专利名称：马达的温度推定装置以及具有该温度推定装置的发电系统以及马达的温度推定方法
技术领域：
本发明涉及一种用于推定马达中的转子的温度的技木。
背景技术：
以往以来，公知有具有定子和能够相对于该定子旋转且设置有永久磁铁的转子的马达。在这种马达中，如果上述转子的温度超过既定的温度，则不可逆地产生永久磁铁的磁通密度降低的所谓退磁现象。而且，如果产生永久磁铁的退磁，则马达的性能降低。因而，为了在保持马达的性能的前提下使用马达，需要转子的温度管理。例如在日本特开2004-222387号中公开了ー种马达，其具有以与永久磁铁的上端面相接的方式设置于转子的磁化元件、和设置于定子的霍尔元件。上述磁化元件具有根据 其温度而饱和磁通密度及导磁率变化的特性。上述霍尔元件检测上述磁化元件的磁场的强度。而且，在该马达中，磁化元件的温度追随永久磁铁的温度而变化，利用霍尔元件检测该磁化元件的磁场的强度。磁化元件的温度基于表示磁化元件温度和饱和磁通密度的关系的磁化元件的特性、及检测到的磁场强度而被特定，被特定了的磁化元件的温度被推定为永久磁铁的温度。但是，在上述专利公报所记载的马达中，存在为了推定永久磁铁的温度而事前需要大量必要的信息量的问题。具体而言，在该马达中，采用了具有在既定温度下磁场的強度大幅地变化的特性的磁化元件，从而能够推定永久磁铁的温度是接近上述既定温度的温度，另ー方面，对于从上述既定温度偏离的温度范围，为了推定永久磁铁的温度，必须在需要推定的温度范围的整个范围内准备并保持磁化元件的温度与磁场的強度的信息(例如日本特开2004-222387号的图4的图表)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低为了推定永久磁铁的温度而事先所需要的信息量的马达的温度推定装置以及马达的温度推定方法。为了解决上述课题，本发明者等着眼于温度变化后的永久磁铁的温度与温度变化前的磁通密度与温度变化后的磁通密度的比成比例这一点，想到了以下的发明通过利用温度变化前后的各自的永久磁铁的磁通密度和变化前的温度来推定变化后的温度。S卩，令变化前的温度为T0，令此时的永久磁铁的磁通密度为B0，令变化后的温度为Tl，令此时的永久磁铁的磁通密度为BI，此时，以下的式(I)的关系成立。Tl=T0-l/mX (1-B1/B0) (I)
在此，m是根据永久磁铁的原料而规定的系数。因而，通过使用Τ0、Β0以及BI，能够算出Tl并将该Tl推定为永久磁铁的温度。具体而言，本发明为ー种温度推定装置，用于对具有定子、和能够相对于该定子旋转且设置有永久磁铁的转子的马达来推定上述永久磁铁的温度，具有磁通密度特定机构，用于特定上述永久磁铁的磁通密度；存储部，存储在上述永久磁铁的温度已知的条件下被上述磁通密度特定机构特定了的基准磁通密度；温度推定部，基于利用上述磁通密度特定机构而被特定了的特定磁通密度、上述已知的温度、上述基准磁通密度而推定上述特定磁通密度被特定时的上述永久磁铁的温度。根据本发明，如上所述，能够基于已知的温度、基准磁通密度、特定磁通密度而推定永久磁铁的温度。因此，与需要推定所需的温度范围全域的磁化元件的磁场强度有关的信息的现有技术相比，能够降低事前所需要的信息量(已知的的温度以及基准磁通密度)。具体而言，上述温度推定部能够基于上述基准磁通密度与上述特定磁通密度的比、和上述已知的温度来推定上述永久磁铁的温度。
在上述温度推定装置中，优选上述磁通密度特定机构具有检测用线圈，设置于上述定子并且能够产生与上述永久磁铁的磁通密度的大小对应的大小的电动势；电压检测部，能够检测对上述检测用线圈施加的电压；运算部，基于上述电压检测部所检测到的电压而计算上述永久磁铁的磁通密度。在该方式中，磁通密度特定机构具有检测用线圈和电压检测部和运算部。因此，能够基于对检测用线圈施加的电压来计算永久磁铁的磁通密度。在此，在上述方式中，能够检测到与永久磁铁的磁通密度的大小对应地变化的电动势(电压)，所以与现有技术(日本特开2004-222387号)相比，能够提高推定温度的变化相对于永久磁铁的温度变化的响应性(追随的速度)。具体而言，在上述现有技术中，检测从永久磁铁带走热量的磁化元件的磁场的強度，所以从永久磁铁向磁化元件的热传递所需要的时间成为上述响应性降低的要因。与之相对，在上述方式下，不经由热传递而基于与永久磁铁的磁通密度对应地产生的电动势来推定温度，所以能够提高上述响应性。进而，在上述现有技术中，磁化元件的温度并不是根据永久磁铁而是根据其周围的温度变动，有可能永久磁铁的推定温度不正确。与之相対，在上述方式中，基于与永久磁铁的磁通密度对应的电动势而推定永久磁铁的温度，所以由于周围的温度而受到的影响小，能够更正确地推定永久磁铁的温度。在上述温度推定装置中，优选上述电压检测部检测施加于上述检测用线圈的电压波形中的峰值和频率，上述运算部基于上述峰值和频率计算上述永久磁铁的磁通密度。在该方式中，能够基于电压波形中的峰值以及频率算出永久磁铁的磁通密度。在此，“峰值”可以代替为有效值，“频率”可以代替为周期。在上述温度推定装置中，优选上述电压检测部多次检测上述峰值以及上述频率，上述运算部分别算出上述峰值的平均值或者最大值、以及频率的平均值或者最大值，并且使用这些平均值或者最大值来算出永久磁铁的磁通密度。在该方式中，能够使用峰值以及频率的平均值或者最大值计算永久磁铁的磁通密度。因此，例如在检测用线圈与变换器电气连接时，能够缓和伴随着变换器的阻抗的变化的峰值以及频率的误差。