JP2017158235A - Motor unit and motor system - Google Patents
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Abstract
Description
この開示は、モータユニットに関し、より特定的には、受電コイルを有するモータユニットに関する。 The present disclosure relates to a motor unit, and more particularly to a motor unit having a power receiving coil.
モータユニットの中には、異常検知を行うためにモータの動作状態を検知するものがある。モータの動作状態を検知する技術に関し、特開2011−041432号公報(特許文献1)に開示されるモータユニットは、ブラシレスモータに内蔵されるロータの複数のマグネットの表面に、各マグネットを識別するRFID(Radio Frequency IDentifier)タグを固定し、当該RFIDタグの識別文字をRFIDリーダーに送信するアンテナをステータに配置する構成を開示している。より具体的には、RFIDリーダーは、アンテナから受信したマグネット識別情報およびその位置情報を処理し、モータ制御および駆動装置ユニットに送信する構成を開示している。 Some motor units detect the operating state of a motor in order to detect an abnormality. Regarding a technique for detecting an operation state of a motor, a motor unit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-041432 (Patent Document 1) identifies each magnet on the surface of a plurality of magnets of a rotor built in a brushless motor. A configuration is disclosed in which an RFID (Radio Frequency IDentifier) tag is fixed and an antenna that transmits an identification character of the RFID tag to an RFID reader is arranged in the stator. More specifically, the RFID reader discloses a configuration in which the magnet identification information received from the antenna and its position information are processed and transmitted to the motor control and drive unit.
モータユニットの中には、受電コイルを有し、外部の送電コイルから当該受電コイルへの電磁誘導を利用して電力の供給を受ける、非接触電力伝送方式を採用するものがある。このようなモータユニットは、たとえば、電動歯ブラシや、ロボットなどに用いられており、小型化が求められている。 Some motor units employ a non-contact power transmission method that has a power receiving coil and receives power supply from an external power transmitting coil to the power receiving coil using electromagnetic induction. Such a motor unit is used in, for example, an electric toothbrush, a robot, and the like, and downsizing is required.
しかしながら、特許文献1に開示される技術は、モータの動作状態を検知するにあたって、RFIDタグ、アンテナ、RFIDリーダーといったデバイスを新たにモータユニットに搭載する必要があり、小型化を妨げるといった問題がある。
However, the technique disclosed in
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、大型化を防ぎつつ、モータの状態を検知することができるモータユニットを提供することである。 This indication is made in order to solve the above problems, and the objective in a certain situation is to provide the motor unit which can detect the state of a motor, preventing enlargement. .
発明のある局面に従うと、モータユニットは、駆動コイルを有し、当該駆動コイルに電流が供給されることにより駆動するモータと、モータに対応するように配置されるとともに、送電コイルから電磁誘導を利用して電力の供給を受けることが可能な受電コイルと、駆動コイルの作用により受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、当該電力の情報に基づいて、モータの状態を判定する判定部とを備える。 According to an aspect of the invention, the motor unit has a drive coil, and is arranged to correspond to the motor that is driven when current is supplied to the drive coil, and electromagnetic induction is performed from the power transmission coil. A power receiving coil capable of receiving power supply by using, and a determination unit that obtains information on the power induced in the power receiving coil by the action of the drive coil and determines the state of the motor based on the power information With.
一実施形態に従うモータユニットによれば、大型化を防ぎつつ、モータの状態を検知することができる。 According to the motor unit according to the embodiment, it is possible to detect the state of the motor while preventing an increase in size.
