JP2004336920A

JP2004336920A - 温度測定装置

Info

Publication number: JP2004336920A
Application number: JP2003131074A
Authority: JP
Inventors: Takuto Hiramatsu; 拓人平松
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】コストアップを抑えると共に、電動機の種類を限定することなくコイル付近の温度を測定することが可能な温度測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】所定のスロットに１ターン巻かれる温度測定用コイル１１と、温度測定用コイル１１に印加される所定の電圧値と電流値検出部１６より検出される温度測定用コイル１１に流れる電流値Ｉ_Ｂとに基づいて温度測定用コイル１１の内部抵抗１４の抵抗値を算出する内部抵抗値算出部１９と、内部抵抗値算出部１９で算出された抵抗値に基づいて温度測定用コイル１１付近の温度を算出する温度算出部２０とを備えて構成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータのスロットに巻かれるコイル付近の温度を測定する温度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の温度測定方法を説明するための図であり、図４（ａ）は、電動機のステータを上から見た図であり、図４（ｂ）は、サーミスタ付近（図４（ａ）の破線枠Ａ）を示す図である。
【０００３】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来の温度測定方法では、ステータ４０のスロット４１に巻かれるコイル４２のコイルエンド部（図４（ｂ）の破線枠Ｂ）の内部にサーミスタ４３などの温度検出部材を挿入し、コイル４２付近の温度を測定している。これより、コイル４２付近の温度の補正制御を行うことやコイル４２付近の異常な上昇による電動機の故障を防止する制御を行うことが可能となる。
【０００４】
このように、従来の温度測定方法では、コイル４２の内部に温度を測定するためのサーミスタ４３などの温度検出部材を挿入し、コイル４２付近の温度を測定している（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、サーミスタ４３などの温度検出部材を新たに設けることは、その分、部品点数や組付け工数が増加し、コストが増大するという問題がある。
【０００５】
そこで、このようなコストの増大を抑えるために、電動機を構成するために元々スロット４１に巻かれているコイル４２を利用してコイル４２付近の温度を測定することが考えられている（例えば、特許文献２参照）。この方法は、例えば、コイル４２に所定の電圧を印加し、コイル４２の内部抵抗値の変化を見ることによりコイル４２付近の温度を測定するものである。
【０００６】
このように、元々電動機を構成するためにスロット４１に巻かれるコイル４２を温度測定用のコイルとしても使用することによって、新たな部品を設ける必要がなくなるので、コストアップを抑えることが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
実開平３−１２４７７１号（第３〜５頁、第１〜４図）
【０００８】
【特許文献２】
特開昭６３−２３４８５８号（第３〜４頁、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動機を構成するためのコイル４２を温度測定用のコイルとしても使用する場合、温度測定は、コイル４２に電流が流れていないときにしか行うことができないという問題がある。そこで、特許文献２では、この温度測定方法を、運転中に無電流の相が存在するブラシレス直流電動機やステップモータなどに適用している。すなわち、ある所定期間電流が流れないコイルを温度測定用のコイルとして使用することが行われている。
【００１０】
しかしながら、電動機を構成するためのコイル４２を温度測定用のコイルとしても使用する場合は、コストアップを抑えることが可能であるが、その温度測定方法を適用することが可能な電動機は限られてしまうという問題がある。
