JP2010088164A - Rotating electrical machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotating electrical machine of small size, light weight, high efficiency, and reliability. <P>SOLUTION: In the rotating electrical machine including a stator and a rotor, an RF-IC chip, a sensor element, a reader-writer, an external antenna, and the like are placed. Power supply to the RF-IC chip and the sensor element in a non-contact manner and a function of transmitting and receiving information in the same manner are also enabled. The rotating electrical machine is controlled by information obtained from them through the reader-writer and the monitoring of state, history, and the like is enabled. The rotating electrical machine includes: the RF-IC chip installed on or in the rotor; the sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip; and a signal reader-transmitter that is provided in a position opposite the RF-IC chip and supplies power to and transmits and receives information to and from the RF-IC chip and the sensor element in a non-contact manner. The rotating electrical machine is controlled by information obtained from the reader-transmitter. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線周波数集積回路(Radio Frequency ICチップ、以下RF−ICチップ)により回転電機の制御,状態・履歴監視などを行う回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine that performs control, state / history monitoring, and the like of a rotating electrical machine using a radio frequency integrated circuit (Radio Frequency IC chip, hereinafter referred to as RF-IC chip).

回転電機内部の回転子や固定子などの温度,磁気特性,歪(もしくは応力),加速度などの各種物性は、回転電機の運転状況で変化し、回転電機の性能と密接な関係にある。これらを計測し、回転電機を最適に制御することは、回転電機の一層の高効率化,信頼性を向上させることが可能である。   Various physical properties such as temperature, magnetic characteristics, strain (or stress), and acceleration of the rotor and stator inside the rotating electric machine vary depending on the operating condition of the rotating electric machine, and are closely related to the performance of the rotating electric machine. Measuring these and optimally controlling the rotating electrical machine can further improve the efficiency and reliability of the rotating electrical machine.

回転電機の小型軽量化のためには、回転電機内部へ各種センサを設置することが重要である。しかし、回転電機が複雑構造であることから、回転電機内部への各種のセンサの設置は難しい。特許文献1〜3では、従来から使用していた回転センサを回転電機のハウジング外部から、ハウジング内部に移設することについて検討している。   In order to reduce the size and weight of a rotating electrical machine, it is important to install various sensors inside the rotating electrical machine. However, since the rotating electrical machine has a complicated structure, it is difficult to install various sensors inside the rotating electrical machine. In Patent Documents 1 to 3, consideration is given to transferring a conventionally used rotation sensor from the outside of the housing of the rotating electrical machine to the inside of the housing.

特開平2−146949号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-146949 特開平1−98924号公報JP-A-1-98924 特開昭63−262083号公報JP-A 63-262083

しかしながら、回転電機内部には回転力を得るための非常に強い磁場が存在するため、各種のセンサの制御及び計測信号などに干渉し、測定が困難である上に測定値の信頼性を低下させる。   However, since there is a very strong magnetic field inside the rotating electrical machine to obtain rotational force, it interferes with various sensor controls and measurement signals, making measurement difficult and reducing the reliability of the measured values. .

さらに、回転子へ各種のセンサを設置することは、回転子が固定子等の構造物の内部に位置し、さらに回転子が回転体であるために、構造上困難が多い。また、センサの信号線や電力線などを有線で接続することが困難である。   Furthermore, it is difficult to install various sensors on the rotor because the rotor is located inside a structure such as a stator and the rotor is a rotor. In addition, it is difficult to connect a signal line or a power line of the sensor with a wire.

そこで本発明の目的は、回転電機のハウジング内にセンサを設置し、かつ回転電機のセンサ類の寸法低減をした、小型・軽量の回転電機を提供することにある。また、上記のようなセンサを備え、効率・信頼性の高い回転電機を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small and lightweight rotating electrical machine in which a sensor is installed in a housing of the rotating electrical machine and the dimensions of the sensors of the rotating electrical machine are reduced. Another object of the present invention is to provide a rotating electrical machine having the above-described sensor and having high efficiency and reliability.

上記課題を解決する本発明の特徴点は、回転子と、前記回転子と相互作用して回転子を回転させる固定子と、前記回転子の回転を制御する制御装置とを有する回転電機であって、前記回転電機は、前記回転子の表面または内部に設置されたRF−ICチップと、前記RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子と、前記RF−ICチップに対向する位置に設けられ、前記RF−ICチップおよびセンサ素子への電力供給と情報の送受信を非接触で行う信号の読取発信機とを有し、前記制御装置は前記読取発信機より得られた情報により回転電機を制御することを特徴とする。RF−ICチップが、回転子と共に回転移動する際に、移動速度に応じてRF−ICチップの信号周波数が変化する現象(ドップラー現象)や、移動距離に応じてRF−ICチップの信号強度が変化する現象を利用して、回転電機の回転を検出する。回転電機内部にRF−ICチップとセンサを回転電機内部に設置し、近接した位置にセンサ素子への電力供給と情報の送受信機能を兼ね備える信号の読取発信機(Reader−Writer以下リーダライタ)などを常設し、安定した電力の供給を実現することで、連続的に温度,磁気,歪(もしくは応力),加速度等を検出する。   A feature of the present invention that solves the above problems is a rotating electrical machine having a rotor, a stator that interacts with the rotor and rotates the rotor, and a control device that controls the rotation of the rotor. The rotating electrical machine is disposed at a position facing the RF-IC chip, an RF-IC chip installed on or inside the rotor, a sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip, and the RF-IC chip. A signal reading transmitter for supplying power to the RF-IC chip and the sensor element and performing transmission / reception of information in a non-contact manner, and the control device uses the information obtained from the reading transmitter to It is characterized by controlling. When the RF-IC chip rotates together with the rotor, the signal frequency of the RF-IC chip changes depending on the moving speed (Doppler phenomenon), and the signal intensity of the RF-IC chip depends on the moving distance. The rotation of the rotating electrical machine is detected by using a phenomenon that changes. An RF-IC chip and a sensor are installed inside the rotating electrical machine, and a signal reading transmitter (Reader-Writer, hereinafter referred to as a reader-writer) that has power supply to the sensor element and information transmission / reception functions in close proximity. Permanent installation and stable power supply enable continuous detection of temperature, magnetism, strain (or stress), acceleration, etc.

また、他の本発明は、上記の本発明のRF−ICチップと読み取り発信機の位置を変更し、固定子の表面または内部に設置されたRF−ICチップと、RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子と、回転子上のRF−ICチップに対向する位置に設けられ、非接触で前記RF−ICチップおよびセンサ素子への電力供給と情報の送受信機能を兼ね備える読取発信機を有することを特徴とする。   In another aspect of the present invention, the position of the RF-IC chip of the present invention and the reading transmitter is changed, and the RF-IC chip installed on the surface or inside of the stator is connected to the RF-IC chip. A reading transmitter that is provided at a position facing the RF-IC chip on the rotor and that is integrated with the integrated sensor element and has both power supply to the RF-IC chip and the sensor element and information transmission / reception functions in a non-contact manner. It is characterized by having.

上記本発明によれば、回転電機を小型軽量化するとともに、回転電機の効率・信頼性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the rotating electrical machine can be reduced in size and weight, and the efficiency and reliability of the rotating electrical machine can be improved.

以下、本発明について、更に詳細を説明する。本発明は、センサ装置により回転電機の運転状態等を測定する。回転電機は回転子と、回転子と相互作用して回転子を回転させる固定子と、回転子の回転を制御する制御装置とを有する。回転電機内部の回転子や固定子などの磁場,温度,応力や歪,加速度などの各種物性は、回転電機の運転状況で変化する。これらを計測し最適に制御することで回転電機の性能向上に寄与する。また、状態監視を行うことにより、回転電機の信頼性を向上させる。RF−ICチップ,無線ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子,リーダライタ,外部アンテナ等を固定子,回転子に配し、非接触でRF−ICチップ,センサ素子への電力供給と情報の送受信機能を可能にし、これらからリーダライタを介して得られた情報により回転電機を制御し、状態や履歴などの監視を可能にする。   The present invention will be described in detail below. In the present invention, the operating state of the rotating electrical machine is measured by the sensor device. The rotating electrical machine includes a rotor, a stator that interacts with the rotor and rotates the rotor, and a control device that controls the rotation of the rotor. Various physical properties such as the magnetic field, temperature, stress, strain, and acceleration of the rotor and stator inside the rotating electric machine vary depending on the operating condition of the rotating electric machine. Measuring these and controlling them optimally contributes to improving the performance of rotating electrical machines. Further, the reliability of the rotating electrical machine is improved by monitoring the state. Sensor elements, reader / writers, external antennas, etc. connected to or integrated with RF-IC chips and wireless IC chips are arranged on the stator and rotor, and power supply and information to the RF-IC chips and sensor elements without contact. The transmission / reception function is enabled, and the rotating electrical machine is controlled based on the information obtained through the reader / writer, and the status and history can be monitored.

RF−ICチップにより、情報の送受信と併せて、センサ素子,外部アンテナ等による磁場,温度,応力や歪,トルクや加速度などの計測ができる。また、RF−ICチップが、回転子と共に回転移動する際に、移動速度に応じてRF−ICチップの信号周波数が変化するドップラー現象や、移動距離に応じてRF−ICチップの信号強度が変化する現象を利用して、回転電機の回転を検出できる。   The RF-IC chip can measure magnetic fields, temperatures, stresses, strains, torques, accelerations, and the like using sensor elements, external antennas, etc., as well as information transmission and reception. Further, when the RF-IC chip rotates with the rotor, the Doppler phenomenon in which the signal frequency of the RF-IC chip changes according to the moving speed, and the signal intensity of the RF-IC chip changes according to the moving distance. It is possible to detect the rotation of the rotating electrical machine by utilizing the phenomenon.