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[A.導入]
(a1.関連技術)
図1は、関連技術に従うモータユニット100Xと、実施形態に従うモータユニット100とを比較して説明する図である。図1(a)を参照して、関連技術に従うモータユニット100Xは、制御部10と、通信部20と、モータ本体30と、バッテリ40と、ワイヤレス給電モジュール50と、モータ状態監視モジュール60とを有する。
[A. Introduction]
(A1. Related technology)
FIG. 1 is a diagram illustrating a comparison between a motor unit 100X according to the related art and a
制御部10は、通信部20を介して入力された制御信号に基づいて、バッテリ40からモータ本体30に供給する電力量を調整する。モータ本体30は、後述する回転軸32に接続される負荷を駆動する。ワイヤレス給電モジュール50は、受電コイル52と、給電制御部54とを有する。受電コイル52は、モータユニット100Xの外部に設けられる送電コイル200から、電磁誘導を利用して電力の供給を受ける。給電制御部54は、受電コイルに誘起される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換した直流電力をバッテリ40に供給する。
The
モータ状態監視モジュール60は、たとえば、ホール素子などのセンサを有し、当該センサによってモータ本体30に内蔵されるロータの位置を検知し、検知結果を制御部10に送信する。制御部10は、モータ状態監視モジュール60から受信した信号に基づいて、モータ本体30が駆動しているか否か、などのモータ本体30の動作状態を把握することができる。
The motor
しかし、関連技術に従うモータユニット100Xは、モータ本体30の動作状態を把握するにあたって、センサ、エンコーダなどの付加的なデバイスを搭載する必要がある。これらのデバイスを搭載することにより、関連技術に従うモータユニット100Xは、大型化してしまうという問題がある。そこで、以下に、付加的なデバイスを搭載することなくモータの動作状態を把握することができる、実施形態に従うモータユニット100の概要について説明する。
However, the motor unit 100X according to the related art needs to be equipped with additional devices such as a sensor and an encoder in order to grasp the operation state of the
(a2.実施形態に従うモータユニットの概要)
図1(b)を参照して、実施形態に従うモータユニット100は、関連技術に従うモータユニット100Xに比して、モータ状態監視モジュール60を有さない代わりに、受電コイル52に誘起される電力の情報をモニタする。当該電力の情報は、たとえば、受電コイル52に流れる電流または電圧の大きさ,波形,周波数などが挙げられる。
(A2. Overview of Motor Unit According to Embodiment)
Referring to FIG. 1B, the
また、実施形態に従う受電コイル52は、モータ本体30に対応するように配置される。これにより、モータ本体30が駆動すると、換言すればモータ本体30の駆動コイル34に電流が流れると、電磁誘導によって受電コイル52に交流電力が誘起される。実施形態に従う制御部10は、駆動コイル34の作用によって受電コイル52に誘起される電力の情報をモニタすることによって、モータ本体30の動作状態を把握する。
In addition, the
上記によれば、実施形態に従うモータユニット100は、ホール素子などの付加的なデバイスを搭載することなく、給電用の受電コイル52を利用することによってモータ本体30の動作状態を把握することができる。そのため、実施形態に従うモータユニット100は、大型化を抑制しつつ、モータの状態を検知することができる。加えて、実施形態に従うモータユニット100は、モータ本体30にRFIDタグなどのデバイスを追加設置することなく、既存のモータを用いることができるため、汎用性が高く、生産コストを削減することができる。以下、実施形態に従うモータユニット100の構成および制御の詳細について説明する。
According to the above, the
[B.実施形態1]
(b1.モータユニット100の構成)
図2は、実施形態1に従うモータユニット100の構成例について説明する図である。図2(a)は充電時のモータユニット100の動作を、図2(b)は駆動時のモータユニット100の動作をそれぞれ説明する図である。
[B. Embodiment 1]
(B1. Configuration of the motor unit 100)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図2(a)を参照して、実施形態1に従うモータユニット100は、制御部10と、通信部20と、モータ本体30と、バッテリ40と、受電コイル52と、給電制御部54とを有する。制御部10は、受電コイル52と電気的に接続される取得部12を有する。取得部12は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinをモニタする。モータ本体30は、実施形態1において、一例として、ブラシモータであるとする。
2A, the
モータユニット100の外部には送電コイル200と、給電制御部210とから構成される充電装置が配置される。バッテリ40の充電時において、モータユニット100は、充電装置に当接または近接して配置される。この状態で送電コイル200に電流が流れると、送電コイル200を貫くように磁束が生じる。当該磁束が受電コイル52を貫くことによって、受電コイル52に交流電力が誘起される。受電コイル52に誘起された交流電力は、給電制御部54で直流電力に整流および平滑化されるとともに、バッテリ40に供給される。
A charging device including a
一方、モータ本体30の駆動時について、図2(b)を用いて説明する。制御部10は、通信部20を介して外部装置(たとえば、パソコン)からモータ本体30を駆動させる旨の制御信号を受信すると、バッテリ40からモータ本体30に内蔵される駆動コイル34に電流が流れるように制御する。
On the other hand, driving of the
ここで、実施形態1に従うモータユニット100の受電コイル52は、モータ本体30に対応するように配置される。より具体的には、受電コイル52は、バッテリ40から駆動コイル34に電流が流れることにより生じる磁束の少なくとも一部を、当該受電コイル52が貫くように配置される。
Here, the
これにより、駆動コイル34に電流が流れると、電磁誘導によって受電コイル52に交流電力が誘起される。制御部10は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinをモニタすることによって、モータ本体30が駆動しているか否か、などのモータ本体30の動作状態を把握する。
