JP7201462B2

JP7201462B2 - 温度検出装置

Info

Publication number: JP7201462B2
Application number: JP2019014569A
Authority: JP
Inventors: 善久北条
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020122708A

Description

本発明は、温度検出装置に関する。

非特許文献１には、回転体における測温対象の温度を検出する技術が開示されている。

図３は、回転体における測温対象の温度を検出する従来の温度検出装置１００の構成例を示す図である。図３に示す温度検出装置１００は、固定部２００と離間して設けられた回転部３００のロータ３０１（回転体）の磁石３０２（測温対象）の温度を検出するものである。

図３に示す温度検出装置１００は、熱電対３０３と、Ａ／Ｄコンバータ３０４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０５と、無線送信回路３０６と、受電回路３０７と、無線受信回路２０１と、ＣＰＵ２０２と、送電回路２０３と、電源２０４と、モニター２０５とを備える。Ａ／Ｄコンバータ３０４、ＣＰＵ３０５、無線送信回路３０６および受電回路３０７は、回転部３００の回転基板３０８に設けられる。回転基板３０８は、ロータ３０１とともに回転する。無線受信回路２０１、ＣＰＵ２０２、送電回路２０３、電源２０４およびモニター２０５は、固定部２００に設けられる。

熱電対３０３は、磁石３０２に取り付けられ、磁石３０２の温度を測定する。

Ａ／Ｄコンバータ３０４は、熱電対３０３による測温値（アナログ値）をデジタル値に変換し、ＣＰＵ３０５に出力する。

ＣＰＵ３０５は、Ａ／Ｄコンバータ３０４から出力された測温値を、温度データとして無線送信回路３０６に無線送信させる。無線送信回路３０６は、温度データを固定部２００に無線送信するための通信ＩＣ（Integrated Circuit）である。

受電回路３０７は、固定部２００側から無線で（非接触で）伝送された電力を受電し、Ａ／Ｄコンバータ３０４、ＣＰＵ３０５および無線送信回路３０６に供給する。

無線受信回路２０１は、無線送信回路３０６から送信されてきた温度データを受信する。

ＣＰＵ２０２は、無線受信回路２０１により受信された温度データをモニター２０５に出力して表示させる。

送電回路２０３は、ワイヤレス電力伝送により、受電回路３０６に電力を送電する。

電源２０５は、固定部２００の各部に電力を供給する。

無線受信回路２０１、ＣＰＵ２０２、送電回路２０３および電源２０４は、固定部２００と離間した回転部３００から温度データを取得するテレメータ２０６を構成する。

「Ｍａｎｎｅｒ社テレメータテクニカルシート」，Ｎｏ．ＴＭ－００２－０６，１３．０８．２３

図３に示す温度検出装置１００においては、Ａ／Ｄコンバータ３０４、ＣＰＵ３０５、および通信ＩＣである無線送信回路３０６などの部品が回転基板３０８に搭載される。そのため、これらの部品の寿命あるいは使用温度環境などにより、回転体における測温対象の温度を検出できなくなるおそれがある。

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、回転体における測温対象の温度をより確実に検出することができる温度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る温度検出装置は、固定部と離間して設けられた回転部の回転体における測温対象の温度を検出する温度検出装置であって、前記回転部に設けられたサーミスタおよび受電回路と、前記固定部に設けられた送電回路および演算部とを備え、前記サーミスタは、前記測温対象に取り付けられ、前記測温対象の温度に応じて抵抗が変化し、前記受電回路は、高周波磁界を介して伝送された電力を前記サーミスタに供給し、前記送電回路は、直流電源と、高周波電源と、送電コイルとを備え、前記直流電源から出力された電圧を前記高周波電源により高周波電圧に変換し、前記高周波電圧を前記送電コイルにより高周波磁界に変換し、前記高周波磁界を介して電力を前記受電回路に非接触で伝送し、前記演算部は、前記高周波電源に供給される有効電力を算出し、該算出した有効電力に基づき前記サーミスタの抵抗を算出し、該算出したサーミスタの抵抗により前記測温対象の温度を検出し、前記回転部には、複数の測温対象それぞれに対応して、前記サーミスタと前記受電回路とが設けられ、前記固定部には、前記複数の受電回路それぞれに対応して、前記送電回路が設けられ、前記複数の受電回路はそれぞれ、コイルとコンデンサとからなり、共振周波数が異なる共振回路を備え、前記受電回路と、該受電回路に対応する送電回路との間で、前記受電回路が備える共振回路の共振周波数に一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が非接触で伝送される。

本発明に係る温度検出装置において、前記送電回路は、前記直流電源から出力された電圧を検出する電圧検出器と、前記直流電源から出力された電流を検出する電流検出器とをさらに備え、前記演算部は、前記電流検出器による検出結果と、前記電圧検出器による検出結果とに基づき前記有効電力を算出する。