RF−ICチップは、小型軽量で電力や情報を制御する機能があるため、高速の移動体上に設置して情報の送受信が可能である。RF−ICチップには、電磁誘導方式(主として135kHz,13.56MHz)あるいは電波方式(主として900MHz帯,2.54GHz)によって発信源からの電波をエネルギー源として動作するパッシブ型と、電池などの内蔵電源や外部から有線で供給される電源をエネルギー源として動作するアクティブ型の二つのタイプがある。パッシブ型のRF−ICチップは給電や情報の送受信が非接触で瞬時に行える。RF−ICチップでは、センサなどの他の素子や部品などへの余剰電力の供給や、情報の交換も可能である。   Since the RF-IC chip is small and light and has a function of controlling power and information, it can be installed on a high-speed moving body to transmit and receive information. The RF-IC chip has a passive type that operates using radio waves from a transmission source as an energy source by an electromagnetic induction method (mainly 135 kHz, 13.56 MHz) or a radio wave method (mainly 900 MHz band, 2.54 GHz), and a built-in battery or the like. There are two types, an active type that operates using a power source or an externally supplied power source as an energy source. A passive RF-IC chip can instantaneously perform power feeding and information transmission / reception without contact. In the RF-IC chip, it is possible to supply surplus power to other elements such as sensors and parts, and to exchange information.

RF−ICチップへの十分な給電と安定した情報の送受信のためには、通常リーダライタにRF−ICチップを近接させる必要がある。回転電機の場合、回転子は固定子などと近接して回転しているため、高速の移動体である回転子であっても、RF−ICチップへの十分な給電と安定した情報の送受信を、非接触で連続的に行うことが可能である。さらに、RF−ICチップに加えて、前記センサ素子にも、十分な給電と安定した情報の送受信を非接触で連続的に行うことが可能である。   For sufficient power supply to the RF-IC chip and stable transmission / reception of information, it is usually necessary to bring the RF-IC chip close to the reader / writer. In the case of a rotating electrical machine, the rotor rotates in close proximity to a stator or the like. Therefore, even a rotor that is a high-speed moving body can sufficiently supply power to the RF-IC chip and stably transmit and receive information. It is possible to carry out continuously without contact. Furthermore, in addition to the RF-IC chip, the sensor element can continuously perform sufficient power supply and stable transmission / reception of information without contact.

アンテナ素子と整流回路と導波路とが組み合わされた外部アンテナは、RF−ICチップ及びセンサ,リーダライタ(読取発信機)にそれぞれ設けることが好ましい。   The external antenna in which the antenna element, the rectifier circuit, and the waveguide are combined is preferably provided in the RF-IC chip, the sensor, and the reader / writer (reading transmitter).

回転電機としては、固定子巻線や回転子の磁石などにより回転子が回転する回転電動機と、回転子が外部からの回転トルクにより回転することによって、固定子巻線に交流電力が誘起され、固定子巻線から交流電流が出力される発電機がある。発電機としては、固定子巻線に三相交流電力が誘起され、出力されることが好ましい。回転電動機は、例えば、ハイブリッド電気自動車に使用される車両走行用のモータ,自動車のパワーステアリング用のモータ,電車の走行用モータ,エレベータなどの駆動用モータ,ハードディスクに用いられるスピンドルモータ,ポンプなどに用いられる汎用モータなどがある。なお、一つの回転電機に回転電動機と発電機との両方の機能を持たせて使用することが可能である。   As a rotating electrical machine, AC power is induced in the stator winding by rotating the rotor with the rotating torque from the outside, and the rotating motor in which the rotor is rotated by the stator winding or the magnet of the rotor, There is a generator that outputs an alternating current from a stator winding. As a generator, it is preferable that three-phase AC power is induced in the stator winding and output. Rotating motors are used in, for example, vehicle driving motors used in hybrid electric vehicles, automobile power steering motors, train driving motors, elevator driving motors, spindle motors used in hard disks, pumps, and the like. There are general-purpose motors used. Note that it is possible to use a single rotating electric machine having the functions of both a rotating motor and a generator.

運転状態を測定するセンサ装置は、RF−ICチップと、RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子と、RF−ICチップに対向する位置に設けられた読取発信機を有する。読取発信機はRF−ICチップ,非接触でセンサ素子へ電力供給するとともに、情報の送受信を行う。リーダライタからの電力供給により、連続的にセンサの駆動と情報の送受信を行うことが可能となる。外部アンテナ等としては、外部アンテナ素子,導波路,整流回路やアッテネータ等(以下、外部アンテナ等、または外部アンテナとする)が挙げられる。RF−ICチップ,センサ素子,外部アンテナ等は、互いの電力供給及び信号やデータの送受信などの性能に応じて好適な組み合わせを選ぶことができ、各種物性の計測に好適な位置に設置することができる。回転電機の固定子と回転子が金属などのRF波を反射しやすい材質の場合でも、RF波を容易に導波できるRF−ICチップ,外部アンテナ等の材質,形状を最適に選ぶことで対処可能である。   A sensor device for measuring an operating state includes an RF-IC chip, a sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip, and a reading transmitter provided at a position facing the RF-IC chip. The reading transmitter supplies power to the sensor element without contact with the RF-IC chip, and transmits and receives information. By supplying power from the reader / writer, the sensor can be continuously driven and information can be transmitted and received. Examples of the external antenna include an external antenna element, a waveguide, a rectifier circuit, an attenuator, and the like (hereinafter referred to as an external antenna or the like or an external antenna). The RF-IC chip, sensor element, external antenna, etc. can be selected in a suitable combination according to the performance of each other's power supply and transmission / reception of signals and data, etc., and should be installed at a position suitable for measuring various physical properties. Can do. Even when the stator and rotor of a rotating electrical machine are made of a material that easily reflects RF waves, such as metal, it is possible to cope with them by selecting the optimal material and shape of the RF-IC chip and external antenna that can easily guide the RF waves. Is possible.

また、RF−ICチップ,センサ素子,読取発信機および外部アンテナが、回転電機の運転環境に相当する環境下でも十分に機能できる耐熱性,対強度,耐衝撃性などの性能を有するものを使用する。回転電機は前記の損失等による発熱のため内部の温度は数十〜百数十℃まで上昇する場合がある。また、回転駆動力や起動停止の際の衝撃力も発生する。従って、前記RF−ICチップ,前記RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子、前記読取発信機および外部アンテナ等は回転電機の運転環境に相当する環境下でも十分に機能できる耐熱性,対強度,耐衝撃性などの性能を有することが必要である。センサ装置より得られた情報は、制御装置に伝達され、運転状態の記録や、回転機の運転制御に用いられる。   In addition, RF-IC chips, sensor elements, reading transmitters, and external antennas that have heat resistance, strength, impact resistance, and other performance that can function sufficiently even in environments equivalent to the operating environment of rotating electrical machines are used. To do. The internal temperature of a rotating electrical machine may rise to several tens to several tens of degrees Celsius due to heat generation due to the loss or the like. Further, a rotational driving force and an impact force at the time of starting and stopping are also generated. Therefore, the RF-IC chip, the sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip, the reading transmitter, the external antenna, and the like have heat resistance that can sufficiently function even in an environment corresponding to the operating environment of the rotating electrical machine, It must have performance such as strength and impact resistance. Information obtained from the sensor device is transmitted to the control device and used for recording the operation state and controlling the operation of the rotating machine.

回転電機を複数組み合わせた装置でも、本発明のRF−ICチップ,センサ素子,読取発信機および外部アンテナを備えたものとすることが可能である。複数の回転電機を組み合わせて用いる場合には、一方の回転電機の回転軸に他方の回転電機を設ける。いずれかの回転電機のみにセンサ装置を設けてもよいし、両方の回転電機にセンサ装置を設けてもよい。   Even an apparatus in which a plurality of rotating electrical machines are combined can be provided with the RF-IC chip, sensor element, reading transmitter and external antenna of the present invention. When a plurality of rotating electrical machines are used in combination, the other rotating electrical machine is provided on the rotating shaft of one rotating electrical machine. Only one of the rotating electrical machines may be provided with the sensor device, or both of the rotating electrical machines may be provided with the sensor device.

密閉構造の回転電機の内部や、回転構造物である回転子など、これまでの有線接続では実現しにくかった部位の各種物性値の計測と情報の送受信をRF−ICチップとセンサ素子などにより達成できる。センサ素子にも、非接触で連続的に十分な給電と安定した情報の送受信が可能である。センサ素子としては、温度センサ,磁気センサ,歪センサ,加速度センサが例示され、これらの少なくともいずれか、もしくは複数を使用する。センサ装置は、適宜測定する物性に適した位置に配置される。RF−ICチップとセンサ素子の配置場所は回転子でも固定子でもよいし、リーダライタは対向する位置であれば回転子以外ならどこでも良い。RF−ICチップ,センサ素子を回転子に設け、読み取り発信機を固定子側に設けてもよいし、逆に固定子にRF−ICチップ,センサ素子を設けてもよい。測定する物性値に応じて読み取り発信機やRF−ICチップを回転電機の筐体などに設けることができる。また、読み取り発信機は、回転子以外の場所に固定される。   Using RF-IC chips and sensor elements, it is possible to measure various physical properties and transmit / receive information in parts that have been difficult to achieve with conventional wired connections, such as inside a rotating electrical machine with a sealed structure or a rotor that is a rotating structure. it can. The sensor element can also continuously supply sufficient power and stably send and receive information without contact. Examples of the sensor element include a temperature sensor, a magnetic sensor, a strain sensor, and an acceleration sensor, and at least one or more of these are used. The sensor device is disposed at a position suitable for the physical property to be measured as appropriate. The RF-IC chip and the sensor element may be arranged at the rotor or the stator, and the reader / writer may be located anywhere other than the rotor as long as the reader / writer is opposed. The RF-IC chip and the sensor element may be provided on the rotor, and the reading transmitter may be provided on the stator side. Conversely, the RF-IC chip and the sensor element may be provided on the stator. A reading transmitter or an RF-IC chip can be provided in a casing of a rotating electric machine or the like according to a physical property value to be measured. The reading transmitter is fixed at a place other than the rotor.

また、RF−ICチップ,センサ素子,外部アンテナ等を回転電機の外部に設けてもよい。読取発信機を回転電機の筐体の外部に設けることにより、密閉構造の回転電機の内部状態を外部から測定することも可能である。さらに、本発明のセンサ装置の各部は、非接触で回転電機の物性を測定するため、回転子や固定子の表面のほか、これらの内部に設けることも可能である。回転子,固定子上に直接設ける必要はなく、回転電機の回転軸に別途設けられた機構に設置してもよい。RF−ICチップ,センサ素子およびリーダライタに、外部アンテナ等を接続することにより、センサ装置の電力および信号の送受信特性を変化させることができる。   Further, an RF-IC chip, a sensor element, an external antenna, etc. may be provided outside the rotating electrical machine. By providing the reading transmitter outside the casing of the rotating electrical machine, the internal state of the sealed rotating electrical machine can be measured from the outside. Furthermore, since each part of the sensor device of the present invention measures the physical properties of the rotating electrical machine in a non-contact manner, it can be provided inside the rotor and the stator, as well as in the interior thereof. It is not necessary to provide directly on a rotor and a stator, and you may install in the mechanism separately provided in the rotating shaft of the rotary electric machine. By connecting an external antenna or the like to the RF-IC chip, the sensor element, and the reader / writer, the power and signal transmission / reception characteristics of the sensor device can be changed.

