdrehmoment in Abhängigkeit vom Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Temperaturinformation beschrieben. Die horizontale Achse gibt die Zeit an, und die vertikale Achse gibt den Strom an. In 12 stellt eine durchgezogene Linie eine Wellenform eines angelegten Stroms dar, wenn Temperaturinformation vorhanden ist, und stellt eine gestrichelte Linie eine Wellenform eines angelegten Stroms dar, wenn keine Temperaturinformation vorhanden ist.
Wenn Temperaturinformation vorhanden ist, so ist es, wenn die Temperatur eines Ziels gesenkt wird, möglich, einen Befehl zur Erhöhung des Drehmoments durch Erhöhen eines Strombefehlswerts zu geben, solange der Strom innerhalb eines Strombereichs liegt, der in der rotierenden elektrischen Maschine 100 ursprünglich physikalisch zulässig ist. Andererseits ist es, wenn keine Temperaturinformation vorhanden ist, wenn die Temperatur eines Ziels gesenkt wird, unmöglich, die temperaturreduzierte Situation mit vergleichsweise hoher Genauigkeit zu erkennen.
Deshalb ist, wenn der Strombefehlswert beibehalten oder erhöht wird, das Ausmaß der Erhöhung kleiner als das Ausmaß der Erhöhung in dem vorstehenden Fall, in dem Temperaturinformation vorhanden ist. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Steuerung unter Berücksichtigung von Temperaturinformation durchzuführen. Ferner ist es wünschenswert, die für die Steuerung zu verwendende Temperaturinformation genauer zu erfassen.
Bei den herkömmlichen Verfahren ist ein Sensor an einer rotierenden elektrischen Maschine angebracht, und es wird ein Sensorsignal lediglich überwacht, so dass eine Fehlerdiagnose, Messung oder dergleichen bei Bedarf durchgeführt wird. Das heißt, es wird nicht angenommen, dass eine Steuerung unter Verwendung von Sensorinformation durchgeführt wird, um einen Steuerungsbetriebspunkt der rotierenden elektrischen Maschine 100, wie z. B. das Drehmoment, die Drehzahl oder die Ausgangsleistung zu ändern.
Bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird Sensorinformation des Sensors 10 an die Steuereinheit 60 gesendet, und es erzeugt die Steuereinheit 60 auf der Grundlage der Sensorinformation des Sensors 10 ein Steuersignal. Somit kann eine Steuerung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Ferner wird die Innentemperaturverteilung der rotierenden elektrischen Maschine 100 in Kombination mit dem thermischen Netzwerkmodell auf der Grundlage der tatsächlich gemessenen Temperatur der Welle 5 abgeleitet.
Mit der Innentemperaturverteilung wird es möglich, die Temperatur jedes Teils zu erkennen, der einen Temperaturschwellenwert hat, wie z. B. der Statorspule 4, des ersten Lagers 6 und des zweiten Lagers 7. Durch den Vergleich der abgeleiteten Temperatur jedes Teils mit dem Temperaturschwellenwert für den Teil erzeugt die Steuereinheit 60 dann ein Steuersignal, um auf einen solchen Steuerbetriebspunkt zu ändern, der eine weitere Wärmeerzeugung und einen weiteren Temperaturanstieg an jedem Teil erlaubt. Dieses Steuersignal wird auf der Grundlage der Innentemperaturverteilung erzeugt.
Auf diese Weise kann die rotierende elektrische Maschine 100 den Steuerungsbetriebspunkt auf der Grundlage der detektierten Information von dem Sensor 10 ändern. Ferner kann durch Verwendung der tatsächlich gemessenen Temperatur der Welle 5 und des thermischen Netzwerkmodells Information, die der Randbedingung des thermischen Netzwerkmodells entspricht, erfasst werden. Dadurch wird es möglich, die Schätzgenauigkeit für den inneren Zustand der rotierenden elektrischen Maschine 100 im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall der Verwendung nur eines physikalischen Modells zu verbessern.
Da die Schätzgenauigkeit für den inneren Zustand verbessert ist, wird es möglich, die rotierende elektrische Maschine 100 in einem Bereich bis zu einem Punkt nahe des Temperaturschwellenwerts für jeden Motorbereich zu betreiben. Es sei angemerkt, dass die Temperatur jedes Teils nicht notwendigerweise die Temperaturinformation zu dieser Zeit sein muss, z. B. kann die Temperaturverteilung für eine künftige Zeit unter Verwendung des thermischen Netzwerkmodells abgeleitet werden, und es kann die Temperaturinformation zu dieser künftigen Zeit verwendet werden.
Somit wird gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Konfiguration, die den Ausführungsformen 1 bis 4 ähnlich ist, eine Wirkung der Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 ermöglicht, und es ist zusätzlich eine Wirkung der Erweiterung des Betriebsbereichs der rotierenden elektrischen Maschine 100 gegeben.
Bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung ist der Fall dargestellt, in dem die rotierende elektrische Maschine 100 angetrieben wird, aber ohne Einschränkung darauf kann die rotierende elektrische Maschine 100 auch dazu ausgelegt sein, elektrische Energie zu erzeugen. Im Fall der Erzeugung von Elektrizität wandelt die rotierende elektrische Maschine 100 mechanische Energie in elektrische Energie um, und es wird die elektrische Energie über den Wechselrichter 50 in der Gleichstromversorgung 40 gespeichert. Auch in diesem Fall sind die gleichen Wirkungen gegeben.
Ausführungsform 6
Es wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 12 bezeichnen die gleichen oder entsprechende Teile, und die Beschreibung davon entfällt. Es werden nur die Unterschiede zur Ausführungsformen 1 bis 5 beschrieben. 13 ist eine vertikale Schnittansicht, die die rotierende elektrische Maschine gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 13 gezeigt, ist der Rotorkern 31 so gebildet, dass der Durchmesser des Welleneinführungslochs an einer axialen Endoberfläche davon groß ist. Insbesondere werden elektromagnetische Stahlbleche mit einem Welleneinführungsloch mit großem Durchmesser an der axialen Endseite des Rotorkerns 31 gestapelt. Somit wird an einem speziellen Teil in der radialen Richtung ein Raum zwischen dem Rotorkern 31 und der Welle 5 gebildet. Wie in 13 gezeigt, wird der Sensor 10 dann so angebracht, dass er in dem Raum zwischen dem Rotorkern 31 und der Welle 5 untergebracht ist.
Dadurch ist es möglich, die Temperatur an einem Teil näher an dem Rotorkern 31 zu messen. Ferner kann der Einfluss, wenn der Sensor 10 innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 100 Luft ausgesetzt ist, reduziert werden. Deshalb wird es möglich, Information über die Oberfläche der Welle 5 ganz in der Nähe des Rotorkerns 31 genau zu erfassen. Ferner kann der Montageraum für den Sensor 10 selbst dann, wenn der Abstand zwischen dem Rotorkern 31 und dem ersten Lager 6 kurz ist, gewährleistet werden.
Deshalb wird gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung mit einer einfachen Konfiguration, die den Ausführungsformen 1 bis 5 ähnlich ist, eine Wirkung geschaffen, die eine Verbesserung der Genauigkeit für die Innentemperatur der rotierenden elektrischen Maschine 100 ermöglicht, und es kann ferner der Sensor 10 sogar in einem Fall angebracht werden, in dem die axiale Länge der Welle 5 kurz ist, und es können Informationen genauer erfasst werden.
In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall dargestellt, in dem die gestapelten Stahlbleche am Ende des Rotorkerns 31 ein Welleneinführungsloch mit großem Durchmesser haben. Anstatt jedoch den gesamten Umfang zu erweitern, kann der Durchmesser nur an einem Teil des Umfangs entsprechend der Größe des Sensors 10 vergrößert werden. Alternativ kann im Fall der Verwendung eines Rotorkerns 31, der nicht vom Typ mit gestapelten Blechen ist, oder nachdem identische Stahlbleche gestapelt worden sind, der Rotorkern 31 so bearbeitet werden, dass ein Raum für die Montage des Sensors 10 gebildet wird. Auch wenn der Sensor 10 in der vorstehenden Beschreibung in dem Raum zwischen dem Rotorkern 31 und der Welle 5 untergebracht ist, kann der Raum ferner eine solche Größe haben, dass ein Teil des Sensors 10 untergebracht ist. Auch in solchen Fällen sind die gleichen Wirkungen wie vorstehend beschrieben gegeben.
Es sei angemerkt, dass die vorstehenden Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können und jede der vorstehenden Ausführungsformen je nach Bedarf geändert oder vereinfacht werden kann.
Bezugszeichenliste