Thereby, when a current flows through the
図3は、実施形態1に従う受電コイル52と、モータ本体30との関係を説明する図である。図3を参照して、モータ本体30は、その主な構成要素として、整流子31a,31bと、回転軸32と、ロータ33と、駆動コイル34と、磁石35a,35bと、対抗する電極を含むブラシ37とを有する。なお、モータ本体30は、図3に示される例において整流子を2個有する構成を開示しているが、これに限られず、他の局面において整流子を3個以上有する構成であってもよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the
受電コイル52は、当該受電コイル52の軸が、モータ本体30の回転軸32と直交するように構成される。また、受電コイル52は、モータ本体30と当接または近接して配置される。好ましくは、受電コイル52は、モータ本体30との距離が1cm以下になるように配置される。
The
図4は、実施形態1に従うモータユニット100の外観構成例を説明する図である。図4を参照して、モータユニット100は、上記に述べた制御部10、通信部20、モータ本体30、バッテリ40、受電コイル52などのデバイスを、略立方体である筐体70に収容する。筐体70の各辺の長さは、一例として、モータ本体30の回転軸32の長手方向に54mm、当該長手方向と直交する各方向に52mmとなるように構成される。
FIG. 4 is a diagram illustrating an external configuration example of the
受電コイル52は、モータ本体30と筐体70を構成する外壁との間に配置される。モータユニット100の小型化の観点から、受電コイル52の外径は、回転軸32と直交するロータ33の長手方向の距離(以下、「モータ本体30の外径」とも称する。)と略等しいことが好ましい。より特定的には、受電コイル52の外径は、モータ本体30の外径の0.5倍以上、かつ、2.0倍以下となるように構成されることが好ましい。なお、他の局面において、モータ本体30の外径は、ロータ33の長手方向におけるモータ本体30の筐体の距離であってもよい。
The
再び図3を参照して、バッテリ40から、ブラシ37を介して駆動コイル34に電流が流れると、ロータ33は、磁性を帯びて磁石35a,35bに引き寄せられることによって回転する。そのため、受電コイル52は、ロータ33の回転運動における所定の位相期間にわたって、駆動コイル34の作用による誘導起電力Vinを誘起される。
Referring to FIG. 3 again, when a current flows from the
(b2.誘導起電力Vinの挙動)
図5は、実施形態1に従うモータ本体30の駆動時における、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinを説明する図である。図5(a)を参照して、モータ本体30が駆動を開始してから所定時間(たとえば、1秒)が経過すると、ロータ33の回転速度が安定する。すなわち、モータ本体30が駆動を開始してから所定時間が経過すると、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinが安定する。この状態において、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinは、受電コイル52にロータ33が近づく所定の位相期間において電圧Vamp1となり、ロータ33が離れる所定の位相期間において、マイナスVamp1となる。誘導起電力Vinは、ロータ33が180°回転するごとに上記の挙動を繰り返す。少なくともロータ33が180°回転する所定の位相期間における誘導起電力Vinの最大電圧をVampと定義すると、モータ本体30の駆動中における最大電圧Vampは、電圧Vamp1となる。この最大電圧Vampは、誘導起電力Vinの振幅に関連付けられる情報である。一方、モータ本体30が停止中である場合、受電コイル52に誘導起電力Vinは0または概ね0となるため、最大電圧Vampも0または概ね0となる。
(B2. Behavior of induced electromotive force Vin)
FIG. 5 is a diagram for explaining the induced electromotive force Vin induced in the
この特性を利用して、制御部10は、取得部12が取得する誘導起電力Vinから最大電圧Vampを算出するとともに、当該最大電圧Vampが存在する領域を判断することによって、モータ本体30の動作状態を判定することができる。
Using this characteristic, the
図5(b)は、最大電圧Vampとモータ本体30の動作状態との関係を説明する図である。制御部10は、算出した最大電圧Vampと、0超え電圧Vamp1未満のしきい値電圧Vth1とを比較する。制御部10は、最大電圧Vampが、しきい値電圧Vth1未満であると判断した場合、モータ本体30が停止中であると判定する。一方、制御部10は、最大電圧Vampが、しきい値電圧Vth1以上であると判断した場合、モータ本体30が駆動中であると判定する。上記によれば、実施形態1に従うモータユニット100は、誘導起電力Vinの振幅に関連付けられる最大電圧Vampに基づいて、モータ本体30が駆動しているか否かを判定することができる。
FIG. 5B is a diagram for explaining the relationship between the maximum voltage Vamp and the operation state of the
なお、他の局面において、制御部10は、送電コイル200の作用により受電コイル52に誘起される誘導起電力の情報を取得し、当該情報に基づいて受電コイル52の送電コイル200からの受電状態、すなわち、バッテリ40の充電状態をさらに判定する構成であってもよい。
In another aspect, the
図6は、実施形態1に従うモータ本体30の充電時における、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinを説明する図である。図6(a)を参照して、送電コイル200の作用により誘起される誘導起電力は、ロータ33の回転運動とは無関係である。そのため、送電コイル200に電流が流れており、かつ、受電コイル52と送電コイル200とが近接または当接して配置されている限り、受電コイル52に誘導起電力Vinが誘起される。送電コイル200の作用により受電コイル52に誘起される誘導起電力のピーク値を電圧Vcと定義すると、バッテリ40の充電中における最大電圧Vampは、電圧Vamp1となる。電圧Vcは電圧Vamp1に比して著しく大きい。制御部10は、この特性を利用して、最大電圧Vampからバッテリ40の充電状態をさらに判定する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an induced electromotive force Vin induced in the