RF−ICチップ,センサ素子および外部アンテナ等は、従来のICカードや識別タグなどの用途と同様に、印刷法などによりシート状に加工された形で固定できる。RF−ICチップ,センサ素子および外部アンテナ等は小型・安価であるため、回転電機に複数個設置して各種機能を分担させたり、複数を合わせて信号の高出力化が可能である。また、一方が故障の場合に他方で代替するなど、信頼性向上に寄与する。リードライトが可能な機能を有するRF−ICチップを使用すると、回転電機およびセンサ素子の運転,制御,精度校正,保守点検,維持管理に活用できる。さらに、RF−ICチップ,センサ素子,読取発信機および外部アンテナを、電力供給用と情報の送受信用に分けて活用できる。   An RF-IC chip, a sensor element, an external antenna, and the like can be fixed in a form processed into a sheet by a printing method or the like, as in the case of a conventional IC card or identification tag. Since the RF-IC chip, the sensor element, the external antenna, and the like are small and inexpensive, they can be installed in a rotating electrical machine to share various functions, or the signal output can be increased by combining them. Moreover, it contributes to the improvement of reliability, for example, when one fails, the other is substituted. When an RF-IC chip having a function capable of reading and writing is used, it can be used for operation, control, accuracy calibration, maintenance inspection, and maintenance management of the rotating electrical machine and the sensor element. Furthermore, the RF-IC chip, sensor element, reading transmitter and external antenna can be used separately for power supply and information transmission / reception.

RF−ICチップは従来よりICカードや識別タグなどの情報認証の用途を中心に使用されているが、RF−ICチップおよびセンサをリーダライタから遠隔した部位に設置し、リーダライタを近づけた時だけ、もしくは別途電力を貯蔵,供給する機構を設けることによって、リーダライタを近づけた時点の物性値の計測を行ったり、センサの駆動や情報の送受信などをするオンデマンドタイプが一般的である。(特開2005−18175号公報,特開2005−96726号公報など。)本発明者は、リーダライタにICチップを近づけることで、ICチップに情報の読み書きを行うのみならず、回転電機の状態監視にRF−ICチップを連続的に使用し、センサの駆動と情報の送受信を行うことを検討した。RF−ICチップを高速の移動体上に設置した場合、移動速度に応じてRF−ICチップの信号周波数が変化するドップラー現象や、移動距離に応じてRF−ICチップの信号強度が変化する。前記センサによる各種物性値の計測と情報の送受信と併せて、回転電機の回転を測定可能である。   The RF-IC chip has been used mainly for the purpose of information authentication such as IC cards and identification tags. However, when the RF-IC chip and sensor are installed at a location remote from the reader / writer and the reader / writer is brought close to the RF-IC chip. In general, an on-demand type that measures a physical property value when the reader / writer is brought close, or drives a sensor or transmits / receives information by providing a mechanism for storing and supplying power separately is generally used. (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-18175, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-96726, etc.) The inventor not only reads / writes information from / to the IC chip by bringing the IC chip close to the reader / writer, but also the state of the rotating electrical machine. We investigated the continuous use of RF-IC chips for monitoring to drive sensors and send and receive information. When the RF-IC chip is installed on a high-speed moving body, the Doppler phenomenon in which the signal frequency of the RF-IC chip changes according to the moving speed, and the signal intensity of the RF-IC chip changes according to the moving distance. Together with the measurement of various physical property values by the sensor and the transmission / reception of information, the rotation of the rotating electrical machine can be measured.

従来の技術と本発明では、RF−ICチップを移動体に取り付け、移動速度や移動距離に応じて移動体の速度や変位量を求める点が異なる。これまでのRF波のドップラー現象や、信号強度変化を移動体のセンサに応用した例として、固定された発信源から移動体に対してRF波を照射し、反射波を受信して移動体の速度や変位量を求める気象用や海洋観測用のドップラーレーダや、防犯用ドップラーセンサなどがある。RF−ICチップへの十分な給電と安定した情報の送受信のためには、通常リーダライタにRF−ICチップを近接させる必要がある。自由空間を移動する移動体で、移動体にRF−ICチップを搭載するのは困難であるからである。   The conventional technique and the present invention differ in that an RF-IC chip is attached to a moving body, and the speed and displacement amount of the moving body are determined according to the moving speed and the moving distance. As an example of applying the Doppler phenomenon of RF waves and changes in signal intensity to a sensor of a moving object, an RF wave is irradiated to the moving object from a fixed transmission source, a reflected wave is received, and the moving object is There are meteorological and marine observation Doppler radars for obtaining speed and displacement, and crime prevention Doppler sensors. For sufficient power supply to the RF-IC chip and stable transmission / reception of information, it is usually necessary to bring the RF-IC chip close to the reader / writer. This is because it is difficult to mount an RF-IC chip on a moving body that moves in free space.

本発明者らは、回転電機の移動体にRF−ICチップを搭載するというアイデアにより、RF波のドップラー現象や信号強度変化などを利用して回転速度や変位量を非接触で連続的に求めることを達成した。回転子は固定子などと近接して回転しているため、十分な給電と安定した情報の送受信を、非接触で連続的に行う上で好適である。密閉構造の回転電機の内部や回転構造物である回転子などのこれまでの有線接続による各種物性値の計測と情報の送受信の困難な部位で行ったところが特徴的である。本発明によれば、回転電機内部や回転子の磁場,温度,応力や歪,加速度などの物性の計測が可能となり、回転電機の制御を最適化して回転電機の性能や信頼性を向上させる。   Based on the idea of mounting an RF-IC chip on a moving body of a rotating electrical machine, the present inventors continuously obtain a rotation speed and a displacement amount in a non-contact manner using a Doppler phenomenon of RF waves, a change in signal intensity, and the like. Achieved that. Since the rotor rotates in the vicinity of the stator or the like, it is suitable for continuous power supply and stable transmission / reception of information without contact. It is characteristic that the measurement was performed at a site where it was difficult to measure various physical property values and transmit / receive information by wired connection so far, such as the inside of a rotary electric machine with a sealed structure or a rotor as a rotating structure. According to the present invention, it is possible to measure physical properties such as the magnetic field, temperature, stress, strain, and acceleration in the rotating electric machine and the rotor, and optimize the control of the rotating electric machine to improve the performance and reliability of the rotating electric machine.

さらに本発明は従来の回転センサが阻害していた回転電機の小型軽量化に寄与する。一般に、回転電機にはいわゆるモータと、いわゆる発電機がある。モータは、ティースとスロットとを有する固定子鉄心と、スロットに配置された固定子巻線に交流電流が流れることによって生じる磁気的な反発・吸引力によって、回転子に回転トルクが生じて回転子が回転する。発電機は、回転子が外部からの回転トルクにより回転することによって、固定子巻線に交流電力が誘起され、固定子巻線から交流電流が出力される。前記いずれの回転電機でも高効率化や小型軽量化などを目的とし、回転子に強力な永久磁石を用いるものがある。   Furthermore, the present invention contributes to the reduction in size and weight of a rotating electrical machine that has been hindered by conventional rotation sensors. Generally, there are so-called motors and so-called generators in rotating electrical machines. In the motor, a rotor core generates rotational torque by a magnetic repulsion / attraction force generated by an alternating current flowing through a stator core having teeth and a slot and a stator winding disposed in the slot. Rotates. In the generator, when the rotor is rotated by a rotational torque from the outside, AC power is induced in the stator winding, and AC current is output from the stator winding. Any of the above rotating electric machines uses a strong permanent magnet for the rotor for the purpose of improving efficiency and reducing the size and weight.

これまで、永久磁石やインバータ制御などの適用により、回転電機の効率改善とともに小型軽量化が進展した。回転電機本体の小型軽量化が進む一方で、一部の試験機などを除き回転電機内部への各種のセンサの設置はほとんど進展していない。回転電機の回転を検出するセンサは回転電機の外部に取り付けられる場合が多く、比較的大きなスペースを占め、回転電機の小型軽量化を阻害する要因となっている。   Up to now, the use of permanent magnets and inverter control has improved the efficiency of rotating electrical machines and has led to the reduction in size and weight. While the rotating electrical machine main body is becoming smaller and lighter, installation of various sensors inside the rotating electrical machine has hardly progressed except for some testing machines. A sensor that detects the rotation of a rotating electrical machine is often attached to the outside of the rotating electrical machine, occupies a relatively large space, and is a factor that hinders the reduction in size and weight of the rotating electrical machine.

現在、回転速度センサとしてレゾルバやエンコーダなどが広く用いられている。これらは停止時から位置検出が可能で、検出精度が高く、かつ信頼性が高い。しかしレゾルバは、レゾルバ自体が回転電機である。また、エンコーダは、光や磁気の変化を記録させたスケールやLEDランプなどの光源などを有する。これらのセンサは数多くの部品から構成される複雑な機構を有するため、小型軽量化の限界がある。またレゾルバやエンコーダは、回転電機の固定子や回転子に直接設置できず、回転電機の回転軸に外付けで別途設置される場合が多い。また、ホール素子のような回転センサは上記のセンサに比して精度や機能が劣り、精密なトルク,回転速度の測定や制御がしにくかったり、定回転速度のみなど機能や性能が制限された回転電機に適用される。   Currently, resolvers and encoders are widely used as rotational speed sensors. These can detect the position from the stop, have high detection accuracy, and high reliability. However, the resolver itself is a rotating electric machine. The encoder has a light source such as a scale or LED lamp that records changes in light and magnetism. Since these sensors have a complicated mechanism composed of many parts, there is a limit to reducing the size and weight. In addition, the resolver and the encoder cannot be directly installed on the stator or the rotor of the rotating electrical machine, and are often installed separately on the rotating shaft of the rotating electrical machine. Also, rotation sensors such as Hall elements are inferior in accuracy and function compared to the above sensors, and it is difficult to measure and control precise torque and rotation speed, and functions and performance such as only constant rotation speed are limited. Applicable to rotating electrical machines.