そこで、本発明では、コストアップを抑えると共に、電動機の種類を限定することなくコイル付近の温度を測定することが可能な温度測定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の温度測定装置は、ステータのスロットに巻かれるコイル付近の温度を測定する温度測定装置であって、前記コイルが巻かれるスロットと同じスロットに１ターン以上巻かれて設けられ、前記コイルと同一部材の温度測定用コイルと、前記コイルの電流値を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段で検出された電流値に基づくタイミングで、前記温度測定用コイルの内部抵抗値を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段で検出された内部抵抗値に基づいて、前記コイル付近の温度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
このように、コイルと温度測定用コイルとを同一部材で構成しているので、コストアップを抑えることが可能となる。
また、更に、コイルと温度測定用コイルとを所定のスロットに直に巻いていく場合は、コイルを巻く工程と同じ工程内で温度測定用コイルも所定のスロットに直に巻くことができるので、組付け工程をあまり増加させないようにすることができる。これより、更に、コストアップを抑えることが可能となる。
【００１３】
また、第１の検出手段で検出された電流値に基づくタイミングで、温度測定用コイルの内部抵抗値の変化量を検出し、その変化量に基づいて、コイル付近の温度を算出しているので、例えば、第１の検出手段で検出された電流値がゼロのときに、内部抵抗値を検出すれば、コイルからの誘起起電力の影響を受けずに、コイル付近の温度を算出することができる。これより、温度測定用コイル自身の温度上昇を防げるので、コイル付近の温度を実温度に近い温度で測定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の温度測定装置の構成を説明するための図である。
図１（ａ）に示すように、温度測定装置１０は、所定のスロット４１に１ターン巻かれる温度測定用コイル１１と、温度測定用コイル１１の内部抵抗値の変化量に基づいて温度測定用コイル１１付近の温度を測定する温度測定部１２とを備えて構成される。
【００１５】
上記温度測定用コイル１１は、例えば、３相交流モータのある１相を構成するコイル４２が巻かれる所定の２つのスロット４１と同じスロット４１に巻かれ、上記温度測定部１２により、その相を構成するコイル４２付近の温度、或いは、その相を構成するスロット４１内部の温度を測定する。
【００１６】
また、図１（ｂ）は、温度測定部１２の構成を示す図である。
図１（ｂ）に示すように、温度測定部１２は、所定のタイミングでＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１３をオン、オフさせることよって、ＦＥＴ１３に直列に接続される電圧源から温度測定用コイル１１に所定の電圧値を印加させ、温度測定用コイル１１の内部抵抗１４の抵抗値を算出し、その抵抗値に基づいて温度測定用コイル１１付近の温度を算出する制御回路１５（第２の検出手段、算出手段）と、温度測定用コイル１１と同じスロット４１に巻かれるコイル４２に流れる電流の電流値Ｉ_Ａ及び温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値Ｉ_Ｂを検出する電流値検出部１６（第１の検出手段）とを備えて構成される。なお、電流値ＩＡ及びＩＢは、例えば、それぞれコイル４２及び温度測定用コイル１１に接続される電流センサにより検出される。
【００１７】
また、図１（ｃ）は、制御回路１５の構成を示す図である。
図１（ｃ）に示すように、制御回路１５は、電流値検出部１６で検出されたコイル４２の電流値Ｉ_Ａと所定の電流値とを比較する電流値比較部１７と、電流値比較部１７の比較結果に基づいてＦＥＴ１３のオン、オフを制御するためのスイッチング信号を生成するスイッチング信号生成部１８と、ＦＥＴ１３がオンすることにより温度測定用コイル１１に印加される所定の電圧値と電流値検出部１６より検出される温度測定用コイル１１に流れる電流値Ｉ_Ｂとに基づいて温度測定用コイル１１の内部抵抗１４の抵抗値を算出する内部抵抗値算出部１９と、内部抵抗値算出部１９で算出された抵抗値に基づいて温度測定用コイル１１付近の温度を算出する温度算出部２０とを備えて構成される。なお、制御回路１５は、ＣＰＵ、記録部（可搬記録媒体を含む）、メモリ等より構成され、ＣＰＵは、電動機全体を制御する中央処理装置として構成してもよい。
【００１８】
次に、制御回路１５の動作について説明する。
