JP2014138544A - コイルエンドを保持する保持部材を有する電動機の温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により固定子の巻線の温度を求める温度測定装置を提供する。
【解決手段】固定子コア１１に巻線１３を巻装してなる固定子コイル１２の端部のコイルエンド１４を保持する導電性の保持部材１６と、保持部材１６の抵抗を測定する抵抗測定部２０２と、抵抗測定部２０２により測定された抵抗値に基づき、巻線１３の温度を求める温度算出部２０３とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、巻線の温度を測定する電動機の温度測定装置、電動機および電動機の温度測定方法に関する。

この種の温度測定装置として、例えば以下の特許文献１，２に記載の装置が知られている。特許文献１記載の装置では、固定子のスロットに温度測定用コイルを巻装してそのコイルの電流値を検出するとともに、この電流検出値に基づいて温度測定用コイルの内部抵抗値を検出し、その内部抵抗値に基づいて、スロットに巻かれるコイル付近の温度を算出する。特許文献２記載の装置では、固定子のコイル内に付加導体を埋設して付加導体の電気抵抗を測定し、その抵抗値の変化から巻線の温度を推測する。

特開２００４−３３６９２０号公報 特表２００５−５０２２９７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、固定子のスロット内に温度測定用コイルを巻装するスペースを確保する必要があり、上記特許文献２記載の装置では、固定子のコイル内に付加導体を埋設するスペースを確保する必要がある。すなわち、上記特許文献１，２記載の装置はいずれも、巻線の温度計測のために固定子に新たなスペースが必要となり、電動機の構成が複雑化する。

本発明の一態様である電動機の温度測定装置は、固定子コアに巻線を巻装してなる固定子コイルの端部のコイルエンドを保持する導電性の保持部材と、保持部材の抵抗を測定する抵抗測定部と、抵抗測定部により測定された抵抗値に基づき、巻線の温度を求める温度算出部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の他の態様である電動機は、上記電動機の温度測定装置を有することを特徴とする。

さらに、本発明の他の態様である電動機の温度測定方法は、固定子コアに巻線を巻装してなる固定子コイルの端部のコイルエンドを導電性の保持部材で保持し、保持部材の抵抗を測定し、抵抗測定部により測定された抵抗値に基づき、巻線の温度を求めることを特徴とする。

本発明によれば、コイルエンドの保持部材の抵抗を測定し、その抵抗測定値に基づき巻線の温度を求めるようにしたので、巻線の温度計測のために固定子に新たなスペースを設ける必要がなく、電動機の構成を簡素化できる。

本発明の第１の実施形態に係る温度測定装置を有する電動機の斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る電動機の内部構成を示す正面図。 図２のIII-III線に沿った断面図。 図２のクリップの断面図。 図１の制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る電動機の構成を示す正面図。 図６の矢視VII図。

−第１の実施形態−
以下、図１〜図５を参照して本発明の第１の実施形態に係る電動機の温度測定装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る温度測定装置を有する電動機１００の斜視図である。電動機１００は、例えば三相誘導電動機である。電動機１００には、後述するコイルエンド１４の周囲を覆うカバー１０１が設けられており、カバー１０１の一端部には、端子箱１０２およびファン１０３が設けられている。カバー１０１の外形は、後述する固定子コア１１の外形に概ね一致するように形成されている。電動機１００には、端子箱１０２を介して制御装置２００からモータ駆動電流等が供給される。電動機１００の、カバー１０１とは反対側の端部には電動機取付用のフランジ部１０１ａが設けられ、フランジ部１０１ａからはモータ出力軸２ａが突出している。

図２は、第１の実施形態に係る電動機１００の内部構成を示す正面図である。図２においては、図１に示されるカバー１０１、端子箱１０２およびファン１０３の図示が省略されている。図２に示すように、電動機１００は、固定子１と固定子１の内側に軸線Ｌ０を中心に回転可能に支持された回転子２とを有する。図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。なお、図３では、回転子２の図示を省略し、とくに固定子１の構成を示している。図２，３に示すように、固定子１は、略円筒形状の固定子コア１１と、固定子コア１１に装着された固定子コイル１２とを有する。固定子コイル１２は、固定子コア１１のスロットに巻線１３を巻装して形成されている。