本発明は、センサの小型化とともに、センサの内蔵に成功するため、小型軽量な回転電機を達成できる。スピンドルモータのような超小型の回転電機にも適用可能である。また、数多くの部品から構成される複雑な構造を有しないため、コストが低減可能である。   According to the present invention, since the sensor is miniaturized and the sensor is built in successfully, a small and lightweight rotating electrical machine can be achieved. The present invention can also be applied to an ultra-small rotating electric machine such as a spindle motor. Moreover, since it does not have the complicated structure comprised from many components, cost can be reduced.

回転電機の性能向上のうち、環境意識の高まりとともに、回転電機の効率改善は最も重要な改良の一つである。統計上、日本国内の回転電機の効率を1%向上させると、原子力発電所1基分の電力消費量を削減できる。回転電機の効率は、一般に入力(一般に電力:W)に対する出力(一般に電力:W)の比率で表され、鉄損,銅損,機械損,浮遊損などの損失が増大することによって低下する。鉄損は鉄心が磁化される際に発生する損失で、主として素材である電磁鋼板などの鉄心材料の特性と、固定子巻線や磁石による磁場に依存する。銅損は固定子巻線を電流が流れることによって発生するジュール熱である。機械損は回転軸などで発生する機械的な損失である。浮遊損はこれら以外の損失を総合したものである。これらの損失は、熱の形で放出され、回転電機は発熱する。鉄心による鉄損,巻線による銅損,回転部による機械損により、回転電機内部には複雑な温度分布が形成される。   Among the improvements in the performance of rotating electrical machines, with the increasing environmental awareness, improving the efficiency of rotating electrical machines is one of the most important improvements. Statistically, if the efficiency of rotating electrical machines in Japan is improved by 1%, power consumption for one nuclear power plant can be reduced. The efficiency of a rotating electrical machine is generally represented by the ratio of output (generally power: W) to input (generally power: W), and decreases as losses such as iron loss, copper loss, mechanical loss, and floating loss increase. The iron loss is a loss that occurs when the iron core is magnetized, and depends mainly on the characteristics of the iron core material such as the electromagnetic steel sheet, which is the material, and the magnetic field generated by the stator windings and magnets. Copper loss is Joule heat generated by current flowing through the stator winding. The mechanical loss is a mechanical loss that occurs in the rotating shaft or the like. Floating loss is the sum of all other losses. These losses are released in the form of heat, and the rotating electrical machine generates heat. A complicated temperature distribution is formed inside the rotating electrical machine due to iron loss due to the iron core, copper loss due to the winding, and mechanical loss due to the rotating part.

回転電機の損失は上記のように分類されるが、個別に実測されているわけではない。それぞれの損失の理論式から求められる計算値や、素材段階で実測あるいは別途試作機などで実測された値等から推定される。中でも鉄損は、素材の鉄損値と実際に回転電機で発生していると推定される鉄損値との間に倍以上の差異があることも珍しくない。損失を正確に把握することは、回転電機の制御を改善し、効率向上に寄与する。   The loss of the rotating electrical machine is classified as described above, but is not actually measured individually. It is estimated from a calculated value obtained from each loss theoretical formula, a value actually measured at the material stage, or a value actually measured by a separate prototype machine. Above all, it is not uncommon for the iron loss to be more than double the difference between the iron loss value of the material and the iron loss value estimated to be actually generated in the rotating electrical machine. Accurately grasping the loss improves the control of the rotating electrical machine and contributes to the improvement of efficiency.

また、固定子鉄心にはティース,スロットや固定子巻線が、回転子鉄心には永久磁石などがあり、回転電機内部には形状や材質などの複雑な分布が存在する。このため、回転電機内部の物性の把握は非常に難しい。巻線部,鉄心,磁石などの分布に応じて複雑な磁場が形成される。さらに、製法・材質による残留応力や歪、微細組織や電磁気特性の変化が存在する。例えば回転電機の回転子には電磁鋼板が使用され、打ち抜き加工、組立て時の圧入や焼き嵌め工程での残留応力や歪が存在する。また、加工によって金属に加工硬化が生じる。従って、回転電機の機械的な強度や電磁気特性についても形状や材質と関係した複雑な分布が存在する。さらに回転電機の回転子,固定子には起動・運転・停止や、出力の時間的な変化により、回転数などが変化し、大きなトルクや加速度がかかるため、この応力や歪の分布は時間に応じて変化する。上述のように複雑な空間分布で磁場,温度,応力や歪,トルク,加速度,機械強度や電磁気特性などが時間的に変化する際に、運転中の磁場,温度,応力や歪などの物性値は一部を除き実測されていない。これらの物性値が一定の限界値を超えると、出力・効率の低下や破損して暴走・停止する可能性がある。信頼性を確保するために、限界値を超えないよう安全側に設計され、効率を低下させて十二分に条件に余裕を持たせた設計で運転,制御がされる。   The stator core has teeth, slots, and stator windings, and the rotor core has permanent magnets. A complicated distribution of shapes, materials, and the like exists inside the rotating electrical machine. For this reason, it is very difficult to grasp the physical properties inside the rotating electrical machine. A complex magnetic field is formed according to the distribution of windings, iron cores, magnets, and the like. In addition, there are changes in residual stress and strain, microstructure and electromagnetic characteristics due to the manufacturing method and material. For example, electromagnetic steel plates are used for rotors of rotating electrical machines, and there are residual stresses and strains in stamping, press fitting during assembly, and shrink fitting processes. Further, work hardening occurs in the metal by processing. Accordingly, there is a complicated distribution related to the shape and material of the mechanical strength and electromagnetic characteristics of the rotating electrical machine. In addition, the rotation and rotation of the rotor and stator of a rotating electrical machine change due to start-up / operation / stop and time-dependent changes in output, and a large torque or acceleration is applied. Will change accordingly. When the magnetic field, temperature, stress, strain, torque, acceleration, mechanical strength, electromagnetic characteristics, etc. change with time in a complex spatial distribution as described above, physical properties such as magnetic field, temperature, stress, strain, etc. during operation Are not measured except for a part. If these physical property values exceed a certain limit value, there is a possibility that the output / efficiency deteriorates or breaks, causing runaway / stop. In order to ensure reliability, it is designed on the safe side so that it does not exceed the limit value, and it is operated and controlled with a design that reduces the efficiency and provides sufficient margin.

回転電機には、センサの取り付けが困難である。とりわけ、回転体である回転子の場合、センサへの給電のための給電線や情報の送受信のための信号線の接続や計測が困難である。しかし、運転中の回転子の磁場,温度,応力や歪,トルクや加速度などの物性値の測定・制御は回転電機の効率化に有効となる。   It is difficult to attach a sensor to a rotating electrical machine. In particular, in the case of a rotor that is a rotating body, it is difficult to connect and measure a power supply line for supplying power to the sensor and a signal line for transmitting and receiving information. However, measurement and control of physical values such as the magnetic field, temperature, stress and strain, torque and acceleration of the rotor during operation are effective for improving the efficiency of the rotating electrical machine.

運転中の回転電機内部の磁場,温度,応力や歪,トルクや加速度などの値を連続的に測定し、限界値を超えないように回転電機を最適に制御することができれば、従来の設計基準より正確でより厳密な基準で運転,制御が可能となる。本発明は、回転電機にセンサの取り付けができ、かつ運転中に回転を妨げずに運転状態を実測することができるため、運転状態に合わせた回転電機の制御により、回転電機の性能を限界近くまで引き出すことが可能となり、効率が向上する。また、これらの重要な物性値を連続的に測定し、回転電機の状態監視や運転履歴等の履歴監視も可能となるため、回転電機の信頼性を改善できる。   If it is possible to continuously measure the magnetic field, temperature, stress, strain, torque, acceleration, and other values inside the rotating electric machine during operation and optimally control the rotating electric machine so that the limit value is not exceeded, the conventional design standard Operation and control are possible with more accurate and strict standards. In the present invention, the sensor can be attached to the rotating electrical machine, and the operating state can be actually measured without disturbing the rotation during operation. Therefore, the performance of the rotating electrical machine is almost limited by controlling the rotating electrical machine according to the operating state. It is possible to pull out until the efficiency is improved. Further, since these important physical property values can be continuously measured to monitor the state of the rotating electrical machine and the history of operation history, etc., the reliability of the rotating electrical machine can be improved.

以下、図面を用いて本発明の構成を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図1(a)は、回転電動機のうち永久磁石を使用した同期モータ(同期回転電機110)の回転軸に沿った方向の固定子および回転子の断面図である。この同期モータは、固定子と回転子とを有するものであり、固定子は、ティースとスロットとを有する固定子鉄心と、スロットに配置された固定子巻線とを有する。固定子鉄心(以下「鉄心」と呼称する場合がある)は、積層された鋼板などで作られている。エンドブラケット132を両側に有するハウジング130の内側に固定子140が固定されている。固定子140は、固定子ティース152と固定子スロット150とを有する固定子鉄心142と、固定子スロット150の内部に配置された固定子巻線144を有している。固定子鉄心142と空隙を介して対向するように回転子160が設けられており、回転子160は、シャフト180に固定されている。シャフト180は、両側に配置された軸受け136によりエンドブラケット132に回転可能に支持されている。この形態で説明した回転電機は、例えば50KW級の永久磁石同期モータであり、固定子鉄心の外形が約190mm、軸長が130mmである。本実施例で使用する同期モータの最高回転速度の運転域が100〜100000回/分(rpm)の範囲であることが好ましい。   FIG. 1A is a cross-sectional view of a stator and a rotor in a direction along a rotation axis of a synchronous motor (synchronous rotating electric machine 110) using a permanent magnet in a rotary electric motor. This synchronous motor has a stator and a rotor, and the stator has a stator iron core having teeth and a slot, and a stator winding disposed in the slot. A stator iron core (hereinafter sometimes referred to as “iron core”) is made of laminated steel plates or the like. A stator 140 is fixed inside a housing 130 having end brackets 132 on both sides. The stator 140 has a stator core 142 having a stator tooth 152 and a stator slot 150, and a stator winding 144 disposed inside the stator slot 150. A rotor 160 is provided so as to face the stator iron core 142 via a gap, and the rotor 160 is fixed to the shaft 180. The shaft 180 is rotatably supported by the end bracket 132 by bearings 136 disposed on both sides. The rotating electrical machine described in this embodiment is, for example, a 50 KW class permanent magnet synchronous motor, and the outer shape of the stator core is about 190 mm and the shaft length is 130 mm. It is preferable that the operating range of the maximum rotational speed of the synchronous motor used in this embodiment is in the range of 100 to 100,000 times / minute (rpm).