図6(b)を参照して、制御部10は、しきい値電圧Vth1に加え、電圧Vamp1超え電圧Vc未満のしきい値電圧Vth2も最大電圧Vampと比較する。具体的には、制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth1以上であってしきい値電圧Vth2未満であると判断した場合、モータ本体30が駆動中であると判定する。また、制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth2以上であると判断した場合、バッテリ40が充電中だと判定する。上記によれば、制御部10は、送電コイル200の作用により受電コイル52に誘起される電力の情報に基づいて、受電コイル52の送電コイル200からの受電状態をさらに判定することができる。
Referring to FIG. 6B, in addition to threshold voltage Vth1,
図7は、実施形態1に従うモータユニット100の、モータ本体30の動作状態およびバッテリ40の充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。図7に示される処理は、制御部10が図示しない記憶部に格納される制御プログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子その他のハードウェアによって実行されてもよい。これらの条件は、以降に示されるフローチャートでも同様とする。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for determining the operating state of
図7を参照して、ステップS10において、制御部10は、取得部12が取得する受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinの波形から、最大電圧Vampを算出する。
Referring to FIG. 7, in step S <b> 10,
ステップS12において、制御部10は、算出した最大電圧Vampがしきい値電圧Vth1未満であるか否かを判断する。制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth1未満であると判断した場合(ステップS12においてYES)、モータ本体30が停止している状態であると判定する(ステップS14)。一方、制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth1以上であると判断した場合(ステップS12においてNO)、処理をステップS16に進める。
In step S12, the
ステップS16において、制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth2未満であるか否かを判断する。制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth2未満であると判断した場合(ステップS16においてYES)、モータ本体30が駆動している状態であると判定する(ステップS18)。一方、制御部10は、最大電圧Vampがしきい値電圧Vth2以上であると判断した場合(ステップS16においてNO)、バッテリ40への充電が行われている状態であると判定する(ステップS20)。
In step S16, the
上記によれば、実施形態1に従うモータユニット100は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinに基づいて、モータ本体30の動作状態およびバッテリ40の充電状態を判定することができる。すなわち、実施形態1に従うモータユニット100は、モータ本体30の動作状態をホール素子などの付加的なデバイスを搭載することなく判定することができるため、大型化を防ぐことができる。
Based on the above, the
また、実施形態1に従うモータユニット100は、RFIDタグなどを搭載した特殊なモータを用いることなく、既存のモータを用いる場合であっても、当該モータの動作状態を判定することができるため、汎用性が高く、生産コストを削減することができる。
In addition, the
(b3.異常通知)
次に、上記の状態判定を利用したモータユニット100の異常を検知する方法について説明する。図8は、実施形態1に従うモータユニット100の異常判断について説明するフローチャートである。図8を参照して、ステップS30において、制御部10は、通信部20を介して外部装置からモータ本体30を動作させる旨の動作信号の入力を受ける。これにより、制御部10は、バッテリ40からモータ本体30に対して電力を供給するように制御する。
(B3. Abnormality notification)
Next, a method for detecting an abnormality of the
ステップS32において、制御部10は、ロータ33の回転速度が安定するまでの所定時間が経過したか否かを判断する。制御部10は、外部装置から制御信号の入力を受けてから所定時間が経過したと判断した場合(ステップS32においてYES)、処理をステップS34に進める。一方、制御部10は、外部装置から制御信号の入力を受けてから所定時間が経過していないと判断した場合(ステップS32においてNO)、処理をステップS32に戻す。
In step S <b> 32, the
ステップS34において、制御部10は、誘導起電力Vinの波形から、最大電圧Vampを算出する。
In step S34, the
ステップS36において、制御部10は、モータ本体30が駆動しているか否かを判定する。具体的には、制御部10は、図7に示される処理を実行することにより、モータ本体30が駆動しているか否かを判定する。すなわち、制御部10は、算出した最大電圧Vampが、しきい値電圧Vth1以上しきい値電圧Vth2未満であると判断した場合に、モータ本体30が駆動していると判定する。
In step S36, the
制御部10は、モータ本体30が駆動していると判定した場合(ステップS36においてYES)、処理をステップS38に進め、モータ本体30が正常に駆動している旨の信号を外部装置へ通知する。
If it is determined that
一方、制御部10は、モータ本体30が駆動していないと判定した場合(ステップS36においてNO)、処理をステップS40に進め、外部装置から動作信号が入力されたにもかかわらずモータ本体30が駆動していないとして、エラー信号を外部装置へ通知する。
On the other hand, when it is determined that the motor
(b4.誘導起電力Vinに基づくモータの回転速度の推定)
上記の例では、モータユニット100は、誘導起電力Vinに基づいて、単にモータ本体30が駆動しているか否かを判断する構成であった。次に、この誘導起電力Vinに基づいてモータ本体30に内蔵されるロータ33(回転軸32)の回転速度(以下、「モータ本体30の回転速度」とも称する。)を推定する構成について説明する。