固定子コイル１２は、固定子コア１１の軸方向両端部にコイルエンド１４を有する。コイルエンド１４からは、周方向所定位相において複数のケーブル１５が延びており、ケーブル１５の端部は端子箱１０２（図１）に接続されている。ケーブル１５は、巻線１３に接続された動力線１５１や、後述する信号線１５２等を含む。

コイルエンド１４には、ケーブル１５と干渉しないように周方向複数のクリップ１６が取り付けられ、コイルエンド１４はクリップ１６で所定形状に保持されている。なお、図２，３では、軸方向一端側のコイルエンド１４のみがクリップ１６で保持されているが、軸方向両端のコイルエンド１４をクリップ１６で保持してもよい。

図３に示すように、クリップ１６は、基端部１６１と、基端部１６１から延在する一対の把持部１６２，１６３とを有し、全体が略Ｖ字形状を呈する。一対の把持部１６２，１６３は、基端部１６１を支点にして弾性変形により矢印Ａ方向に拡縮可能であり、コイルエンド１４は把持部１６２，１６３によって把持されている。

クリップ１６は、導電性を有する材質（導電性部材）により構成されている。図４は、クリップ１６（例えば把持部１６２）の断面図である。図４に示すように、クリップ１６は、その周囲全体が絶縁被膜１７で覆われ、クリップ１６はコイルエンド１４から絶縁されている。

クリップ１６はコイルエンド１４に接触しており、クリップ１６の温度とコイルエンド１４を構成する巻線１３の温度とは所定の相関関係を有する。すなわち、巻線１３の温度が上昇すると、その熱がクリップ１６に伝わりクリップ１６の温度が上昇する。また、クリップ１６の温度が上昇すると、クリップ１６の電気抵抗値は上昇する。この点を考慮し、本実施形態では、クリップ１６の電気抵抗値からクリップ１６の温度を測定し、クリップ１６の温度に基づき巻線１３の温度を求める。クリップ１６の電気抵抗を計測するため、クリップ１６（例えば単一のクリップ１６）には抵抗計測用の信号線１５２が接続されている。この信号線１５２および端子箱１０２を介して制御装置２００にクリップ１６からの信号（電流）が入力される。

図５は、制御装置２００の構成を示すブロック図である。制御装置２００は、アンプ部２０１と、抵抗計測部２０２と、温度算出部２０３と、表示部２０４とを含む。

アンプ部２０１は、モータ駆動指令に応じたモータ駆動電流を電動機１００に出力する。抵抗計測部２０２は例えば抵抗計であり、信号線１５２を介して入力されたクリップ１６からの信号に基づきクリップ１６の抵抗を測定する。

温度算出部２０３は、抵抗計測部２０２により測定された抵抗値に基づき巻線１３の温度を算出する。例えば、予めクリップ１６の抵抗値とクリップ１６の温度との関係、およびクリップ１６の温度と巻線１３の温度との関係を定めておき、この関係を用いてクリップ１６の抵抗値からクリップ１６の温度を求め、さらにクリップ１６の温度から巻線１３の温度を求める。なお、予めクリップ１６の抵抗値と巻線１３の温度との関係を定め、クリップ１６の温度から巻線１３の温度を直接求めることもできる。予め基準温度（例えば常温）でのクリップ１６の抵抗値（基準抵抗値）を定めておき、この基準抵抗値と検出された抵抗値とを比較し、抵抗値の変化から巻線１３の温度上昇を算出するようにしてもよい。

表示部２０４は、表示モニタを有し、温度算出部２０３により算出された巻線２０３の温度を表示モニタに表示する。これによりユーザは、巻線１３の温度が正常範囲内であるか否かを把握することができる。なお、巻線１３の温度が所定温度以上となったときに、表示部２０４が警報を出力するようにしてもよい。

以上の第１の実施形態では、固定子コア１１に巻線１３を巻装してなる固定子コイル１２の端部のコイルエンド１４を導電性のクリップ１６で保持し、クリップ１６の抵抗を抵抗測定部２０２で測定し、測定された抵抗値に基づき、温度算出部２０３で巻線１３の温度を算出するようにした。この構成では、巻線１３の温度計測のための新たなスペースを固定子１に設ける必要がない。したがって、固定子１の構成を簡素化できるとともに、固定子１の大型化を防ぐことができる。また、コイルエンド１４に温度センサ等を設ける場合に比べ、コストを低減することができる。クリップ１６を拡縮可能に構成したので、クリップ１６の弾性力によってコイルエンド１４を把持することができ、コイルエンド１４へのクリップ１６の取付も容易である。