在上述温度推定装置中，优选进而具有能够在与上述检测用线圈之间交接电カ的交接部件、能够在将上述交接部件与上述检测用线圈电气连接的连接状态和将上述交接部件从上述检测用线圈断开的切断状态之间进行切换动作的切換部件，上述电压检测部在上述切换部件被切換到上述切断状态的状态下检测施加于上述检测用线圈的电压。在该方式中，能够在利用切換部件将交接部件从检测用线圈断开的状态下检测施加于检测用线圈的电压。因此，与交接部件的阻抗的变化无关，能够更加正确地检测检测用线圈中产生的电压。在上述温度推定装置中，优选上述定子具有能够产生与上述永久磁铁的磁通密度的大小对应的大小的电动势的定子线圈，进而具有能够在与上述定子线圈之间交接电カ的交接部件，上述检测用线圈不与上述交接部件电气连接。在该方式中，能够与连接于交接部件的定子线圈独立地设置检测用线圏。因此，与交接部件的阻抗的变化无关，能够更正确地检测检测用线圈中产生的电压。在上述温度推定装置中，优选上述检测用线圈仅与上述电压检测部电气连接。
在该方式中，由于检测用线圈与电压检测部以外不连接，所以能够更加正确地检测施加于检测用线圈的电压。在上述温度推定装置中，优选上述永久磁铁具有在上述转子的旋转轴的轴线方向上比上述定子还突出的突出部，上述检测用线圈以从上述定子线圈沿上述轴线方向分离并且与上述永久磁铁的突出部对置的方式配置，在上述检测用线圈与上述定子线圈之间设置有用于将上述检测用线圈与上述定子线圈之间磁性地遮断的屏蔽部件。在该方式中，能够利用屏蔽部件将检测用线圈与定子线圈磁性地遮断。因此，能够减小定子线圈中产生的磁场对检测用线圈带来的影响，由此，能够更正确地检测检测用线圈中产生的电压。在上述温度推定装置中，优选进而具有设置于上述定子并用于检测上述定子的周围的温度的周围温度检测部，上述存储部存储由上述周围温度检测部检测到的温度。在该方式中，能够检测定子周围的温度。因此，在周围的温度与永久磁铁的温度大致相同的条件(例如刚开始令马达启动时、或者令马达长时间停止后再次启动时)下通过检测周围的温度，能够将该温度用作上述已知的温度。在上述温度推定装置中，优选上述磁通密度特定机构含有设置于上述定子并能够检测上述永久磁铁的磁通、磁场的強度、磁通密度的至少ー个的物理量检测部。在该方式中，能够检测永久磁铁的磁通、磁场的强度、磁通密度的至少ー个。因此，能够基于检测结果特定磁通密度，能够基于该磁通密度推定永久磁铁的温度。此外，本发明为ー种利用工作流体的膨胀来发电的发电系统，具有排出上述工作流体的流体供给泵；对从上述流体供给泵供给的工作流体进行加热的蒸发器；利用从上述蒸发器导出的工作流体的膨胀而旋转的旋转体；与上述旋转体一体地旋转的输出轴；与上述输出轴连结并且与上述旋转体的旋转驱动对应而发电的发电机；对驱动上述旋转体旋转之后的工作流体进行冷凝的冷凝器；收纳上述旋转体、上述输出轴以及上述发电机的收纳容器；和推定上述发电机的温度的上述温度推定装置，上述发电机具有定子、和能够相对于该定子旋转并且设置有永久磁铁的转子，在上述收纳容器中设置有用于导入上述工作流体的导入部、和隔着上述发电机设置在上述导入部的相反侧的用于导出工作流体的导出部，上述温度推定装置具有指令部，该指令部推定上述永久磁铁的温度并且基于上述永久磁铁的推定温度对上述流体供给泵、上述蒸发器、上述冷凝器的至少ー个发出指令使得上述永久磁铁为预先设定的目标温度。
根据本发明，如上所述，能够基于已知的温度、基准磁通密度、特定磁通密度来推定永久磁铁的温度。因此，与需要对永久磁铁设想的温度范围的全域的磁化元件的磁场的強度相关的信息的现有技术相比，能够降低事前所需要的信息量(已知的温度以及基准磁通密度)。此外，在本发明中，利用收纳容器收纳旋转体、输出轴以及发电机，并且在收纳容器的隔着发电机的两侧设置导入部以及导出部。因此，经由导入部导入到收纳容器内的エ作流体令旋转体旋转后，在发电机的周围流动而从导出部向收纳容器外导出。即，根据本发明，不仅将工作流体用于旋转体的旋转，还能够用于发电机的冷却。而且，在本发明中，温度推定装置推定永久磁铁的温度，并且基于推定温度输出指令以使永久磁铁维持为目标温度。因此，与对永久磁铁进行必要以上的冷却而冷却到不会产生退磁的充分低的温度的情况相比，能够提高发电机的发电能力。 此外，本发明为ー种温度推定方法，用于对具有定子和能够相对于该定子旋转且设置有永久磁铁的转子的马达推定上述永久磁铁的温度，具有下述エ序在周围的温度与上述永久磁铁的温度大致相等的条件下，測定上述周围的温度并特定上述永久磁铁的磁通密度的准备エ序；在上述准备エ序后特定上述永久磁铁的磁通密度的特定エ序；基于在上述特定エ序中被特定了的磁通密度、在上述准备エ序中測定了的周围的温度、和在上述准备エ序中被特定了的磁通密度来推定上述永久磁铁的温度的推定エ序。根据本发明，如上所述，能够基于已知的温度、基准磁通密度、和特定磁通密度来推定永久磁铁的温度。因此，与需要永久磁铁中设想的温度范围全域的磁化元件的磁场的強度有关的信息的现有技术相比，能够降低事前所需要的信息量(准备エ序中准备的已知的温度以及基准磁通密度)。
图I是表示本发明的实施方式的发电系统的整体构成的概要图。图2是表示图I的密闭式发电机的具体构成的剖视图。图3是将图2的发电机放大表示的剖视图。图4是图3的IV-IV线剖视图。图5是表不图I的发电系统的电气构成的框图。图6是表示由图5的控制部执行的处理的流程图。图7是表示图6的初始设定处理的流程图。图8是用于说明由图5的电压检测部检测的物理量的电压波形图。图9是表示另外的实施方式的与图5相当的图。图10是表示由图9的控制部执行的处理的流程图。图11是表示另外的实施方式的与图3相当的图。
具体实施例方式以下參照