(B4. Estimation of the rotational speed of the motor based on the induced electromotive force Vin)
In the above example, the
再び図5(a)を参照して、制御部10は、取得部12が取得する誘導起電力Vinの波形から、誘導起電力Vinの周期T1を算出する。
Referring to FIG. 5A again, the
次に、制御部10は、周期T1から、駆動コイル34の作用により受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinの周波数fdを算出する。続いて、制御部10は、当該周波数fdに比例係数Cを乗じてモータ本体30の回転速度を算出する。
Next, the
上記の通り、ロータ33の回転速度は、周波数fdに比例(周期T1に反比例)するため、周期T1が短くなればなるほど、モータ本体30の回転速度は速くなる。なお、比例係数Cは、制御部10に含まれる記憶部(不図示)に格納されているものとする。なお、比例係数Cは、モータ本体30の構成によって異なる値を示す。したがって、予めロータ33の回転速度と周波数fdとから定まる比例係数Cを算出し、記憶部に格納されることが好ましい。
As described above, the rotational speed of the
上記によれば、実施形態1に従うモータユニット100は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinに基づいて、モータ本体30の回転速度を推定することができる。また、実施形態1に従う制御部10は、推定したモータ本体30の回転速度が、記憶部に格納される所定の回転速度範囲から外れている場合に、外部装置に対してエラー通知を行なう構成であってもよい。
Based on the above, the
なお、上記の例において、モータユニットは、バッテリを含む構成であったが、これに限られない。他の局面において、モータユニットは、受電コイルに誘起される電力を、バッテリに蓄えることなく、給電制御部を介してモータ本体に供給する構成であってもよい。当該構成においても、モータユニットは、受電コイルに誘起される誘導起電力に基づいて、モータ本体の動作状態を判定することができる。 In the above example, the motor unit includes a battery, but is not limited thereto. In another aspect, the motor unit may be configured to supply the electric power induced in the power receiving coil to the motor body via the power supply control unit without storing the electric power in the battery. Also in this configuration, the motor unit can determine the operating state of the motor body based on the induced electromotive force induced in the power receiving coil.
[C.実施形態2]
実施形態1に従うモータユニット100は、駆動コイル34の作用により受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinからモータ本体30の状態を判定する構成であった。ところで、一般的に送電コイル200の作用により受電コイル52に誘起される誘導起電力の周波数fcは、駆動コイル34の作用により誘起される誘導起電力の周波数fdよりも著しく高い。たとえば、非接触電力伝送方式の国際標準規格であるQiの場合、周波数fcは、110kHz〜205kHzと定められている。一方、周波数fdは、一例として、数百Hz〜数kHz程度である。実施形態2に従うモータユニット100は、この周波数fcと周波数fdとの差を利用して、モータ本体30およびバッテリ40の状態を判定する。なお、実施形態2に従うモータユニット100の基本構成は、実施形態1に従うモータユニット100の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
[C. Embodiment 2]
The
図9は、実施形態2に従う、モータ本体30およびバッテリ40の状態に応じた誘導起電力Vinの周波数スペクトルについて説明する図である。図9(a)は、モータ本体30が駆動中であって、かつ、バッテリ40が充電中でない場合の誘導起電力Vinの周波数スペクトルである。図9(a)に示されるように、当該条件における誘導起電力Vinは、周波数が10kHz以下の範囲にピーク周波数fdを有する。
FIG. 9 is a diagram illustrating the frequency spectrum of the induced electromotive force Vin according to the states of the motor
図9(b)は、モータ本体30が停止中であって、かつ、バッテリ40が充電中である場合の誘導起電力Vinの周波数スペクトルである。図9(b)に示されるように、当該条件における誘導起電力Vinは、周波数が20kHz以上の範囲にピーク周波数fcを有する。
FIG. 9B is a frequency spectrum of the induced electromotive force Vin when the motor
図9(c)は、モータ本体30が駆動中であって、かつ、バッテリ40が充電中である場合の誘導起電力Vinの周波数スペクトルである。図9(c)に示されるように、当該条件における誘導起電力Vinは、周波数が10kHz以下の範囲にピーク周波数fdを、20kHz以上の範囲にピーク周波数fcを有する。
FIG. 9C is a frequency spectrum of the induced electromotive force Vin when the motor
実施形態2に従うモータユニット100は、上記の特性を利用してモータ本体30およびバッテリ40の状態を判定する。より具体的には、実施形態2に従う制御部10は、取得部12が取得する単位期間あたりの誘導起電力Vinに対してフーリエ変換処理を行い、ピーク周波数を算出する。単位期間は、一例として、ロータ33の回転速度が安定した状態において、ロータ33が少なくとも180°回転する期間であるとする。制御部10は、当該ピーク周波数がどの周波数範囲に存在するかを判断することによって、モータ本体30およびバッテリ40の状態を判定する。一例として、制御部10は、算出したピーク周波数が10kHz以下の周波数範囲に存在する場合はモータ本体30が駆動中であると判定し、20kHz以上1000kHz以下の周波数範囲に存在する場合はバッテリ40が充電中であると判定する。
The
このとき、制御部10は、判定の精度を高めるために、所定強度以上のピーク周波数のみを用いて判定してもよい。たとえば、制御部10は、10kHz以下の範囲ではしきい値強度Ith1を超えるピーク周波数のみを判定に用い、20kHz以上の範囲ではしきい値強度Ith2を超えるピーク周波数のみを判定に用いる構成であってもよい。