図２は、制御回路１５の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、制御回路１５は、ＦＥＴ１３をオフにするためのスイッチング信号を生成しＦＥＴ１３に出力する。
【００１９】
次に、ステップＳ２において、制御回路１５は、電流値検出部１６で検出されたコイル４２の電流値Ｉ_Ａが所定の電流値以下であるか否かを判断する。
検出されたコイル４２の電流値Ｉ_Ａが所定の電流値以下でないと判断した場合（ステップＳ２がＮｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００２０】
一方、検出されたコイル４２の電流値Ｉ_Ａが所定の電流値以下と判断した場合（ステップＳ２がＹｅｓ）、ステップＳ３において、制御回路１５は、ＦＥＴ１３をオンするためのスイッチング信号を生成しＦＥＴ１３に出力し、所定の直流電圧を温度測定用コイル１１に印加する。
【００２１】
ここで、図３は、温度測定用コイル１１が巻かれるスロット４１と同じスロット４１に巻かれるコイル４２に流れる電流値Ｉ_Ａと時間ｔとの関係を示す図である。
図３に示すように、コイル４２に流れる電流は、交流電流であり、電流値Ｉ_Ａがゼロとなるタイミングが所定時間毎に発生している。上記所定の電流値は、この電流値Ｉ_Ａのゼロを基準としたある範囲（Ｉ_Ｃから−Ｉ_Ｃまでの間の範囲）に設定され、その上限値（Ｉ_Ｃ）又は下限値（−Ｉ_Ｃ）は、コイル４２からの誘起起電力の影響をあまり受けない程度に設定されることが望ましい。
【００２２】
そして、検出された電流値Ｉ_Ａがこの範囲内となる場合、すなわち、検出された電流値｜Ｉ_Ａ｜が所定の電流値｜Ｉ_Ｃ｜以下となる場合、ＦＥＴ１３をオンさせ、所定の直流電圧を温度測定用コイル１１に印加する。
次に、ステップＳ４において、制御回路１５は、温度測定用コイル１１に印加される所定の直流電圧の電圧値と温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値Ｉ_Ｂとから温度測定用コイル１１の内部抵抗１４の抵抗値を算出する。
【００２３】
そして、ステップＳ５において、制御回路１５は、算出された抵抗値に基づいて温度測定用コイル１１付近の温度を算出する。
通常、温度測定用コイル１１の内部抵抗値と温度測定用コイル１１付近の温度とは、比例の関係にあり、例えば、温度測定用コイル１１付近の温度が常温時と比べて高い場合、温度測定用コイル１１の内部抵抗値は、常温時の内部抵抗値よりも大きくなる。反対に、温度測定用コイル１１付近の温度が常温時と比べて低い場合、温度測定用コイル１１の内部抵抗値は、常温時の内部抵抗値よりも小さくなる。
【００２４】
また、温度測定用コイル１１の内部抵抗値と温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値とは反比例の関係にあるので、例えば、温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値が大きくなると、温度測定用コイル１１の内部抵抗値は小さくなる。反対に、温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値が小さくなると、温度測定用コイル１１の内部抵抗値は大きくなる。
【００２５】
すなわち、例えば、温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値が常温時の電流値と比べて小さい場合、温度測定用コイル１１付近の温度は常温時と比べて高く、その電流値の変化量から温度がどれくらい上昇したかを算出することができる。
【００２６】
また、例えば、温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値が常温時の電流値と比べて大きい場合、温度測定用コイル１１付近の温度は常温時と比べて低く、その電流値の変化量から温度がどれくらい下降したかを算出することができる。
これより、温度測定用コイル１１付近の温度、すなわち、温度測定用コイル１１と同じスロットに巻かれるコイル４２付近の温度を測定することが可能となる。
【００２７】
なお、温度測定用コイル１１に所定の電圧値を印加し温度測定用コイル１１に流れる電流の電流値を検出するタイミング、すなわち、ＦＥＴ１３をオンにさせるタイミングは、コイル４２に流れる電流値がゼロとなるときが望ましく、そのタイミングで温度を測定することにより、コイル４２の誘起起電力の影響を受けることなく温度測定用コイル１１又はコイル４２付近の温度を測定することが可能となる。
【００２８】