図2は、同じく永久磁石を使用した同期モータの、回転軸に垂直な断面を示す図である。回転子160は、回転子鉄心162と永久磁石166とを有しており、この形態では、回転子鉄心162の内部に磁石挿入孔が設けられ、この磁石挿入孔の内部に永久磁石166が埋設されている。図2に示す固定子巻線144は、分布巻の例である。図2では、回転子160は8極であり、各々の極は、一個の永久磁石166で構成されている。永久磁石166は、シャフト180の周囲にそれぞれ等角度で配置されている。なお、回転子160は、8極に限定されるものではなく、10極やそれ以上の極数が可能であり、また6極や4極なども可能である。また、各々の極は、1個の永久磁石で構成しても良いし、2個や3個などの複数の磁石で構成しても良い。2個や3個で極を構成する場合は、2個や3個毎に磁化極性が反転するように永久磁石は配置される。   FIG. 2 is a view showing a cross section perpendicular to the rotation axis of a synchronous motor that similarly uses a permanent magnet. The rotor 160 has a rotor core 162 and a permanent magnet 166. In this embodiment, a magnet insertion hole is provided in the rotor core 162, and the permanent magnet 166 is embedded in the magnet insertion hole. Has been. The stator winding 144 shown in FIG. 2 is an example of distributed winding. In FIG. 2, the rotor 160 has eight poles, and each pole is constituted by a single permanent magnet 166. The permanent magnets 166 are arranged around the shaft 180 at equal angles. Note that the rotor 160 is not limited to 8 poles, and can have 10 poles or more, and can have 6 poles or 4 poles. Each pole may be composed of a single permanent magnet or a plurality of magnets such as two or three. When two or three poles are used, the permanent magnet is arranged so that the magnetization polarity is reversed every two or three.

また、図3は、図2に示す回転子160の部分拡大図である。各々の永久磁石166は、極毎に磁化方向が逆になっており、固定子に対向する側の面が回転子160の極毎にN極またはS極となるように、さらにN極の永久磁石の両隣は、固定子140に対向する側がS極となるように、交互に逆極性に永久磁石は磁化されている。   FIG. 3 is a partially enlarged view of the rotor 160 shown in FIG. Each permanent magnet 166 has a reversed magnetization direction for each pole, and further has a N pole permanent so that the surface on the side facing the stator becomes an N pole or an S pole for each pole of the rotor 160. On both sides of the magnet, the permanent magnets are alternately magnetized in opposite polarities so that the side facing the stator 140 is the south pole.

永久磁石166の固定子に対向する側の回転子鉄心162が、部分的に磁極片168として作用し、この磁極片168を介して回転子と固定子と間に磁気回路が形成され、永久磁石166の磁束は、磁極片168を有する磁気回路を通して固定子に供給され、あるいは、磁束が固定子から永久磁石166に供給される。回転子の隣り合う極を構成する永久磁石の固定子に対向する側は逆極性となっている。隣り合う極の磁極片168の間で磁束が漏洩する恐れがあり、回転子の隣り合う極の間に磁束の漏洩を防ぐブリッジ部170を備えている。ブリッジ部170では、磁束が流れる断面積が絞られ、この部分が磁気飽和状態となることにより、漏洩磁束が押さえられている。   The rotor core 162 on the side of the permanent magnet 166 facing the stator partially acts as a magnetic pole piece 168, and a magnetic circuit is formed between the rotor and the stator via the magnetic pole piece 168, so that the permanent magnet The magnetic flux of 166 is supplied to the stator through a magnetic circuit having a pole piece 168, or the magnetic flux is supplied from the stator to the permanent magnet 166. The side facing the stator of the permanent magnet constituting the adjacent poles of the rotor has a reverse polarity. There is a possibility that the magnetic flux leaks between the pole pieces 168 of the adjacent poles, and the bridge portion 170 that prevents the leakage of the magnetic flux is provided between the adjacent poles of the rotor. In the bridge portion 170, the cross-sectional area through which the magnetic flux flows is reduced, and this portion is in a magnetic saturation state, thereby suppressing the leakage magnetic flux.

図1(b)、図2は本発明のセンサを設けた例である。190は本形態のRF−ICチップおよびRF−ICチップと一体となったセンサ素子、191は本形態の外部アンテナ等をそれぞれ示す。本形態では、RF−ICチップ,センサ素子190および外部アンテナ等191などは回転子に、前記リーダライタ用外部アンテナ等191は固定子にそれぞれ最適な位置に設置される。また、図5は、図2と同様に回転子にRF−ICチップを設置した例であるが、RF−ICチップを複数個設置した例である。   FIG. 1B and FIG. 2 are examples in which the sensor of the present invention is provided. Reference numeral 190 denotes an RF-IC chip of this embodiment and a sensor element integrated with the RF-IC chip, and 191 denotes an external antenna of this embodiment. In this embodiment, the RF-IC chip, the sensor element 190, the external antenna 191 and the like are installed at the optimal position on the rotor, and the reader / writer external antenna 191 and the like are installed at the optimal position on the stator. FIG. 5 shows an example in which an RF-IC chip is installed on the rotor as in FIG. 2, but an example in which a plurality of RF-IC chips are installed.

なお、図5ではRFICチップを複数個設置したが、多種のセンサ素子を併用して測定する物性を多角的としたり、読取発信機を複数として通信の回数・強度を調整することができる。   In FIG. 5, a plurality of RFIC chips are installed. However, the physical properties measured by using various sensor elements can be diversified, and the number and intensity of communications can be adjusted by using a plurality of reading transmitters.

図1(a)において、従来の同期回転電機110は、回転子160の回転位置を検出するセンサ184を有しており、回転子160の極の位置を表す信号を出力する。センサ184は、例えばレゾルバあるいはホール素子などを備えた回転センサである。   In FIG. 1A, the conventional synchronous rotating electric machine 110 has a sensor 184 that detects the rotational position of the rotor 160, and outputs a signal indicating the pole position of the rotor 160. The sensor 184 is a rotation sensor provided with, for example, a resolver or a hall element.

従来と同様に、本実施例でもセンサ装置の出力に基づき、回転子160の極の位置に基づく三相交流電流が図示しないインバータ装置により作られ、固定子巻線144に供給される。三相交流電流により固定子140は回転磁界を発生し、回転磁界に基づく磁束が回転子160に作用する。回転子160が有する永久磁石166と回転磁界とにより、回転子160には回転トルクが発生する。この回転トルクを出力することにより、同期回転電機110は回転電動機として動作する。   As in the prior art, also in this embodiment, based on the output of the sensor device, a three-phase alternating current based on the pole position of the rotor 160 is generated by an inverter device (not shown) and supplied to the stator winding 144. The stator 140 generates a rotating magnetic field by the three-phase alternating current, and a magnetic flux based on the rotating magnetic field acts on the rotor 160. A rotating torque is generated in the rotor 160 by the permanent magnet 166 included in the rotor 160 and the rotating magnetic field. By outputting this rotational torque, the synchronous rotating electrical machine 110 operates as a rotating motor.

また、外部からの回転トルクを回転子140に加えることにより、固定子巻線144に交流電力が発生する。この交流電力を図示しないインバータまたはダイオードで構成される整流回路を介して交流あるいは直流として出力することにより、同期回転電機110は発電機として動作する。   Further, by applying external rotational torque to the rotor 140, AC power is generated in the stator winding 144. By outputting this AC power as AC or DC via a rectifier circuit composed of an inverter or a diode (not shown), the synchronous rotating electrical machine 110 operates as a generator.

固定子巻線144は、分布巻にすることも集中巻にすることも可能であり、本発明はどちらにも適用できる。図4に、他の同期回転電機の例を示す。図1ないし3との相違は、図2と異なり固定子巻線144が集中巻である点、回転子160が10極を有している点、さらに磁石が曲線形状を成している点である。本形態では、回転子鉄心162には、曲線を有する形状の磁石挿入孔が形成され、その中に曲線形状を有する磁石が挿入されている。磁石は、図2で説明したものと同様に、固定子に対向する側の面から磁束が出入する。また、回転子160の各極はそれぞれ1個の永久磁石166を有しているが、複数個の永久磁石を有していても良い。   The stator winding 144 can be distributed winding or concentrated winding, and the present invention can be applied to both. FIG. 4 shows an example of another synchronous rotating electrical machine. The difference from FIGS. 1 to 3 is that, unlike FIG. 2, the stator winding 144 is concentrated, the rotor 160 has 10 poles, and the magnet has a curved shape. is there. In this embodiment, a magnet insertion hole having a curved shape is formed in the rotor core 162, and a magnet having a curved shape is inserted therein. As in the magnet described with reference to FIG. 2, magnetic flux enters and exits from the surface facing the stator. In addition, each pole of the rotor 160 has one permanent magnet 166, but may have a plurality of permanent magnets.

本形態のRF−ICチップ,センサ素子,外部アンテナ等は、各種物性計測用センサおよび回転センサとしての性能を発現させることができるように、設置位置,性能,材質,形状などを適切に選ぶことができる。   For the RF-IC chip, sensor element, external antenna, etc. of this embodiment, the installation position, performance, material, shape, etc. should be selected appropriately so that the performance as various physical property measurement sensors and rotation sensors can be expressed. Can do.

本実施例の形態図1(b)では、センサの占める体積を少なくできるので、従来の図1(c)の点線部分を省略し、回転電機の体積を減少できる。また小型であっても、各種物性の実測値を回転電機の制御や維持管理等に利用できるため、回転電機の性能や信頼性などを向上させることが可能である。   In FIG. 1B, the volume occupied by the sensor can be reduced in FIG. 1B. Therefore, the dotted line portion of the conventional FIG. 1C can be omitted, and the volume of the rotating electrical machine can be reduced. Even if it is small, the measured values of various physical properties can be used for the control and maintenance of the rotating electrical machine, so that the performance and reliability of the rotating electrical machine can be improved.