At this time, the
上記によれば、実施形態2に従うモータユニット100は、誘導起電力Vinの周波数スペクトルに基づいて、モータ本体30およびバッテリ40の状態を判定することができる。
According to the above, the
また、実施形態1に従う判定方法は、誘導起電力Vinの最大電圧Vampに基づく。しかしながら、最大電圧Vampは、送電コイル200と受電コイル52との距離に依存して変動してしまう。この問題に対し、誘導起電力Vinのピーク周波数は、当該距離に依存しない。したがって、実施形態2に従うモータユニットは、実施形態1に従うモータユニットよりも高精度にモータ本体30およびバッテリ40の状態を判定することができる。
The determination method according to the first embodiment is based on the maximum voltage Vamp of the induced electromotive force Vin. However, the maximum voltage Vamp varies depending on the distance between the
以下、図10を用いて、上記の一連の判定方法について説明する。図10は、実施形態2に従うモータユニット100の、モータ本体30の動作状態およびバッテリ40の充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。なお、図7と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。
Hereinafter, the series of determination methods will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for determining the operating state of
図10を参照して、ステップS50において、制御部10は取得部12から受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinの波形を単位期間にわたって取得する。ステップS52において、制御部10は、取得した誘導起電力Vinに対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を行い、誘導起電力Vinの周波数スペクトルを算出する。
Referring to FIG. 10, in step S50,
ステップS54において、制御部10は、誘導起電力Vinの周波数スペクトルから、ピーク周波数を算出する。ステップS56において、制御部10は、第1の周波数範囲にピーク周波数が存在するか否かを判断する。第1の周波数範囲は、一例として、20kHz以上1000kHz以下とする。すなわち、制御部10は、ステップS56において、バッテリ40が充電中であるか否かを判断する。制御部10は、第1の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合(ステップS56においてNO)、処理をステップS58に進める。一方、制御部10は、第1の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合(ステップS56においてYES)、処理をステップS60に進める。
In step S54, the
ステップS58およびS60において、制御部10は、第2の周波数範囲にピーク周波数が存在するか否かを判断する。第2の周波数範囲は、一例として、0Hz以上10kHz以下とする。すなわち、制御部10は、ステップS58およびS60において、モータ本体30が駆動中であるか否かを判断する。
In steps S58 and S60, the
制御部10は、ステップS58において、第2の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合、モータ本体30が停止中であって、かつ、バッテリ40が充電中ではないと判断する(ステップS62)。一方、制御部10は、ステップS58において、第2の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合、モータ本体30が駆動中であって、かつ、バッテリ40が充電中ではないと判断する(ステップS64)。
When determining in step S58 that the peak frequency does not exist in the second frequency range, the
制御部10は、ステップS60において、第2の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合、モータ本体30が停止中であって、かつ、バッテリ40が充電中であると判断する(ステップS66)。一方、制御部10は、ステップS60において、第2の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合、モータ本体30が駆動中であって、かつ、バッテリ40が充電中であると判断する(ステップS68)。
When determining in step S60 that the peak frequency does not exist in the second frequency range, the
上記によれば、実施形態2に従うモータユニット100は、誘導起電力Vinの周波数スペクトルに基づいて、モータ本体30およびバッテリ40の状態を判定することができる。
According to the above, the
[D.実施形態3]
実施形態1に従うモータユニットは、誘導起電力Vinの最大電圧Vampに基づいて、モータ本体30が駆動しているか否かの判定を行なう構成であった。実施形態3に従うモータユニットは、当該最大電圧Vampに基づいて、単にモータ本体30が駆動しているか否かを判定するだけでなく、モータ本体30のより詳しい動作状態を推測する。なお、実施形態3に従うモータユニット100の基本構成は、実施形態1に従うモータユニット100の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
[D. Embodiment 3]
The motor unit according to the first embodiment is configured to determine whether or not the motor
図11は、実施形態3に従うモータユニット100の制御概要を説明する図である。図11を参照して、モータ本体30を構成する回転軸32には、負荷400が接続されている。負荷400の負荷トルクが大きくなるほど、モータ本体30の駆動コイル34に流れる電流も大きくなる。この特性を利用して、実施形態3に従う制御部10は、誘導起電力Vinの最大電圧Vampの大きさから、負荷400の大きさを推測する。
FIG. 11 is a diagram illustrating an outline of control of the