また、温度測定用コイル１１は、電動機を構成するためのコイル４２と同じ部材で構成しているので、部品点数や組付け工数を低減することができ、コストアップを抑えることが可能となる。また、コイル４２と独立させて温度測定用コイル１１をコイル４２と同じスロット４１内に設けているので、コイル４２に常に電流が流れていてもコイル４２付近の温度を測定することが可能となる。これより、どのような種類の電動機（例えば、３相交流モータなど）にも適用することが可能である。
【００２９】
また、温度測定用コイル１１と同一スロット４１に設けられるコイル４２に流れる電流値がゼロ付近のタイミングで温度を測定しているので、コイル４２の誘起起電力により温度測定用コイル１１に流れる電流量を少なくすることができるので、コイル４２の誘起起電力による温度測定用コイル１１の温度上昇を抑えることができる。これより、コイル４２付近の実際の温度に近い温度を測定することが可能となる。
【００３０】
また、コイル４２と温度測定用コイル１１とを所定のスロット４１に直に巻いていく場合は、コイル４２を巻く工程と同じ工程内で温度測定用コイル１１も所定のスロット４１に直に巻くことができるので、組付け工程をあまり増加させないようにすることができる。これより、更に、コストアップを抑えることが可能となる。
【００３１】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において、種々の構成を採用可能である。例えば、以下のような構成変更も可能である。
【００３２】
（１）上記実施形態における温度測定装置１０では、温度測定用コイル１１を電動機のある相を構成するコイル４２と同じ所定間隔離れた２つのスロット４１に巻く構成であるが、温度測定用コイル１１の先端部をヘアピン状に形成して、任意な１つのスロット内に設けるように構成してもよい。
【００３３】
（２）また、上記実施形態における温度測定装置１０では、所定のスロット４１に１ターン巻かれたコイルを温度測定用コイル１１として構成しているが、温度測定用コイル１１を巻くスペースがあれば、温度測定用コイル１１を形成する際のターン数は１ターン以上でもよい。そして、温度測定用コイル１１のターン数が多い程、その温度測定用コイル１１の内部抵抗値の変化率も高くなるので、コイル４２付近の温度を更に容易に測定することが可能となる。
【００３４】
（３）また、上記実施形態における温度測定装置１０では、温度測定用コイル１１を開ループ又は閉ループのどちらか一方に切り替えるためにＦＥＴ１３を使用しているが、温度測定用コイル１１を開ループ又は閉ループのどちらか一方に切り替えるための機能を構成することが可能であれば、バイポーラトランジスタなどＦＥＴ１３に限定されない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、コイルと温度測定用コイルとを同一部材で構成しているので、コストアップを抑えることが可能となる。
また、コイルの電流値に基づくタイミングで、温度測定用コイルの内部抵抗値を算出し、その内部抵抗値に基づいて、コイル付近の温度を算出しているので、コイルからの誘起起電力の影響を受けないタイミングで、コイル付近の温度を算出することができる。これより、コイル付近の温度を実温度に近い温度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の温度測定装置を示す図である。
【図２】温度測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】コイルの電流値を示す図である。
【図４】従来の温度測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０温度測定装置
１１温度測定用コイル
１２温度測定部
１３ＦＥＴ
１４内部抵抗
１５制御回路
１６電流値検出部
１７電流値比較部
１８スイッチング信号生成部
１９内部抵抗値検出部
２０温度算出部
４０ステータ
４１スロット
４２コイル
４３サーミスタ

Claims

ステータのスロットに巻かれるコイル付近の温度を測定する温度測定装置であって、
前記コイルが巻かれるスロットと同じスロットに１ターン以上巻かれて設けられ、前記コイルと同一部材の温度測定用コイルと、
前記コイルの電流値を検出する第１の検出手段と、
前記第１の検出手段で検出された電流値に基づくタイミングで、前記温度測定用コイルの内部抵抗値を検出する第２の検出手段と、
前記第２の検出手段で検出された内部抵抗値に基づいて、前記コイル付近の温度を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする温度測定装置。