特に、得られた測定値を用いて回転電機のトルク,回転数を制御することにより、従来に達成し得なかった最大限の回転電機の能力の活用が可能となる。   In particular, by controlling the torque and the number of rotations of the rotating electrical machine using the obtained measured values, it is possible to utilize the maximum capacity of the rotating electrical machine that could not be achieved conventionally.

図6は、回転電機の例の三相誘導モータ(誘導電動機10)の図であり、図7は図6の固定子40と回転子60とを回転軸に垂直な面で切断した断面図である。誘導モータも固定子と回転子とを有するものであり、固定子は、ティースとスロットとを有する固定子鉄心と、スロットに配置された固定子巻線とを有する。図6および図7で、固定子40は固定子スロット50を周方向に等間隔に多数有しており、固定子スロット50には固定子巻線44が配置されている。本形態では、固定子鉄心42および回転子鉄心62は、渦電流の発生による鉄損を低減するため、鋼板を積層した積層構造を成している。ここで説明する誘導モータは、固定子巻線に交流電流が流れることによって、回転トルクが発生し回転する、いわゆる回転電動機として機能する。ここで、固定子巻線に3相交流電流を流すことが好ましい。   6 is a diagram of a three-phase induction motor (induction motor 10) as an example of a rotating electrical machine, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the stator 40 and the rotor 60 of FIG. 6 cut along a plane perpendicular to the rotation axis. is there. The induction motor also has a stator and a rotor, and the stator has a stator core having teeth and slots, and a stator winding disposed in the slots. 6 and 7, the stator 40 has a large number of stator slots 50 at equal intervals in the circumferential direction, and a stator winding 44 is disposed in the stator slot 50. In this embodiment, the stator core 42 and the rotor core 62 have a laminated structure in which steel plates are laminated in order to reduce iron loss due to generation of eddy currents. The induction motor described here functions as a so-called rotary electric motor that rotates when an alternating current flows through the stator winding to generate rotational torque. Here, it is preferable to pass a three-phase alternating current through the stator winding.

図7に、RF−ICチップおよびセンサ素子190,外部アンテナ等191を設けた例を示す。図8は、部分拡大断面である。図9はセンサ素子を複数個設置した例である。RF−ICチップ,センサ素子190および外部アンテナ等191などは回転子に、前記リーダライタ用外部アンテナ等191は固定子にそれぞれ最適な位置に設置される。RF−ICチップ,センサ素子,外部アンテナ等は、各種物性計測用センサおよび回転センサとしての性能を発現させることができるように、設置位置,性能,材質,形状などを適切に選ぶことができる。   FIG. 7 shows an example in which an RF-IC chip, a sensor element 190, an external antenna 191 and the like are provided. FIG. 8 is a partially enlarged cross section. FIG. 9 shows an example in which a plurality of sensor elements are installed. The RF-IC chip, the sensor element 190, the external antenna 191 and the like are installed on the rotor, and the reader / writer external antenna 191 is installed on the stator. For the RF-IC chip, the sensor element, the external antenna, and the like, the installation position, performance, material, shape, and the like can be appropriately selected so that performance as various physical property measurement sensors and rotation sensors can be exhibited.

誘導電動機10は、ハウジング30と、エンドブラケット32と、ファンを内部に有するファンカバー34と、ハウジング30の内側に固定された固定子40と、固定子40の内側に配置された回転子60と、回転子60を支えるシャフト80と、を有している。シャフト80は、軸受け36により両サイドのエンドブラケット32に回転自在に保持されている。   The induction motor 10 includes a housing 30, an end bracket 32, a fan cover 34 having a fan inside, a stator 40 fixed inside the housing 30, and a rotor 60 arranged inside the stator 40. , And a shaft 80 that supports the rotor 60. The shaft 80 is rotatably held by the end brackets 32 on both sides by the bearings 36.

また、ファンカバー34の内側には、シャフト80に固定されたファンが設けられ、ファンはシャフト80の回転と共に回転する。なお、ファン側のエンドブラケット32,軸受け36、及びファンは、ファンカバー34の内部に位置しており、これらは図6には図示されていない。   A fan fixed to the shaft 80 is provided inside the fan cover 34, and the fan rotates with the rotation of the shaft 80. The fan-side end bracket 32, the bearing 36, and the fan are located inside the fan cover 34, and these are not shown in FIG.

固定子40は、固定子鉄心42と、この固定子鉄心42に巻回された多相、本形態では3相、の固定子巻線44を備えている。また、図示されていない交流端子から固定子巻線44にそれぞれ引き出し線46を介して交流電流を供給し、固定子巻線44は結線48により、スター結線あるいはデルタ結線されている。これら引き出し線46および結線48は、それぞれ固定子巻線44の外側に配置されている。   The stator 40 includes a stator core 42 and a multi-phase, three-phase stator winding 44 wound around the stator core 42. Further, an AC current is supplied from an AC terminal (not shown) to the stator winding 44 via a lead wire 46, and the stator winding 44 is star-connected or delta-connected by a connection 48. The lead wire 46 and the connection wire 48 are respectively arranged outside the stator winding 44.

外部の交流電源から3相交流が、誘導電動機10の交流端子に供給され、引き出し線46を介して固定子巻線44に供給されることにより、固定子40は交流電流の周波数に基づく回転磁界を発生する。この回転磁界により回転子60の導体に回転子電流を誘導し、この回転子電流と回転磁界との作用により回転トルクが発生する。   Three-phase AC is supplied from an external AC power source to the AC terminal of the induction motor 10 and is supplied to the stator winding 44 via the lead wire 46, so that the stator 40 is a rotating magnetic field based on the frequency of the AC current. Is generated. A rotor current is induced in the conductor of the rotor 60 by this rotating magnetic field, and a rotational torque is generated by the action of the rotor current and the rotating magnetic field.

回転子60は、積層された珪素鋼板からなる回転子鉄心62と、回転子鉄心62に形成された回転子スロット64に挿入された回転子導体66と、回転子鉄心62の両端に配置され回転子導体66を電気的に短絡する短絡環68と短絡環70とを備えている。   The rotor 60 includes a rotor core 62 made of laminated silicon steel plates, a rotor conductor 66 inserted into a rotor slot 64 formed in the rotor core 62, and both ends of the rotor core 62. A short-circuit ring 68 and a short-circuit ring 70 that electrically short-circuit the child conductor 66 are provided.

回転子スロット64は、積層された珪素鋼板からなる回転子鉄心62の外周側に等間隔に、回転子鉄心62を貫通するように形成され、これら等間隔に配置された回転子スロット64にそれぞれ回転子導体66が挿入されることにより、回転軸に沿った方向に等間隔で配置されている。   The rotor slots 64 are formed on the outer peripheral side of the rotor core 62 made of laminated silicon steel plates so as to penetrate the rotor core 62 at equal intervals, and the rotor slots 64 arranged at equal intervals respectively. By inserting the rotor conductor 66, the rotor conductors 66 are arranged at equal intervals in the direction along the rotation axis.

本形態のように、回転子鉄心62の内部に回転子スロット64が貫通する形状のように形成されていても良いし、回転子鉄心62の内部に回転子スロット64が完全に埋設されるのではなく、回転子スロット64の固定子40側が開口する形状であっても良い。また、回転子導体66は、導電材料、例えば銅を主材料とする導体を回転子スロット64の内部に挿入して、両端を短絡環で電気的に短絡する構造としても良いし、アルミダイカスト製法により導体および短絡環を作っても良い。アルミダイカスト製法とは、積層された回転子鉄心62を型に入れ、溶けたアルミニウムを流し込むことで回転子鉄心62の回転子スロット64の内部に回転子導体66を成形すると共に、短絡環68と短絡環70とを作る方法である。アルミダイカスト製法は、製造が容易であるという長所があるが、回転子導体66がアルミニウムであるため電気的抵抗がやや大きく、このため損失が大きくなるという短所がある。この短所を補う方法として、回転子スロット64の内部に銅線を挿入した状態で溶けたアルミニウムを流す方法がある。また、アルミダイカスト製法ではなく、銅の導体バーを回転子スロット64に挿入し、銅からなる短絡環を溶接にて回転子導体66と電気的に接続する方法がある。この方法によれば損失を非常に少なくできる。   As in the present embodiment, the rotor slot 64 may be formed so as to pass through the rotor core 62, or the rotor slot 64 may be completely embedded in the rotor core 62. Instead, the rotor slot 64 may have a shape in which the stator 40 side is open. The rotor conductor 66 may have a structure in which a conductive material, for example, a conductor mainly made of copper is inserted into the rotor slot 64 and both ends thereof are electrically short-circuited by a short-circuit ring, or an aluminum die casting method. A conductor and a short ring may be made by In the aluminum die casting method, the laminated rotor core 62 is placed in a mold, and molten aluminum is poured into the rotor slot 64 of the rotor core 62 to form the rotor conductor 66 and the short-circuit ring 68. This is a method of making the short-circuit ring 70. The aluminum die casting method has an advantage that it is easy to manufacture, but since the rotor conductor 66 is made of aluminum, the electric resistance is somewhat large, and thus there is a disadvantage that loss is increased. As a method of compensating for this disadvantage, there is a method of flowing molten aluminum with a copper wire inserted into the rotor slot 64. In addition, there is a method of inserting a copper conductor bar into the rotor slot 64 and electrically connecting a short-circuited ring made of copper to the rotor conductor 66 by welding instead of the aluminum die casting method. According to this method, the loss can be extremely reduced.

回転子導体66は、その両サイドが短絡環68と短絡環70とで電気的に短絡されており、回転磁界により短絡環68と短絡環70とで短絡された回転子導体66に電圧が誘起され電流が流れる。この電流と回転磁界との作用により回転子60に回転トルクが発生する。   Both sides of the rotor conductor 66 are electrically short-circuited by the short-circuit ring 68 and the short-circuit ring 70, and a voltage is induced in the rotor conductor 66 short-circuited by the short-circuit ring 68 and the short-circuit ring 70 by the rotating magnetic field. Current flows. A rotational torque is generated in the rotor 60 by the action of the current and the rotating magnetic field.