本发明的优选实施方式。图I是表示本发明的实施方式的发电系统的整体构成的概要图。參照图1，发电系统I具有排出工作流体的流体供给泵2、对从该流体供给泵2供给的工作流体进行加热的蒸发器3、利用从该蒸发器3被引导的工作流体的膨胀而发电的密闭式发电机4、冷却从该密闭式发电机4导出的工作流体而令其冷凝的冷凝器5、对由该冷凝器5冷凝后的工作流体进行冷却的过冷却器6、用于从该过冷却器6不经由上述流体供给泵2地向蒸发器3导引工作流体的旁通阀7、将由上述密闭式发电机4所发电的电カ向其进行供给的变换器21 (參照图5)、控制上述流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6的控制部23 (參照图5)。具体而言，发电系统I具有连接流体供给泵2和密闭式发电机4的第一供给配管LI、连接密闭式发电机4与流体供给泵2的第一导出配管L2，经由这些配管LI、L2令工作流体循环。在第一供给配管LI的中途部设置有上述蒸发器3，在第一导出配管L2的中途部设置有上述冷凝器5以及过冷却器6。流体供给泵2例如排出氟利昂等的工作流体。从该流体供给泵2排出的工作流体经由第一供给配管LI被导入蒸发器3。
蒸发器3对经由第一供给配管LI而导入的工作流体进行加热而令其蒸发。具体而言，本实施方式的蒸发器3具有令加热介质流通的流路、能够令在该流路中流动的加热介质升温的蒸发用升温器3a (參照图5)、和能够调节在上述流路中流动的加热介质的流速的蒸发用调节器3b (參照图5)。而且，通过进行与流动于上述流路内的比较低温(900C IO(TC)的加热介质之间的热交换而加热工作流体。作为上述加热介质能够利用例如从制造设备等排出的温水、蒸汽、加热空气、排出气体等。密闭式发电机4对应于被上述蒸发器3加热后的工作流体的膨胀而令螺杆叶轮机(旋转体)IOaUOa旋转，从而令与螺杆叶轮机IOa的输出轴IOb连结的发电机11动作而进行发电。另外，螺杆叶轮机10a、10a是在各自的外周面上形成有螺旋状的突条的圆柱状的部件。而且，通过令螺杆叶轮机10a、10a的突条彼此相互啮合，能够在各螺杆叶轮机10a、IOa的外周面之间且各突条之间形成流路。另外，形成在各螺杆叶轮机10a、10a之间的流路的截面积设定为从各螺杆叶轮机10a、10a的一端侧朝向另一端侧(从图2的左侧向右側)变宽。以下，对密闭式发电机4的具体构成进行说明。图2是表示图I的密闭式发电机的具体构成的剖视图。參照图I以及图2，密闭式发电机4具有借助工作流体的膨胀而旋转的旋转部件
10、与该旋转部件10的旋转对应而进行发电的发电机11、收纳这些旋转部件10以及发电机11的收纳容器12、设置于该收纳容器12内井能够检测上述发电机11的周围的温度(例如后述的发电机11的定子Ila的温度)的周围温度检测部22 (參照图5)。旋转部件10具有上述螺杆叶轮机10a、10a、以及固定于这些螺杆叶轮机10a、10a的一方的输出轴10b。形成在各螺杆叶轮机10a、10a之间的流路的截面积以从图2的左方朝向右方而逐渐变宽的方式设定。输出轴IOb与一方的螺杆叶轮机IOa—体地旋转。发电机11具有固定于后述的收纳容器12的筒状的定子11a、和设置于该定子Ila的内侧并且能够相对于该定子Ila旋转的转子lib。转子Ilb与上述旋转部件10的输出轴IOb连结，与该输出轴IOb—体地旋转。以下，參照图3以及图4说明发电机11的具体构成。定子Ila具有固定于收纳容器12的筒状的定子本体11c、保持于该定子本体Ilc的多个定子线圈lid。各定子线圈Ild配置为如图3所示那样地沿转子Ilb的旋转轴lie的轴线方向并列，并且如图4所示那样地绕旋转轴lie的轴线地并列。此外，各定子线圈Ild为了供给发电后的电カ而与变换器21 (參照图5)电气地连接。在本实施方式中，变换器21相当于能够在与定子线圈Ild之间交接电カ的交接部件。转子Ilb具有设置于上述定子Ila内的转子本体Ilf、连结该转子本体Ilf与上述旋转部件10的输出轴的旋转轴He、和保持于上述转子本体Ilf的多个永久磁铁Hg。各永久磁铁Ilg如图3所示那样，沿旋转轴lie的轴线延伸，并且如图4所示那样，在绕旋转轴Ile的轴线的同一圆周上并列地配置。參照图2，收纳容器12汇总收纳从图2的左侧顺次地配置的旋转部件10、后述的轴承部J1、以及发电机U。工作流体经由图2中设置于收纳容器12的左端的导入管19a而导入到收纳容器12内，并且经由设置于图2的右侧的导出口 17c而导出到收纳容器12的外側。而且，发电机11设置在导入管19a与导出ロ 17c之间，所以发电机11被经由导入管19a导入的工作流体冷却。具体而言，收纳容器12具有保持上述各螺杆叶轮机10a、IOa的保持部件16、从该 保持部件16向左侧延伸的筒状部件14、设置于该筒状部件14的左端的盖部件15、从上述保持部件16向右侧延伸的有底部件17。保持部件16具有本体部16a、安装于该本体部16a的左侧的轴承部件16b、从本体部16a向右侧延伸的沿设部16c、形成于该沿设部16c的右端的凸缘部16h。在本体部16a上设置有用于收纳各螺杆叶轮机10a、10a的收纳孔16d、用于向收纳于该收纳孔16d内的各螺杆叶轮机10a、IOa导入工作流体的导入ロ 16e、用于将被收纳于收纳孔16d内的各螺杆叶轮机10a、10a引导的工作流体导出的导出ロ(第一导出口)16f、和用于支承螺杆叶轮机IOa的输出轴IOb的轴承部Jl。收纳孔16d是左右方向上贯通本体部16a的孔。导入口 16e设置于本体部16a的左端，与收纳孔16d连通并且向左侧开ロ。