より精度の高い負荷400の推測を行なう場合、制御部10の記憶部には、予め計測された誘導起電力Vinの振幅(最大電圧Vamp)と回転軸に接続される負荷の大きさとの関係を表すテーブルまたは数式を格納される。制御部10は、取得部12が取得する誘導起電力Vinから最大電圧Vampを算出するとともに、上記関係から負荷400の大きさを推測することができる。上記によれば、実施形態3に従うモータユニット100は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinの大きさに基づいて、モータ本体30に接続される負荷の大きさを推測することができる。
When estimating the
[E.変形例1−ブラシレスモータ]
上記の実施形態1〜3に従うモータユニット100は、モータ本体30としてブラシモータを搭載する構成であったが、これに限られない。変形例1に従うモータユニット100Aは、モータ本体30の代わりに、ブラシレスモータであるモータ本体30Aを搭載する。このような構成であっても、変形例1に従うモータユニット100Aは、上記実施形態1〜3と同様の制御を行なうことができる。なお、変形例1に従うモータユニット100Aの基本構成は、実施形態1に従うモータユニット100の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
[
Although the
図12は、変形例1に従うモータ本体30Aと受電コイル52との関係を説明する図である。ブラシレスモータであるモータ本体30Aは、回転軸32と、2極のロータ33Aと、磁石35A,35B,35Cと、各磁石に配置される駆動コイル34A,34B,34Cと、インバータ回路38と、ロータ33の周りに120°間隔で配置されるホール素子39とを有する。
FIG. 12 is a diagram for explaining the relationship between the motor main body 30A and the
受電コイル52は、駆動コイル34A,34B,34Cの中から任意の駆動コイルに対応するように配置される。図12に示される例では、受電コイル52は、駆動コイル34Aに対応するように配置される。より具体的には、受電コイル52は、当該受電コイル52の軸が、モータ本体30Aの回転軸32と直交するように配置される。また、受電コイル52は、モータ本体30Aと当接または近接して配置される。
The
当該構成において、変形例1に従う受電コイル52は、モータ本体30Aが駆動すると、換言すれば、駆動コイル34Aに電流が流れると、駆動コイル34Aの作用により誘導起電力Vinが生じる。図12に示される例において、モータ本体30Aは、三相モータである。したがって、インバータ回路38は、ホール素子39から入力されるロータ33Aの位置情報に基づいて、ロータ33Aが120°回転するごとに、駆動コイル34Aに正の所定電流を印加する状態と、負の所定電流を印加する状態と、電流を印加しない状態とを切り替える。受電コイル52に誘起される誘導起電Vinは、上記の駆動コイル34Aに印加される電流に応じて変化する。
In this configuration, when the motor main body 30A is driven in the
変形例1に従う制御部10は、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinをモニタすることで、当該誘導起電力Vinの周波数、およびロータ33Aが360°回転する位相期間における誘導起電力Vinの最大電圧Vampを算出する。制御部10は、これらのパラメータに基づいて、実施形態1〜3と同様に、モータ本体30Aの動作状態およびバッテリ40の充電状態を判定することができる。なお、制御部10は、ロータ33Aの回転速度が安定した状態において、上記の周波数および最大電圧Vampを算出することが好ましい。
The
上記によれば、変形例1に従うモータユニット100Aは、モータがブラシレスモータであっても、当該ブラシレスモータの動作状態、およびバッテリの充電状態を判定することができる。なお、変形例1に従うモータユニット100Aは、ホール素子39を用いてモータ本体30Aの動作状態を把握することもできるが、問題が生じる可能性がある。ホール素子39は、高温(たとえば、120℃以上)環境下では正常に作動しない。また、ホール素子39が曝される環境温度は、しばしば120℃を超える。そのため、変形例1に従うモータユニット100Aは、受電コイル52に誘起される誘導起電力Vinを用いることによって、高温環境下であってもモータ本体30Aの動作状態を正確に判定することができる。
According to the above, the motor unit 100A according to the first modification can determine the operating state of the brushless motor and the charged state of the battery even if the motor is a brushless motor. In addition, although the motor unit 100A according to the modified example 1 can grasp the operating state of the motor main body 30A using the
[F.変形例2−誘導電流]
上記の実施形態1〜3に従うモータユニット100は、受電コイル52に誘起される電圧である誘導起電力Vinに基づいて、モータ本体30およびバッテリ40の状態を判定する構成であった。他の局面において、モータユニット100は、誘導起電力Vinに代えて、受電コイル52に誘起される誘導電流Iinをモニタしてもよい。この場合、モータユニット100は、誘導電流Iinの波形から、当該誘導電流Iinの周波数、および所定の位相期間における最大電流値Iampを算出し、実施形態1〜3と同様に、モータ本体30の動作状態およびバッテリ40の充電状態を判定する。
[F. Modification 2-Induction Current]
The
[G.まとめ]
実施形態に従うモータユニットは、受電コイルに誘起される誘導起電力または誘導電流に基づいて、換言すれば、受電コイルに誘起される電力の情報に基づいて、モータの動作状態およびバッテリの充電状態を判定することができる。
[G. Summary]
The motor unit according to the embodiment, based on the induced electromotive force or induced current induced in the receiving coil, in other words, based on the information on the electric power induced in the receiving coil, determines the motor operating state and the battery charging state. Can be determined.