渦電流は、磁束変化の周波数に比例するため、回転磁界の周波数の増大に比例して増大する。また、固定子40の極数が増加するほど磁束変化の周波数が高くなるので、極数の増加に比例して渦電流は増加する。従って、渦電流損は、磁束変化の周波数または極数の増大に基づいて増大する。また、渦電流損の大きさは、板厚に基づいて増大するので、板厚を薄くするほど渦電流損は急激に減少する。   Since the eddy current is proportional to the frequency of the magnetic flux change, it increases in proportion to the increase in the frequency of the rotating magnetic field. Further, since the frequency of magnetic flux change increases as the number of poles of the stator 40 increases, the eddy current increases in proportion to the increase in the number of poles. Therefore, eddy current loss increases based on an increase in the frequency or number of poles of magnetic flux change. Moreover, since the magnitude of the eddy current loss increases based on the plate thickness, the eddy current loss decreases rapidly as the plate thickness is reduced.

図1(a)で示した同期モータと同様に、図7ないし図9の形態でも、センサの占める体積を少なくできるので、回転電機の体積を減少できる。また、各種物性の実測値を回転電機の制御や維持管理等に利用できるため、回転電機の性能や信頼性などを向上させることが可能である。   Similarly to the synchronous motor shown in FIG. 1A, the volume occupied by the sensor can also be reduced in the forms shown in FIGS. 7 to 9, so that the volume of the rotating electrical machine can be reduced. Moreover, since measured values of various physical properties can be used for control and maintenance of the rotating electrical machine, it is possible to improve the performance and reliability of the rotating electrical machine.

図10にスピンドルモータの構造例、図11にスピンドルモータを用いたHDD装置の一例を示す。本実施例のスピンドルモータは外転型の永久磁石モータで、12極の回転子220と9極の固定子210とを有する4:3構造スピンドルモータである。回転子220は12個の永久磁石203と、永久磁石203を固定するハブ204を有する。固定子210は、9個の突極部211を有し、突極208にはステータコイル205が巻装されてある。永久磁石203と向かい合う突極端202の表面には、突極208の中央に近い2ヶ所に補正溝206が設けられている。   FIG. 10 shows an example of the structure of a spindle motor, and FIG. 11 shows an example of an HDD device using the spindle motor. The spindle motor of the present embodiment is an abduction type permanent magnet motor, and is a 4: 3 structure spindle motor having a 12-pole rotor 220 and a 9-pole stator 210. The rotor 220 has twelve permanent magnets 203 and a hub 204 that fixes the permanent magnets 203. The stator 210 has nine salient pole portions 211, and a stator coil 205 is wound around the salient poles 208. Correction grooves 206 are provided at two locations near the center of the salient pole 208 on the surface of the salient extreme 202 facing the permanent magnet 203.

従来の永久磁石203の磁極位置を検出する方法は、ホール素子をハウジング201に設けたり、ステータコイル205に発生する誘起電圧を検出するなどによる回転センサレスタイプなどがあるが、レゾルバなどの停止時から位置検出可能で、検出精度が高く、かつ信頼性が高い回転センサは設けられていない場合が多い。これらのセンサの大きさが大きいこと、センサコストが高いことが主な理由であるが、スピンドルモータを一定速度で駆動するということに機能を限定している場合が多いからでもある。一定速度運転に限定されると、例えばHDD装置などでは記憶媒体の内外周に周速差が常時存在するため、記憶媒体の記憶領域あたりの記憶密度が内外周で異なるという問題がある。また、回転負荷の変動に関わらず高速で一定回転しようとするため、起動の際などの低温時や何らかの原因で負荷変動があると、電力消費量が多くなったり障害が起きやすくなったりしやすい。このような問題を抑制するために、生産環境や製造条件などを厳密に管理し、厳しい生産管理のもとで個体差を少なくして製造することができるが、一方、製造コストの低減が困難となる。   Conventional methods of detecting the magnetic pole position of the permanent magnet 203 include a rotation sensorless type by providing a Hall element in the housing 201 or detecting an induced voltage generated in the stator coil 205, but from the time when the resolver is stopped. In many cases, a rotation sensor that can detect the position, has high detection accuracy, and high reliability is not provided. The main reason is that the size of these sensors is large and the sensor cost is high, but the function is often limited to driving the spindle motor at a constant speed. When limited to constant speed operation, for example, in HDD devices, there is a difference in the peripheral speed between the inner and outer circumferences of the storage medium. In addition, because it tries to rotate at a constant high speed regardless of fluctuations in rotational load, power consumption is likely to increase or failure is likely to occur if the load varies due to low temperatures such as when starting up or for some reason. . In order to suppress such problems, production environment and manufacturing conditions can be strictly controlled, and manufacturing can be performed with less individual differences under strict production control, but it is difficult to reduce manufacturing costs. It becomes.

超小型軽量で高精度かつ高信頼性の回転センサをスピンドルモータに設けることができれば、回転センサによる高精度で柔軟な回転制御などが可能になり、上述の問題点の解消が可能となる。また、厳しい生産管理の緩和によるスピンドルモータ自体の低コスト化も可能になる。さらに、各種物性の実測値を回転電機の制御や維持管理等に利用できるため、回転電機の性能や信頼性などを向上させることが可能である。   If a spindle motor can be provided with an ultra-compact, lightweight, high-precision and high-reliability rotation sensor, high-precision and flexible rotation control by the rotation sensor becomes possible, and the above-described problems can be solved. In addition, the cost of the spindle motor itself can be reduced by stricter production control. Furthermore, since measured values of various physical properties can be used for control and maintenance of the rotating electrical machine, it is possible to improve the performance and reliability of the rotating electrical machine.

図11において190は本形態のRF−ICチップおよびセンサ素子、191は本形態の外部アンテナ等をそれぞれ示す。これまでの例と同様に、RF−ICチップ,センサ素子190および外部アンテナ等191などは回転子に、前記リーダライタ用外部アンテナ等191は固定子にそれぞれ最適な位置に設置される。RF−ICチップおよびセンサ素子などは、複数個設置してもよい。RF−ICチップ,センサ素子,外部アンテナ等は、各種物性計測用センサおよび回転センサとしての性能を発現させることができるように、設置位置,性能,材質,形状などを適切に選ぶことができる。これまでの例と同様に、各種物性の実測値を回転電機の制御や維持管理等に利用できるため、回転電機の性能や信頼性などを向上させることが可能である。   In FIG. 11, 190 denotes an RF-IC chip and a sensor element of this embodiment, and 191 denotes an external antenna of this embodiment. As in the previous examples, the RF-IC chip, the sensor element 190, the external antenna 191 and the like are installed on the rotor, and the reader / writer external antenna 191 and the like are installed on the stator. A plurality of RF-IC chips and sensor elements may be installed. For the RF-IC chip, the sensor element, the external antenna, and the like, the installation position, performance, material, shape, and the like can be appropriately selected so that performance as various physical property measurement sensors and rotation sensors can be exhibited. As in the previous examples, the measured values of various physical properties can be used for control and maintenance of the rotating electrical machine, so that the performance and reliability of the rotating electrical machine can be improved.

なお、スピンドルモータの一例としてHDD装置を示したが、ディスクにレーザ光で情報を記録再生するCD−ROM装置やDVD装置などに応用した場合においても、同様の効果を発揮させることができる。   Although the HDD device is shown as an example of the spindle motor, the same effect can be exhibited even when it is applied to a CD-ROM device, a DVD device, or the like that records and reproduces information on a disk with laser light.

図12に従来の同期モータの制御ブロック図の一例を示す。電源301はインバータ302によって可変電圧,可変周波数の3相交流に変換され、同期モータ110に印加される。外部に取り付けられたセンサ184から得られた信号のうち、速度は速度変換回路309に、磁極位置は電流分配信号発生器308にフィードバックされる。速度指令はまず電流アンプ307で速度変換回路からの速度情報と比較され、次におよび乗算器306で電流分配信号発生器からの磁極位置情報に基づいて演算処理がなされ、さらに電流アンプ305を介してパルス幅変調(PWM)回路304,ベースドライバ303にフィードバックされることで、速度指令に応じた三相交流電圧,周波数が得られモータが適正に制御される。   FIG. 12 shows an example of a control block diagram of a conventional synchronous motor. The power supply 301 is converted into a three-phase alternating current of variable voltage and variable frequency by an inverter 302 and applied to the synchronous motor 110. Of the signals obtained from the sensor 184 attached to the outside, the speed is fed back to the speed conversion circuit 309 and the magnetic pole position is fed back to the current distribution signal generator 308. The speed command is first compared with the speed information from the speed conversion circuit by the current amplifier 307, and then subjected to arithmetic processing based on the magnetic pole position information from the current distribution signal generator by the multiplier 306, and further through the current amplifier 305. By feeding back to the pulse width modulation (PWM) circuit 304 and the base driver 303, a three-phase AC voltage and frequency corresponding to the speed command are obtained, and the motor is appropriately controlled.

前記のような運転中の回転電機内部で時間的,空間的に変化する磁場,温度,応力や歪,トルクや加速度などの値を連続的に測定し、限界値を超えないように回転電機を最適に制御するなどという機構はない。   Measure the values of magnetic field, temperature, stress, strain, torque, acceleration, etc. that vary temporally and spatially inside the rotating electrical machine during operation as described above, and adjust the rotating electrical machine so that it does not exceed the limit value. There is no mechanism for optimal control.

図13に本発明の同期モータの制御ブロック図の一例を示す。電源301はインバータ302によって可変電圧,可変周波数の3相交流に変換され、同期モータ110に印加される点は変わらないが、モータ内部に本発明の前記RF−ICチップ,前記RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子,前記読取発信機および外部アンテナ等が設置される。これらからリーダライタ(読取発信器)を介して得られたモータ内部の温度,磁気,歪,加速度などの情報が速度や磁極位置情報などはセンサ情報処理回路310で処理される。センサ情報処理回路は速度変換回路や電流分配回路などを有し、電流アンプ307,305やPWM回路304,ベースドライバ303を介して速度指令に応じた三相交流電圧,周波数が得られモータが適正に制御される。この際、モータ内部の磁場,温度,応力や歪,トルクや加速度などの実測値との参照が可能であり、これらの実測値に基づいた精度補正,異常検知などを行うことでより高精度,高信頼性の制御が可能である。また情報通信回路などにより外部機器との各種情報の通信も可能である。   FIG. 13 shows an example of a control block diagram of the synchronous motor of the present invention. The power supply 301 is converted into a three-phase alternating current of variable voltage and variable frequency by an inverter 302 and applied to the synchronous motor 110, but the RF-IC chip and the RF-IC chip of the present invention are incorporated in the motor. A connected or integrated sensor element, the reading transmitter, an external antenna, and the like are installed. Information on the temperature, magnetism, strain, acceleration and the like inside the motor obtained from these through a reader / writer (reading transmitter) is processed by the sensor information processing circuit 310. The sensor information processing circuit has a speed conversion circuit, a current distribution circuit, etc., and a three-phase AC voltage and frequency corresponding to the speed command are obtained via the current amplifiers 307 and 305, the PWM circuit 304, and the base driver 303, and the motor is appropriate. To be controlled. At this time, it is possible to refer to measured values such as the magnetic field, temperature, stress and strain, torque and acceleration inside the motor, and higher accuracy can be achieved by performing accuracy correction and abnormality detection based on these measured values. Highly reliable control is possible. In addition, various information can be communicated with an external device by an information communication circuit or the like.