导出口 16f设置于本体部16a的右端，与收纳孔16d连通并且向右侧开ロ。轴承部Jl设置于各螺杆叶轮机IOa的右侧的收纳孔16d的内侧位置，将螺杆叶轮机IOa的输出轴IOb支承为能够旋转。在这样的本实施方式中，轴承部Jl收纳于收纳容器12内，所以即便不令该轴承部Jl具有气密性也能够将工作流体封闭在收纳容器12内。另外，在本实施方式中，本体部16a中收纳各螺杆叶轮机10a、10a的部分构成收纳部，本体部16a中包围收纳部的部分构成收纳容器的一部分。轴承部件16b是包围螺杆叶轮机IOa的输出轴IOb的左端的周围的部件。在该轴承部件16b的内侧，设置有将螺杆叶轮机IOa的输出轴IOb的左端支承为能够旋转的轴承部J2。沿设部16c形成为从本体部16a向右侧延伸的包围输出轴IOb的周围的筒状。筒状部件14具有比上述轴承部件16b还向左侧延伸的筒状本体14a、和设置于该筒状本体14a的右端的安装部14b。安装部14b是用于以不妨碍气体的流通的方式将筒状本体14a安装于上述保持部件16的本体部16a的部件。盖部件15封闭上述筒状部件14的筒状本体14a的左侧的开ロ部从而与该筒状部件14协动而在保持部件16的左侧形成叶轮机室SI。S卩，叶轮机室SI设置于保持部件16与筒状部件14与盖部件15之间，是用于收纳各螺杆叶轮机10a、10a的室。具体而言，盖部件15具有安装于上述筒状本体14a的开ロ端的封闭板18、形成从该封闭板18的外侧到上述各螺杆叶轮机10a、10a的导入口的流路的流路形成部件19、设置于由该流路形成部件19形成的流路中的过滤器20。封闭板18是以堵塞筒状本体14a的开ロ的方式安装于该筒状本体14a的圆板状的部件。在该封闭板18的大致中央位置处，形成贯通表里的孔。流路形成部件19具有从上述封闭板18向右侧延伸的导入管19a、从该导入管19a的右端部朝向周向的外侧突出的圆板部19b、从该圆板部19b的周缘部向左侧延伸的侧板部19c、从上述圆板部19b向右侧延伸的引导管19d。导入管19a构成从上述封闭板18的左侧(外侧)至圆板部19b的右侧的工作流体的流路。具体而言，导入管19a的内腔部贯通封闭板18以及圆板部19b。圆板部19b具有比该筒状本体14a的内径小的直径尺寸，使得在与筒状本体14a的内侧面之间形成有间隙。因而，在圆板部19b的外侧面与筒状本体14a的内侧面之间形成有跨过圆板部19b的左右方向(表里方向)的工作流体的流路。引导管19d构成从圆板部19b的左侧直到对各螺杆叶轮机10a、10a的导入口 16e的工作流体的流路。具体而言，引导管19d的内腔部贯通圆板部1%，并且引导管19d的右端部安装于上述保持部件16的本体部16a的左端面而使得能够将工作流体向导入口 16e内导入。因而，利用该流路形成部件19，如图2的箭头Yl所示，形成从封闭板18的左侧(外側)至圆板部19b的右侧并且从圆板部19b的右侧至左侧，进而从圆板部19b的左侧至导入口 16e的流路。过滤器20以与 上述箭头Yl所示的流路交叉的方式设置于圆板部19b的左侧的位置、以及圆板部19b (侧板部19c)与筒状本体14a之间的位置。在本实施方式中，第一供给配管LI、筒状部件14以及盖部件15构成经由蒸发器3连接流体供给泵2和本体部(收纳部)16a的膨胀用配管。有底部件17具有固定于上述保持部件16的沿设部16c的右侧的有底部件本体17a、和设置于该有底部件本体17a的底部的过滤器17d。有底部件本体17a封闭沿设部16c的右侧的开ロ部，从而与该沿设部16c协动而在本体部16a的右侧形成发电室S2。S卩，发电室S2设置于本体部16a与沿设部16c与有底部件本体17a之间，是用于收纳发电机11的室。具体而言，在有底部件本体17a上设置有固定于沿设部16c的凸缘部17b、贯通底部的导出ロ 17c、形成于内侧的凹槽17e。凸缘部17b以密接于沿设部16c的右端面的状态安装于该沿设部16c以阻止气体的流通。导出口 17c用于导出工作流体，在该导出口 17c上设置有过滤器17d。凹槽17e用于在发电机11的定子Ila与有底部件本体17a的内侧面之间形成间隙。具体而言，凹槽17e令有底部件本体17a的内侧面沿周向间断地凹陷而设置于多个位置，发电机11的定子Ila以与没有形成各凹槽17e的有底部件本体17a的内侧面抵接的状态被保持。因而，各凹槽17e与定子Ila之间的间隙如箭头Y3所示那样作为工作流体的流路发挥作用。此外，发电机11的定子Ila与转子Ilb之间的间隙G也如箭头Y2所示那样地作为工作流体的流路而发挥作用。通过令工作流体如这些箭头Y2以及箭头Y3所示那样地流动而冷却发电机11。而且，在这些箭头Y2以及Y3所示的流路中流动的工作油如箭头Y4所示那样，经由过滤器17d而从导出ロ 17c被导出。以下，參照图I以及图2说明上述发电系统I的动作。从流体供给泵2排出的工作流体在蒸发器3中被加热，经由第一供给配管LI而被向密闭式发电机4引导。该工作流体通过导入管19a而被导入到密闭式发电机4内，如箭头Yl所示那样，经由过滤器20向各螺杆叶轮机10a、10a的导入口 16e被引导。被导入到各螺杆叶轮机10a、10a之间的流路的工作流体由于在上述蒸发器3中的加热而有膨胀的趋势，所以向将上述流路扩开的方向令各螺杆叶轮机10a、IOa旋转，同时向图2的右方向行迸。从各螺杆叶轮机10a、10a之间的流路导出的工作流体如箭头Y2、Y3所示那样ー边与发电机11接触一边流动而从导出ロ 17c被导出。如这些箭头Y2以及Y3所示那样地流动的工作流体ー边与发电机11接触一边用作该发电机11的冷却。