−第２の実施形態−
図６，７を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、コイルエンド１４を保持する保持部材の構成である。すなわち、第１の実施形態では、コイルエンド１４をクリップ１６で保持するようにしたが、第２の実施形態では、緊縛線で保持する。

図６は、第２の実施形態に係る電動機１００の構成を示す正面図であり、図７は、側面図（図６の矢視VII図）である。図６，７に示すように、コイルエンド１４は、緊縛線２５により全周にわたって緊縛され、コイルエンド１４の形状が保持されている。緊縛線２５は、図４と同様、その周囲が絶縁被膜１７により覆われ、コイルエンド１４から絶縁されている。緊縛線２５の端部には、抵抗計測用の信号線１５２が接続されている。

第２の実施形態においても、信号線１５２および端子箱１０２を介して緊縛線２５からの信号が制御装置２００に入力される。制御装置２００は、抵抗測定部２０２で緊縛線２５の抵抗を測定し、測定された抵抗値に基づき、温度算出部２０３で巻線１３の温度を算出する。このため、巻線１３の温度計測のための新たなスペースを固定子１に設ける必要がなく、電動機１００の構成を簡素化できる。また、緊縛線２５はコイルエンド１４の全周にわたって設けられるため、制御装置２００は巻線１３全体の平均的な温度を算出することができる。

（変形例）
上記第１の実施形態では、単一のグリップ１６の抵抗を測定するようにしたが、複数のグリップ１６の抵抗をそれぞれ抵抗測定部２０２で測定し、これらの平均値をグリップ１６の抵抗値として巻線１３の温度を算出するようにしてもよい。上記実施形態では、導電性の複数のクリップ１６または緊縛線２５によりコイルエンド１４を保持するようにしたが、保持部材の構成はこれに限らない。例えば、周方向複数のグリップ１６を互いに連結するように構成してもよく、保持部材によりコイルエンド１４全体を覆うようにしてもよい。

抵抗計を用いて保持部材の抵抗を測定するようにしたが、抵抗測定部２０２の構成はこれに限らない。例えば、保持部材を流れる電流と抵抗値との関係を予め定めておき、この関係を用いて抵抗値を算出するようにしてもよい。抵抗測定部２０２および温度算出部２０３を制御装置２００ではなく、固定子１と回転子２とを有する電動機１００自体に設けるようにしてもよい。制御装置２００を電動機１００の一部として構成することもできる。

本発明の電動機１００は、ロボットや工作機械等、種々の機械に適用することができる。電動機１００を工作機械に適用する場合、制御装置２００を数値制御装置の一部として構成することもできる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

１１ 固定子コア
１２ 固定子コイル
１３ 巻線
１４ コイルエンド
１６ クリップ
１７ 絶縁被膜
１００ 電動機
２００ 制御装置
２０２ 抵抗測定部
２０３ 温度算出部

Claims (5)

1. 固定子コアに巻線を巻装してなる固定子コイルの端部のコイルエンドを保持する導電性の保持部材と、
   前記保持部材の抵抗を測定する抵抗測定部と、
   前記抵抗測定部により測定された抵抗値に基づき、前記巻線の温度を求める温度算出部とを備えることを特徴とする電動機の温度測定装置。
2. 請求項１に記載の電動機の温度測定装置において、
   前記保持部材は、前記コイルエンドを緊縛する緊縛線であることを特徴とする電動機の温度測定装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機の温度測定装置において、
   前記保持部材は、その周囲に絶縁被膜を有することを特徴とする電動機の温度測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機の温度測定装置を有することを特徴とする電動機。
5. 固定子コアに巻線を巻装してなる固定子コイルの端部のコイルエンドを導電性の保持部材で保持し、
   前記保持部材の抵抗を測定し、
   前記抵抗測定部により測定された抵抗値に基づき、前記巻線の温度を求めることを特徴とする電動機の温度測定方法。

Images