本発明に係る温度検出装置によれば、回転体における測温対象の温度をより確実に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る温度検出装置の構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る温度検出装置の他の構成例を示す図である。従来の温度検出装置の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度検出装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る温度検出装置１０は、固定部２０と離間して設けられた回転部３０のロータ３１（回転体）の磁石３２（測温対象）の温度を検出するものである。なお、本実施形態においては、測温対象が磁石３２である例を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。測温対象は、故障の防止などのために温度を検出する必要がある回転体の任意の部位であってよい。

図１に示す温度検出装置１０は、サーミスタ３３と、受電回路３４と、直流電源２１と、電圧検出器２２と、電流検出器２３と、高周波電源２４と、送電コイルとしてのコイル２５と、演算部２６とを備える。サーミスタ３３および受電回路３４は、回転部３０に設けられる。直流電源２１、電圧検出器２２、電流検出器２３、高周波電源２４、コイル２５および演算部２６は、固定部２０に設けられる。

サーミスタ３３は、ロータ３１の磁石３２に取り付けられ、磁石３２の温度に応じて抵抗値が変化する。

受電回路３４は、固定部２０側から無線で（非接触で）伝送された電力を受電し、サーミスタ３３に供給する。受電回路３４は、コイルまたはコイルとコンデンサとで構成され、高周波磁界を介して伝送された電力をサーミスタ３３に供給する。具体的には、受電回路３４は、後述するコイル２５からの高周波磁界の磁気エネルギーを電気エネルギーに変換し、サーミスタ３３に交流電圧を印加する。

直流電源２１は、直流電力を高周波電源２４に供給する。

電圧検出器２２は、直流電源２１から出力された電圧を検出し、検出結果を演算部２６に出力する。

電流検出器２３は、直流電源２１から出力された電流を検出し、検出結果を演算部２６に出力する。

高周波電源２４は、直流電源２１から出力された直流電圧を高周波電圧に変換し、コイル２５に出力する。

コイル２５は、固定部２０の固定基板２７に設けられ、受電回路３４と離間して対向する。コイル２５は、高周波電源２４から出力された高周波電圧を高周波磁界に変換して出力する。コイル２５から出力された高周波磁界は、受電回路３４において電気エネルギーに変換されることで、コイル２５から受電回路３４に電力が伝送される。すなわち、コイル２５は、高周波電源２４からの高周波電圧を高周波磁界に変換し、その高周波磁界を介して電力を受電回路３４に非接触で伝送する。コイル２５から受電回路３４には、例えば、数Ｗ程度の電力が伝送される。

直流電源２１、電圧検出器２２、電流検出器２３、高周波電源２４およびコイル２５は、回転部３０（受電回路３４）に電力を非接触で伝送するための送電回路２８を構成する。すなわち、送電回路２８は、直流電源１１から出力された電圧を高周波電源２４により高周波電圧に変換し、その高周波電圧をコイル２５により高周波磁界に変換し、その高周波磁界を介して電力を受電回路３４に非接触で伝送する。

演算部２６は、電圧検出器２２による検出結果と、電流検出器２３による検出結果とに基づき高周波電源２４に供給される有効電力を算出する。そして、演算部２６は、算出した有効電力に基づきサーミスタ３３の抵抗を算出し、算出したサーミスタ３３の抵抗により磁石３２の温度を検出する。具体的には、演算部２６は、磁石３２の温度が基準温度である場合の有効電力からの、算出した有効電力の変化量に基づき、磁石３２の温度が基準温度である場合のサーミスタ３３の抵抗からの、サーミスタ３３の抵抗の変化量を算出することで、サーミスタ３３の抵抗を算出する。そして、演算部２６は、算出したサーミスタ３３の抵抗に対応する温度を磁石３２の温度として検出する。

このように本実施形態においては、回転体の測温対象にサーミスタ３３を取り付け、固定部２０からワイヤレス電力伝送により電力をサーミスタ３３に供給する。そして、高周波電源２４に供給される有効電力からサーミスタ３３の抵抗を算出し、算出したサーミスタ３３の抵抗から測温対象の温度を検出する。そのため、回転部３０にＡ／Ｄコンバータ、ＣＰＵおよび通信ＩＣなどの部品を設ける必要がないので、これらの部品の寿命あるいは使用温度環境などに関わりなく、回転体における測温対象の温度をより確実に検出することができる。

なお、図１においては、電圧検出器２２および電流検出器２３が、直流電源２１と高周波電源２４との間に設けられている、すなわち、直流電源２１からの直流電圧および直流電流が検出される例を用いて説明したが、これに限られるものではない。電圧検出器２２は、高周波電源２４からコイル２５に出力される交流電圧ｖを検出してもよい。また、電流検出器２３は、高周波電源２４からコイル２５に出力される交流電流ｉを検出してもよい。この場合、演算部２６は、電圧検出器２２により検出された交流電圧ｖと、電流検出器２３により検出された交流電流ｉと、力率θとの積（ｖ×ｉ×ｃｏｓθ）により有効電力を算出する。