另外，导入到密闭式发电机4的工作流体的流量以及温度能够由流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6调节。具体而言，后述的控制部23对流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6进行反馈控制而使得发电机11为既定的目标温度。如箭头Y4所示，从密闭式发电机4导出的工作流体经由第一导出配管L2而被向冷凝器5以及过冷却器6引导。该冷凝器5具有令冷却水流通的流路、能够冷却在该流路中流动的冷却水的冷凝用冷却机5a (參照图5)、能够调节在上述流路中流动的冷却水的流速的冷凝用调节器5b (參照图5)。而且，在该冷凝器5中，通过进行与在上述流路内流动的例如大约(T40°C的冷却水之间的热交换而冷却工作流体。此外,过冷却器6具有令冷却水流通的流路、能够冷却在该流路中流动的冷却水的过冷却用冷却机6a (參照图5)、和能
够调节在上述流路中流动的冷却水的流速的过冷却用调节器6b (參照图5)。在上述过冷却器6中，通过进行与在上述流路内流动的例如大约(T40°C的冷却水之间的热交换而冷却工作流体。而且，被冷凝器5以及过冷却器6冷却后的工作流体被向上述流体供给泵2引导，再次如上所述地被用于发电。接着，參照图5对于用于控制上述发电机11的温度的控制部23进行说明。控制部23具有检测施加于上述定子线圈Ild的电压的电压检测部24、基于该电压检测部24的检测结果而进行运算处理的运算部25、存储该运算部25的运算结果的存储部26、基于上述运算部25的运算结果以及存储于存储部26的信息而推定永久磁铁Ilg的温度的温度推定部27、基于该温度推定部27的推定温度而对流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6输出指令的指令部28。电压检测部24能够检测施加于定子线圈Ild的电压。具体而言，电压检测部24如图8所示那样，检测在定子线圈Ild中产生的交流电压波形中的峰值Vm以及频率f。另夕卜，峰值Vm能够从有效值算出，所以电压检测部24也可以检测有效值。此外，频率f能够从周期算出，所以电压检测部24也可以检测周期。另外，在对定子线圈Ild施加多相交流电压吋，电压检测部24能够对于至少ー相以外的相检测峰值Vm以及频率f。运算部25基于由电压检测部24检测到的电压而计算永久磁铁Ilg的磁通密度。具体而言，运算部25基于以下的式(2)而计算永久磁铁Ilg的磁通密度。B=kXVm+f(2)
在此，B是永久磁铁Ilg的磁通密度，k是发电机I的固有常数。存储部26存储由上述运算部25算出的磁通密度以及由上述周围温度检测部22检测出的周围温度。具体而言，存储部26在周围温度与永久磁铁Ilg的温度大致相等的条件(例如一开始令发电机启动时、或者长时间停止后再次启动时)下存储基于由周围温度检测部22检测到的周围温度、和在该周围温度条件下由上述电压检测部24检测到的峰值Vm以及频率f算出的磁通密度。温度推定部27基于存储于上述存储部26的周围温度以及磁通密度、基于由上述电压检测部24检测到的峰值Vm以及频率f算出的磁通密度来推定永久磁铁Ilg的温度。具体而言，基于以下的式(I)推定永久磁铁Ilg的温度。Tl=T0-l/mX (1-B1/B0) (I)在此，TO是存储于存储部26的周围温度，在该周围温度条件下算出的磁通密度为B0。此外，BI是基于由电压检测部24检测到的峰值Vm以及频率f而算出的磁通密度。另外，m是根据永久磁铁Ilg的原料而规定的系数。利用该式(I)算出推定温度Tl。指令部28基于由上述温度推定部27推定的温度而向流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6的至少ー个输出流量控制指令以使永久磁铁Ilg为预先设定的温度。即，在推定温度高于预先设定的温度时，指令部28能够对流体供给泵2输出增加工作流体的流量的方向的指令、或者/以及向蒸发用升温器3a、蒸发用调节器3b、冷凝用冷却机5a、冷凝用调节器5b、过冷却用冷却器6a、以及过冷却用调节器6b输出令工作流体的温度下降的方向的指令。另ー方面，在推定温度低于预先设定的温度时，指令部28能够对流体供给泵2输出減少工作流体的流量的方向的指令、或者/以及向蒸发用升温器3a、蒸发用调节器3b、冷凝用冷却机5a、冷凝用调节器5b、过冷却用冷却器6a、以及过冷却用调节器6b输出令工作流体的温度上升的方向的指令。另外，指令部28在推定温度位于预先设定的温 度(温度范围)吋，向流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6的至少ー个输出用于維持工作流体的流量的指令(或者不输出用于改变工作流体的流量的指令)。以下，參照图6以及图7说明由控制部23执行的处理。如果开始基于控制部23的处理，则进行初始设定处理T (准备エ序)。在初始设定处理T中，首先在发电机11的周围的温度与永久磁铁的温度大致相等的条件下检测周围温度TO (步骤Tl)。接着，检测施加于定子线圈Ild的电压(峰值Vm以及频率f)(步骤T2)、判定是否对电压进行了预先设定的次数的检测(步骤T3)。如果判定在该步骤T3中不满次数N，则反复进行上述步骤T2。另ー方面，如果在步骤T3中判定为次数N，则算出检测结果(峰值Vm以及频率f )的平均值(步骤T4)。通过这样地算出检测结果的平均值，即便在变换器21 (參照图5)的阻抗变动吋，也能够降低检测值的误差。