また、実施形態に従うモータユニットは、外部から電力供給を受けるために配置される受電コイルを利用して、上記の判定を行なうことができる。したがって、実施形態に従うモータユニットは、付加的なデバイスを搭載することなく、モータユニットの状態を判定することができるため、当該ユニットの大型化を抑制することができる。 In addition, the motor unit according to the embodiment can make the above determination using a power receiving coil arranged to receive power supply from the outside. Therefore, since the motor unit according to the embodiment can determine the state of the motor unit without mounting an additional device, the size of the unit can be suppressed.
また、実施形態に従うモータユニットは、付加的なユニットを搭載しないため、生産コストを抑えることができる。さらに、実施形態に従うモータユニットは、特殊なモータ(たとえば、ロータにRFIDタグを埋め込むモータ)を用いる必要はなく、一般的なモータを用いることができるため、汎用性が高い。 Moreover, since the motor unit according to the embodiment does not include an additional unit, the production cost can be suppressed. Furthermore, the motor unit according to the embodiment does not need to use a special motor (for example, a motor in which an RFID tag is embedded in the rotor), and can use a general motor, and thus has high versatility.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。また、上記の実施形態1〜3、変形例1および変形例2は、任意の組み合わせが可能と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. In addition, it should be considered that the above-described
10 制御部、12 取得部、30,30A モータ本体、32 回転軸、33,33A ロータ、34,34A,34B,34C 駆動コイル、35A,35B,35C,35a 磁石、37 ブラシ、38 インバータ回路、40 バッテリ、52 受電コイル、54 給電制御部、60 モータ状態監視モジュール、70 筐体、100,100A,100X モータユニット、200 送電コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記モータに対応するように配置されるとともに、送電コイルから電磁誘導を利用して電力の供給を受けることが可能な受電コイルと、
前記駆動コイルの作用により前記受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、当該電力の情報に基づいて、前記モータの状態を判定する判定部とを備える、モータユニット。 A motor having a drive coil and driven by supplying current to the drive coil;
A power receiving coil arranged to correspond to the motor and capable of receiving power supply from the power transmitting coil using electromagnetic induction;
A motor unit comprising: a determination unit that acquires information on the power induced in the power receiving coil by the action of the drive coil and determines the state of the motor based on the information on the power.
前記判定部は、前記振幅に関連付けられる情報の値が予め定められた範囲内にあるか否かに基づいて前記モータが駆動状態であるか否かを判断する、請求項5に記載のモータユニット。 The power information includes information associated with the amplitude of AC power induced in the power receiving coil,
The motor unit according to claim 5, wherein the determination unit determines whether or not the motor is in a driving state based on whether or not a value of information associated with the amplitude is within a predetermined range. .
前記判定部は、前記モータが駆動状態であると判断した場合に、前記周波数に基づいて前記モータの回転速度を算出する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のモータユニット。 The power information includes the frequency of AC power induced in the power receiving coil by the action of the drive coil,
The motor unit according to claim 1, wherein the determination unit calculates a rotation speed of the motor based on the frequency when it is determined that the motor is in a driving state.
前記判定部は、前記振幅に関連付けられる情報に基づいて前記モータに接続される負荷の大きさを推定する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータユニット。 The power information includes information associated with the amplitude of AC power induced in the power receiving coil,
The motor unit according to claim 1, wherein the determination unit estimates the magnitude of a load connected to the motor based on information associated with the amplitude.
前記受電コイルは、前記モータと前記筐体との間に配置される、請求項12に記載のモータユニット。 A housing for accommodating the power receiving coil, the storage battery, the motor, and the determination unit;
The motor unit according to claim 12, wherein the power reception coil is disposed between the motor and the housing.
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