また、図１においては、測温対象が１つである例を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、測温対象が複数であってもよい。測温対象が複数である場合の温度検出装置１０の構成例を図２に示す。なお、図２においては、測温対象である磁石３２が３つ（磁石３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）である場合を示している。

図２に示すように、回転部３０においては、磁石３２ａ，３２ｂ，３２ｃそれぞれに対応して、サーミスタ３３および受電回路３４が設けられる。すなわち、磁石３２ａに対応して、サーミスタ３３ａおよび受電回路３４ａが設けられる。また、磁石３２ｂに対応して、サーミスタ３３ｂおよび受電回路３４ｂが設けられる。また、磁石３２ｃに対応して、サーミスタ３３ｃおよび受電回路３４ｃが設けられる。

受電回路３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそれぞれ、コイルとコンデンサとからなり、共振周波数が異なる共振回路を備える。以下では、受電回路３４ａが備える共振回路の共振周波数をｆａとする。また、受電回路３４ｂが備える共振回路の共振周波数をｆｂとする。また、受電回路３４ｃが備える共振回路の共振周波数をｆｃとする。

固定部２０においては、複数の受電回路３４それぞれに対応して、送電回路２８および演算部２６が設けられる。すなわち、受電回路３４ａに対応して、送電回路２８ａおよび演算部２６ａが設けられる。また、受電回路３４ｂに対応して、送電回路２８ｂおよび演算部２６ｂが設けられる。また、受電回路３４ｃに対応して、送電回路２８ｃおよび演算部２６ｃが設けられる。

受電回路３４と、その受電回路３４に対応する送電回路２８との間では、磁界共鳴型ワイヤレス電力伝送により電力が伝送される。具体的には、受電回路３４と、対応する送電回路２８との間では、受電回路３４が備える共振回路の共振周波数に一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が非接触で伝送される。すなわち、受電回路３４ａと送電回路２８ａとの間では、共振周波数ｆａに一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が伝送される。また、受電回路３４ｂと送電回路２８ｂとの間では、共振周波数ｆｂに一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が伝送される。また、受電回路３４ｃと送電回路２８ｃとの間では、共振周波数ｆｃに一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が伝送される。

演算部２６は、対応する送電回路２８が備える電圧検出器２２および電流検出器２３の検出結果から有効電力を算出し、対応する測温対象の温度を検出する。すなわち、演算部２６ａは、磁石３２ａの温度を検出する。また、演算部２６ｂは、磁石３２ｂの温度を検出する。また、演算部２６ｃは、磁石３２ｃの温度を検出する。

このように、複数の測温対象それぞれに対応して、受電回路３４と送電回路２８とを設け、対応する受電回路３４と送電回路２８との間でそれぞれ異なる周波数の高周波磁界を介して電力を伝送することで、複数の測温対象それぞれの温度を検出することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。

１０温度検出装置
２０固定部
２１直流電源
２２電圧検出器
２３電流検出器
２４高周波電源
２５コイル（送電コイル）
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ演算部
２７固定基板
２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ送電回路
３０回転部
３１ロータ（回転体）
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ磁石（測温対象）
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃサーミスタ
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ受電回路
３５回転基板

Claims

固定部と離間して設けられた回転部の回転体における測温対象の温度を検出する温度検出装置であって、
前記回転部に設けられたサーミスタおよび受電回路と、
前記固定部に設けられた送電回路および演算部とを備え、
前記サーミスタは、前記測温対象に取り付けられ、前記測温対象の温度に応じて抵抗が変化し、
前記受電回路は、高周波磁界を介して伝送された電力を前記サーミスタに供給し、
前記送電回路は、直流電源と、高周波電源と、送電コイルとを備え、前記直流電源から出力された電圧を前記高周波電源により高周波電圧に変換し、前記高周波電圧を前記送電コイルにより高周波磁界に変換し、前記高周波磁界を介して電力を前記受電回路に非接触
で伝送し、
前記演算部は、前記高周波電源に供給される有効電力を算出し、該算出した有効電力に基づき前記サーミスタの抵抗を算出し、該算出したサーミスタの抵抗により前記測温対象の温度を検出し、
前記回転部には、複数の測温対象それぞれに対応して、前記サーミスタと前記受電回路とが設けられ、
前記固定部には、前記複数の受電回路それぞれに対応して、前記送電回路が設けられ、
前記複数の受電回路はそれぞれ、コイルとコンデンサとからなり、共振周波数が異なる共振回路を備え、
前記受電回路と、該受電回路に対応する送電回路との間で、前記受電回路が備える共振回路の共振周波数に一致する周波数の高周波磁界を介して、電力が非接触で伝送される、温度検出装置。
請求項１に記載の温度検出装置において、
前記送電回路は、
前記直流電源から出力された電圧を検出する電圧検出器と、
前記直流電源から出力された電流を検出する電流検出器とをさらに備え、
前記演算部は、前記電流検出器による検出結果と、前記電圧検出器による検出結果とに基づき前記有効電力を算出する、温度検出装置。