另外，在步骤T4中，也可以算出检测结果的最大值。接着，通过将算出的平均值(峰值Vm以及频率f)代入上述式(2)而算出磁通密度BO。S卩，该磁通密度BO是永久磁铁Ilg的温度为在步骤Tl中检测到的周围温度TO的条件下的磁通密度。而且，在存储部26中存储这些周围温度TO以及磁通密度BO (步骤T6)，返回图6的主程序。在主程序中,检测当前施加于定子线圈Ild的电压(峰值Vm以及频率f )(步骤SI),判定是否对电压进行了预先设定的次数(与上述步骤T3相同的次数)N的检测(步骤S2)。如果在该步骤S2中判定不满次数N，则反复进行上述步骤SI。另ー方面，如果在步骤S2中判定为次数N，则算出检测结果(峰值Vm以及频率f)的平均值(步骤S3)。通过这样地算出检测结果的平均值，即便在变换器21 (參照图5)的阻抗变动时也能够降低检测值的误差。另外，在步骤S3中，也可以算出检测结果的最大值。接着，通过将算出的平均值(峰值Vm以及频率f)代入上述式(2)，算出磁通密度BI(步骤S4 :特定エ序)。即，该磁通密度BI是永久磁铁Ilg的温度不明的条件下的磁通密度。而且，通过将该磁通密度BI与上述磁通密度BO以及周围温度TO代入上述式(I )，算出推定温度Tl (步骤S5:推定エ序)。接着，基于推定温度Tl输出温度控制指令(步骤S6)。具体而言，在推定温度Tl高于预先设定的温度吋，对流体供给泵2输出增加工作流体的流量的方向的指令、或者/以及向蒸发器3、冷凝器5、过冷却器6的至少ー个输出令工作流体的温度下降的方向的指令。另一方面，在推定温度Tl低于预先设定的温度吋，对流体供给泵2输出减少工作流体的流量的方向的指令、或者/以及向蒸发器3、冷凝器5、过冷却器6的至少ー个输出令工作流体的温度上升的方向的指令。此外，在推定温度Tl位于预先设定的温度(或者温度范围)时，输出用于维持工作流体的流量的指令(或者不输出用于改变工作流体的流量的指令)。通过这样地反馈控制永久磁铁Ilg的温度，能够得到比下述的比较例的发电系统更加优异的結果。具体而言，在比较例的发电系统中，不推定永久磁铁的温度，为了防止退磁的发生而对工作流体的温度以及压カ进行管理而将永久磁铁冷却到充分低的温度(对永久磁铁进行必要以上的冷却)。具体而言，在比较例的发电系统中，蒸发器3与密闭式发电机4之间的工作流体的温度为80°C，压カ为O. 8 MPaA。另ー方面，在本实施方式的发电系统I中，基于上述反馈控制，结果能够令蒸发器3与密闭式发电机4之间的工作流体的温度为100°C，能够令压力上升到I. 2MPaA。另外，在比较例以及本实施方式的双方中，密闭式发电机4与冷凝器5之间的工作流体的温度都为50°C，压カ为O. 2MPaA。从该结果可知，在本实施方式的发电系统I中，能够令导入密闭式发电机4的工作流体的温度以及压力与比较 例相比上升，所以能够提高发电能力。而且，上述步骤SfS6的处理经由未图示的操作部而在输入发电系统I的停止指令前(在步骤S7中判定为NO之前)反复进行。如果输入上述停止指令(在步骤S7中为YES)，则该处理结束。在上述发电系统I中，各螺杆叶轮机10a、10a、输出轴10b、以及轴承部Jl收纳于公共的收纳容器12。因此，即便不借助轴承部Jl确保本体部16a与输出轴IOb之间的气密性，也能够将用于各螺杆叶轮机10a、10a的旋转的工作流体封闭在收纳容器12内。因而，根据上述发电系统1，与以往的轴承部相比能够实现构造的简单化以及耐久性的提高。另外，在上述实施方式中，作为与工作流体的膨胀对应而旋转的转子，例示了螺杆叶轮机10a、10a,但是并不限定于此，例如也可以采用径流式叶轮机。此外，在上述实施方式中，说明了汇总收纳各螺杆叶轮机10a、10a、收纳这些螺杆叶轮机的本体部16a、输出轴10b、轴承部Jl以及发电机11的收纳容器12，通过采用具有至少收纳输出轴10b、轴承部Jl以及发电机11的收纳容器的构成，即便不借助轴承部Jl确保本体部16a与输出轴IOb之间的气密性，也能够将用于令各螺杆叶轮机10a、10a旋转的エ作流体封闭在收纳容器内。如以上说明了的那样，在上述实施方式中，具有对流体供给泵2、蒸发器3、冷凝器5以及过冷却器6的至少ー个进行控制而使得永久磁铁Ilg为预先设定的温度的控制部23。因此，能够防止伴随温度上升的永久磁铁Ilg的退磁，从而能够抑制发电能力的降低。具体而言，在发电机11中，如果转子Ilb的温度超过既定温度，则不可逆地发生永久磁铁Ilg的磁通密度降低的被称为退磁的现象。而且,如果发生永久磁铁Ilg的退磁则发电能力降低。与之相对，在上述实施方式中，能够将永久磁铁Iig的温度維持为预先设定的温度，所以能够防止永久磁铁Iig的退磁。在上述实施方式中，能够基于已知的温度T0、基准磁通密度B0、特定磁通密度BI来推定永久磁铁Iig的温度Tl。因此，与保持表示温度与磁通密度的关系的图表等的信息的情况相比，能够降低预先准备好的信息量(Τ0、Β0、以及BI)。