本発明は、回転電動機や発電機等の回転電機として利用することができる。   The present invention can be used as a rotary electric machine such as a rotary motor or a generator.

永久磁石モータの固定子及び回転子の回転軸にそった断面を示す図。The figure which shows the cross section along the rotating shaft of the stator and rotor of a permanent magnet motor. 永久磁石モータの固定子及び回転子の回転軸に垂直な断面を示す図The figure which shows the cross section perpendicular | vertical to the stator of a permanent magnet motor, and the rotating shaft of a rotor. 永久磁石モータの回転子の回転軸に垂直な部分拡大断面を示す図。The figure which shows the partial expanded cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the rotor of a permanent magnet motor. 曲線形状の永久磁石を備えた永久磁石モータの部分断面を示す図。The figure which shows the partial cross section of the permanent magnet motor provided with the curved-shaped permanent magnet. 複数のセンサ素子を有し、永久磁石モータの固定子及び回転子の回転軸に垂直な断面を示す図。The figure which has a some sensor element and shows a cross section perpendicular | vertical to the stator of a permanent magnet motor, and the rotating shaft of a rotor. 誘導モータの回転軸にそった断面を示す図。The figure which shows the cross section along the rotating shaft of an induction motor. 誘導モータの固定子及び回転子の回転軸に垂直な断面を示す図。The figure which shows a cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the stator and rotor of an induction motor. 誘導モータの回転子の回転軸に垂直な部分拡大断面図。The partial expanded sectional view perpendicular | vertical to the rotating shaft of the rotor of an induction motor. 誘導モータの固定子及び回転子の回転軸に垂直な断面で本形態を示す図。The figure which shows this form in a cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the stator and rotor of an induction motor. スピンドルモータの固定子及び回転子の回転軸に垂直な断面を示す図。The figure which shows a cross section perpendicular | vertical to the rotating shaft of the stator and rotor of a spindle motor. HDDの回転軸にそった断面を示す図。The figure which shows the cross section along the rotating shaft of HDD. 同期モータの制御ブロックを示す図。The figure which shows the control block of a synchronous motor. 本発明の同期モータの制御ブロックを示す図。The figure which shows the control block of the synchronous motor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 誘導電動機
30,130,201 ハウジング
32,132 エンドブラケット
34 ファンカバー
36,136 軸受け
40,140,210 固定子
42,142 固定子鉄心
44,144 固定子巻線
46 引き出し線
48 結線
50,150 固定子スロット
60,160,220 回転子
62,162 回転子鉄心
64 回転子スロット
66 回転子導体
68,70 短絡環
80,180 シャフト
110 同期回転電機
152 固定子ティース
166,203 永久磁石
168 磁極片
170 ブリッジ部
184 センサ
190 RF−ICチップ,センサ素子
191 外部アンテナ等
202 突極端
204 ハブ
205 ステータコイル
206 補正溝
208 突極
211 突極部
301 電源
302 インバータ
303 ベースドライバ
304 PWM回路
305,307 電流アンプ
306 乗算器
308 電流分配信号発生器
309 速度変換回路
310 センサ情報処理回路
10 Induction motor 30, 130, 201 Housing 32, 132 End bracket 34 Fan cover 36, 136 Bearing 40, 140, 210 Stator 42, 142 Stator core 44, 144 Stator winding 46 Lead wire 48 Connection 50, 150 Fixed Child slot 60, 160, 220 Rotor 62, 162 Rotor core 64 Rotor slot 66 Rotor conductor 68, 70 Short ring 80, 180 Shaft 110 Synchronous rotating electric machine 152 Stator teeth 166, 203 Permanent magnet 168 Pole piece 170 Bridge Unit 184 sensor 190 RF-IC chip, sensor element 191 external antenna etc. 202 projecting extreme 204 hub 205 stator coil 206 correction groove 208 salient pole 211 salient pole unit 301 power supply 302 inverter 303 base driver 304 PWM circuit 305, 3 7 current amplifier 306 multiplier 308 current distributor signal generator 309 speed conversion circuit 310 sensor information processing circuit

Claims (12)

回転子と、前記回転子と相互作用して回転子を回転させる固定子と、前記回転子の回転を制御する制御装置とを有する回転電機であって、前記回転電機は、前記回転子の表面または内部に設置されたRF−ICチップと、前記RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子と、前記RF−ICチップに対向する位置に設けられ、前記RF−ICチップおよびセンサ素子への電力供給と情報の送受信を非接触で行う信号の読取発信機とを有し、前記制御装置は前記読取発信機より得られた情報により回転電機を制御することを特徴とする回転電機。   A rotating electrical machine having a rotor, a stator that interacts with the rotor and rotates the rotor, and a control device that controls rotation of the rotor, the rotating electrical machine being a surface of the rotor Alternatively, an RF-IC chip installed inside, a sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip, and a position facing the RF-IC chip are provided to the RF-IC chip and the sensor element. A rotating electrical machine comprising: a power transmitter and a signal reading transmitter that performs transmission and reception of information in a contactless manner, and the control device controls the rotating electrical machine based on information obtained from the reading transmitter. 請求項1に記載された回転電機であって、前記読取発信機は前記固定子の表面もしくは内部に設けられていることを特徴とする回転電機。   The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the reading transmitter is provided on a surface or inside of the stator. 回転子と、前記回転子と相互作用して回転子を回転させる固定子と、前記回転子の回転を制御する制御装置とを有する回転電機であって、前記回転電機は、前記固定子の表面または内部に設置されたRF−ICチップと、前記RF−ICチップに接続もしくは一体化されたセンサ素子と、前記回転子上のRF−ICチップに対向する位置に設けられ、非接触で前記RF−ICチップおよびセンサ素子への電力供給と情報の送受信機能を兼ね備える読取発信機を有し、前記制御装置は前記読取発信機より得られた情報により回転電機を制御することを特徴とする回転電機。   A rotating electrical machine having a rotor, a stator that interacts with the rotor and rotates the rotor, and a control device that controls the rotation of the rotor, the rotating electrical machine being a surface of the stator Alternatively, the RF-IC chip installed inside, the sensor element connected to or integrated with the RF-IC chip, and the RF-IC chip on the rotor are provided at positions facing the RF-IC chip, and the RF-IC chip is contactless. -A rotary electric machine comprising a reading transmitter having both power supply and information transmission / reception functions for an IC chip and a sensor element, wherein the control device controls the rotating electric machine according to information obtained from the reading transmitter. . 請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機において、
前記RF−ICチップ,前記センサ素子,前記読取発信機の少なくともいずれかと接続された外部アンテナを有し、前記外部アンテナにより電力および信号の送受信特性を変化させることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A rotating electrical machine having an external antenna connected to at least one of the RF-IC chip, the sensor element, and the reading transmitter, and changing transmission / reception characteristics of power and signals by the external antenna.
請求項1に記載の回転電機において、
前記RF−ICチップおよび読取発信機の少なくともいずれかは、電磁誘導方式あるいは電波方式によって電波をエネルギー源として動作する装置であることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to claim 1,
At least one of the RF-IC chip and the reading transmitter is a device that operates using a radio wave as an energy source by an electromagnetic induction method or a radio wave method.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機であって、
前記センサ素子は、温度センサ,磁気センサ,歪センサ,加速度センサのいずれか、もしくは複数の機能を有することを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The rotating electrical machine characterized in that the sensor element has any one of a temperature sensor, a magnetic sensor, a strain sensor, an acceleration sensor, or a plurality of functions.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機であって、
前記制御装置は、前記読取発信機より得られる情報に基づき、回転電機のトルクおよび回転数を変化させることを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The control device changes the torque and the rotation speed of the rotating electrical machine based on information obtained from the reading transmitter.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機であって、
前記制御装置は、前記読取発信機より得られる情報に基づき、回転電機の状態監視もしくは履歴監視を行うことを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The control device performs state monitoring or history monitoring of the rotating electrical machine based on information obtained from the reading transmitter.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機であって、
前記RF−ICチップ,前記センサ素子,読取発信機および外部アンテナの少なくともいずれかを複数個設置されたことを特徴とする回転電機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
A rotating electrical machine comprising a plurality of at least one of the RF-IC chip, the sensor element, a reading transmitter, and an external antenna.
請求項9に記載された回転電機であって、
前記RF−ICチップ,センサ素子,読取発信機および外部アンテナを、電力供給用と情報の送受信用とでそれぞれ有することを特徴とする回転電機。
The rotating electrical machine according to claim 9, wherein
A rotating electrical machine comprising the RF-IC chip, a sensor element, a reading transmitter, and an external antenna for power supply and information transmission / reception, respectively.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機であって、
前記RF−ICチップは、回転子と共に回転移動する際に、移動速度に応じてRF−ICチップの信号周波数または信号強度が変化する現象を利用して、回転子の回転を検出することを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
A rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
When the RF-IC chip rotates together with the rotor, the rotation of the rotor is detected using a phenomenon that the signal frequency or signal intensity of the RF-IC chip changes according to the moving speed. The rotating electrical machine according to claim 1.
請求項1ないし3のいずれかに記載された回転電機において、
前記RF−ICチップ,前記センサ素子,前記読取発信機の少なくともいずれかと接続された外部アンテナ素子,導波路,整流回路及びアッテネータの少なくともいずれかで構成される外部アンテナを有し、前記外部アンテナにより電力および信号の送受信特性を変化させることを特徴とする回転電機。
In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
An external antenna composed of at least one of the RF-IC chip, the sensor element, an external antenna element connected to at least one of the reading transmitter, a waveguide, a rectifier circuit, and an attenuator, and the external antenna A rotating electrical machine characterized by changing transmission and reception characteristics of electric power and signals.
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