2: Stator
3: Rotor
4: Statorspule
5: Welle
6: erstes Lager
7: zweites Lager
8: erste Lagerschale
9: zweite Lagerschale
10: Sensor
11: Zuleitungsdraht
12: Sendeeinheit
14: Halteelement
15: Isolierelement
21: Statorkern
31: Rotorkern
40: Gleichstromversorgung
50: Wechselrichter
51: Ausnehmung
52: Wellennut
60: Steuereinheit
100: rotierende elektrische Maschine
501: Schaltelement
601: Prozessor
602: Speichereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 54104501 [0003]
JP 60096981 [0003]

Claims

Rotierende elektrische Maschine, die Folgendes aufweist: - einen Stator; - einen Rotor, der drehbar an einer radial inneren Seite des Stators angeordnet ist; - eine Welle, die als Drehwelle des Rotors ausgebildet ist; - eine Lagerschale, die die Welle mittels eines Lagers relativ zu dem Stator drehbar hält; und - einen Sensor, der zwischen dem Rotor und dem Lager an der Welle angebracht ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei die Welle von einer Position aus, wo der Sensor angebracht ist, in Richtung zu ihrer Achse hin massiv ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine radial äußere Oberfläche der Welle eine Ausnehmung zwischen dem Rotor und dem Lager aufweist und der Sensor in der Ausnehmung untergebracht ist.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die Welle ein Halteelement aufweist, das den Sensor von einer radialen Richtung aus bedeckt.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensor mittels eines Isolierelements an der Welle befestigt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Welle eine Nut aufweist, die zu einer radial inneren Seite der Welle hin ausgespart ist und sich in einer axialen Richtung davon erstreckt, und ein Zuleitungsdraht zur Übertragung der von dem Sensor gemessenen Information durch die Nut geführt ist.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sensor ein Temperatursensor ist.
System mit rotierender elektrischer Maschine, das Folgendes aufweist: - eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und - eine Steuereinheit zum Steuern der der rotierenden elektrischen Maschine zuzuführenden Energie, wobei die rotierende elektrische Maschine eine Sendeeinheit aufweist, die ein Signal von dem Sensor erfasst und ein entsprechendes Signal sendet, und wobei die Steuereinheit eine Steuerung auf der Grundlage von Information von der Sendeeinheit durchführt.
System mit rotierender elektrischer Maschine nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit Folgendes aufweist: - eine Empfangseinheit zum Empfangen des Signals von der Sendeeinheit und - eine Schätzeinheit zum Schätzen eines inneren Zustands der rotierenden elektrischen Maschine auf der Grundlage von Information von der Empfangseinheit, und wobei die Steuereinheit eine Steuerung auf der Grundlage der von der Schätzeinheit geschätzten Information durchführt.