在上述实施方式中，具有定子线圈lid、电压检测部24、运算部25。因此，能够基于施加于定子线圈Ild的电压而算出永久磁铁Ilg的磁通密度。在上述实施方式中，能够基于电压波形中的峰值Vm以及频率f而算出永久磁铁的磁通密度。在此，在上述实施方式中，检测与永久磁铁Ilg的磁通密度的大小对应地变化的电动势(电压)，所以与现有技术(日本特开2004-222387号公报)相比，能够提高推定温度的变化相对于永久磁铁的温度变化的响应性(追随的速度)。具体而言，在上述现有技术中，检测从永久磁铁带走热的磁化元件的磁场的強度，所以从永久磁铁向磁化元件的热传递所需要的时间成为令上述响应性降低的主要原因。与之相对，在上述实施方式中，不经由热传递而基于对应于永久磁铁Ilg的磁通密度而产生的电动势来推定温度，所以能够提高上述响应性。进而，在上述现有技术中，磁化元件的温度并不是根据永久磁铁的温度而是根据其周围的温度变动，有可能永久磁铁的推定温度不正确。与之相对，在上述实施方式中，基于对应于永久磁铁Iig的磁通密度的电动势来推定永久磁铁Iig的温度，所以受周围温度的影响小，能够更加正确地推定永久磁铁Iig的温度。 在上述实施方式中，使用峰值Vm以及频率f的平均值或者最大值而算出永久磁铁Ilg的磁通密度。因此，即便与定子线圈Ild电气地连接的变换器21的阻抗发生变化，也能够缓和峰值Vm以及频率f的误差。另外，在上述实施方式中，在电气地连接定子线圈Ild与变换器21的状态下，检测施加于定子线圈Ild的电压，但是不限定于此，也可以例如在将定子线圈Ild与变换器21切断的状态下检测施加于定子线圈Ild的电压。图9是表示其他的实施方式的与图5相当的图。在以下的说明中，对于与图5相同的构成标注相同的符号并省略其说明。该实施方式的发电系统具有设置在定子线圈Ild与变换器21之间的连接器29、设置于控制部23并且控制上述连接器29的驱动的连接器控制部31、检测上述发电机11的转子Ilb的旋转位置的旋转位置检测部30。连接器29能够在电气地连接变换器21和定子线圈Ild的连接状态、以及切断变换器21与定子线圈Ild的切断状态之间进行切换动作。连接器控制部31在上述连接状态与切断状态之间控制连接器29的驱动。具体而言，连接器控制部31在利用电压检测部24检测电压之前将连接器29切换为切断状态。此夕卜，连接器控制部31以基于由旋转位置检测部30检测到的转子Ilb的旋转位置而在转子Ilb到达作为目标的旋转位置的时刻连接定子线圈Ild和变换器21的方式将连接器29切换为连接状态。由此，在连接器29的切换的前后，能够令施加于变换器21的电压的相位与转子Ilb的旋转位置(相位)整合。以下，參照图10说明图9所记载的控制部23所进行的处理。如果基于控制部23的处理开始，则在进行上述初始设定处理T后，将连接器29切换为切断状态(步骤S01)。接着进行上述步骤SI以及S2而检测电压，之后利用旋转位置检测部30检测转子Ilb的旋转位置(步骤S21)。接着，基于该旋转位置，在转子Ilb的旋转位置与施加于变换器21的电压的相位整合的时机将连接器29切换为连接状态(步骤S22)，向上述步骤S3移行。
在本实施方式中，能够在利用连接器29切断变换器21与定子线圈Ild的状态下检测电压。因此，与变换器21的阻抗的变化无关，能够正确地检测施加于定子线圈Ild的电压。另外，在本实施方式中，能够如上所述地利用连接器29避免变换器21的阻抗的影响，所以能够省略用于算出电压的平均值的步骤S2以及S3。此外，在本实施方式中，在图7所示的初始设定处理的步骤Tl和步骤T2之间，插入上述步骤S01，并且能够在步骤T3与步骤S5之间插入步骤S21以及步骤S22。由此，即便在初始设定处理中，与变换器21的阻抗的变化无关，也能够正确地检测施加于定子线圈Ild的电压。在该初始设定处理中，也能够省略用于算出电压的平均值的步骤T3以及步骤 T4。另外，在上述实施方式中，作为用于检测施加于永久磁铁Ilg的电动势(电压)的检测用线圈，使用发电机11的定子线圈lid，但是不限定于此。例如也可以在发电机11的定子线圈Ild之外设置另外的电压检测用的线圈。以下，參照图11对该实施方式进行说明。在本实施方式的发电机11中，转子I Ib在旋转轴Ile的轴线方向上比定子I Ia长。具体而言，永久磁铁Ilg (转子Ilb)在旋转轴Ile的轴线方向上具有比定子Ila还突出的突出部Ilh0而且，本实施方式的发电机11具有配置为与永久磁铁Ilg的突出部Ilh对置的检测用线圈33、设置在该检测用线圈33与各定子线圈Ild中配置于旋转轴lie的轴线方向末端的定子线圈Ild之间的屏蔽部件32。检测用线圈33从定子线圈Ild在旋转轴lie的轴线方向上分开地配置。此外，检测用线圈33不与变换器21 (參照图5以及图9)连接，相对于上述电压检测部24 (參照图5以及图9)电气地连接。另ー方面，各定子线圈Ild不与电压检测部24连接，与上述变换器21电气地连接。屏蔽部件32将检测用线圈33与各定子线圈Ild之间磁性地遮断。在上述实施方式中，相对于连接于变换器21的定子线圈Ild而独立地设置检测用线圈33。因此，与变换器21的阻抗的变化无关，能够更加正确地检测施加于检测用线圈33的电压。另外，若令检测用线圈33仅与电压检测部24连接，则能够更加正确地检测施加于检测线圈的电压。此外，在上述实施方式中，利用屏蔽部件32而磁性地遮断检测用线圈33和定子线圈lid。因此，能够减小产生于定子线圈Ild的磁场对定子线圈Ild产生的影响。由此，能够更加正确地检测施加于检测用线圈33的电压。另外，在上述实施方式中，通过检测施加于线圈lld、33的电压而算出永久磁铁Ilg的磁通密度，但是不限定于此。例如能够设置能够检测永久磁铁Iig的磁通、磁场的强度、磁通密度的至少ー个的物理量检测机构。由此，能够基于物理量检测机构的检测结果来特定磁通密度，能够基于该磁通密度推定永久磁铁Iig的温度。在该情况下，优选设置能够特定施加于定子线圈Ild的电压的频率的机构。此外，在上述实施方式中，说明了对于对应于螺杆叶轮机10a、10a的旋转而发电的发电机11推定永久磁铁Iig的温度的点，但是推定温度的对象不限定于发电机11。具体而言，对于对应于从电源供给的电カ而转子旋转的马达，也能够与上述实施方式同样地推定永久磁铁的温度。
权利要求
1.ー种温度推定装置，用于对具有定子、和能够相对于该定子旋转且设置有永久磁铁的转子的马达来推定上述永久磁铁的温度，其中，具有 磁通密度特定机构，用于特定上述永久磁铁的磁通密度； 存储部，存储在上述永久磁铁的温度已知的条件下被上述磁通密度特定机构特定了的基准磁通密度； 温度推定部，基于被上述磁通密度特定机构特定了的特定磁通密度、上述已知的温度、上述基准磁通密度而推定上述特定磁通密度被特定时的上述永久磁铁的温度。
2.如权利要求I所述的温度推定装置，其特征在干， 上述温度推定部基于上述基准磁通密度与上述特定磁通密度的比、和上述已知的温度来推定上述永久磁铁的温度。
3.如权利要求I或2所述的温度推定装置，其特征在干， 上述磁通密度特定机构具有 检测用线圈，设置于上述定子并且能够产生与上述永久磁铁的磁通密度的大小对应的大小的电动势； 电压检测部，能够检测施加于上述检测用线圈的电压； 运算部，基于由上述电压检测部检测到的电压而算出上述永久磁铁的磁通密度。
4.如权利要求3所述的温度推定装置，其特征在干， 上述电压检测部检测施加于上述检测用线圈的电压波形中的峰值和频率， 上述运算部基于上述峰值和频率计算上述永久磁铁的磁通密度。
5.如权利要求4所述的温度推定装置，其特征在干， 上述电压检测部多次检测上述峰值以及上述频率， 上述运算部分别算出上述峰值的平均值或者最大值、以及频率的平均值或者最大值，并且使用这些平均值或者最大值来算出永久磁铁的磁通密度。
6.如权利要求3所述的温度推定装置，其特征在干， 进而具有 交接部件，能够在与上述检测用线圈之间交接电カ； 切換部件，能够在将上述交接部件与上述检测用线圈电气地连接的连接状态和将上述交接部件从上述检测用线圈断开的切断状态之间进行切换动作， 上述电压检测部在上述切換部件被切換到上述切断状态的状态下检测施加于上述检测用线圈的电压。
7.如权利要求3所述的温度推定装置，其特征在干， 上述定子具有能够产生与上述永久磁铁的磁通密度的大小对应的大小的电动势的定子线圈， 进而具有能够在与上述定子线圈之间交接电カ的交接部件， 上述检测用线圈不与上述交接部件电气连接。
8.如权利要求7所述的温度推定装置，其特征在干， 上述检测用线圈仅与上述电压检测部电气连接。
9.如权利要求7所述的温度推定装置，其特征在干， 上述永久磁铁具有在上述转子的旋转轴的轴线方向上比上述定子还突出的突出部，上述检测用线圈以从上述定子线圈沿上述轴线方向分离并且与上述永久磁铁的突出部对置的方式配置， 在上述检测用线圈与上述定子线圈之间设置有用于将上述检测用线圈与上述定子线圈之间磁性地遮断的屏蔽部件。
10.如权利要求I或2所述的温度推定装置，其特征在干， 进而具有设置于上述定子并用于检测上述定子的周围的温度的周围温度检测部， 上述存储部存储由上述周围温度检测部检测到的温度。
11.如权利要求I或2所述的温度推定装置，其特征在干， 上述磁通密度特定机构含有设置于上述定子并能够检测上述永久磁铁的磁通、磁场的強度、磁通密度的至少ー个的物理量检测部。
12.ー种利用工作流体的膨胀来发电的发电系统， 具有 排出上述工作流体的流体供给泵； 对从上述流体供给泵供给的工作流体进行加热的蒸发器； 利用从上述蒸发器导出的工作流体的膨胀而旋转的旋转体； 与上述旋转体一体地旋转的输出轴； 与上述输出轴连结并且与上述旋转体的旋转驱动对应而发电的发电机； 对驱动上述旋转体旋转之后的工作流体进行冷凝的冷凝器； 收纳上述旋转体、上述输出轴以及上述发电机的收纳容器； 和推定上述发电机的温度的权利要求I或2所述的温度推定装置， 上述发电机具有定子、和能够相对于该定子旋转并且设置有永久磁铁的转子， 在上述收纳容器中设置有用于导入上述工作流体的导入部、和隔着上述发电机设置在上述导入部的相反侧的用于导出工作流体的导出部， 上述温度推定装置具有指令部，该指令部推定上述永久磁铁的温度并且基于上述永久磁铁的推定温度对上述流体供给泵、上述蒸发器、上述冷凝器的至少ー个发出指令使得上述永久磁铁为预先设定的目标温度。
13.ー种温度推定方法，用于对具有定子和能够相对于该定子旋转且设置有永久磁铁的转子的马达推定上述永久磁铁的温度， 具有下述エ序 在周围的温度与上述永久磁铁的温度大致相等的条件下，測定上述周围的温度并特定上述永久磁铁的磁通密度的准备エ序； 在上述准备エ序后特定上述永久磁铁的磁通密度的特定エ序； 基于在上述特定エ序中被特定了的磁通密度、在上述准备エ序中測定的周围的温度、和在上述准备エ序中被特定了的磁通密度来推定上述永久磁铁的温度的推定エ序。
全文摘要
一种马达的温度推定装置以及具有该温度推定装置的发电系统以及马达的温度推定方法。本发明的马达的温度推定装置具有用于特定永久磁铁的磁通密度的磁通密度特定机构；存储在已知永久磁铁的温度的条件下由磁通密度特定机构特定了的基准磁通密度的存储部；基于由磁通密度特定机构特定了的磁通密度、上述已知的温度、上述基准磁通密度而推定上述特定磁通密度的特定时刻的永久磁铁的温度的温度推定部。通过采用这样的构成，能够降低为了推定永久磁铁的温度而事先需要的信息量。
文档编号H02K21/14GK102694438SQ20121007960
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月24日
发明者成川裕, 松村昌义, 足立成人, 高桥和雄 申请人:株式会社神户制钢所