特表 2023-521325 モータ回転数検出を行う産業車両および非同期モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-24

(54)【発明の名称】モータ回転数検出を行う産業車両および非同期モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/215 20160101AFI20230517BHJP

【ＦＩ】

H02K11/215

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022561010

(86)(22)【出願日】2021-03-23

(85)【翻訳文提出日】2022-11-04

(86)【国際出願番号】 EP2021057410

(87)【国際公開番号】W WO2021204528

(87)【国際公開日】2021-10-14

(31)【優先権主張番号】102020109534.1

(32)【優先日】2020-04-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519073553

【氏名又は名称】フープテクス マシーネンバウ ゲー・エム・ベー・ハー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＢＴＥＸ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｗｅｒｎｅｒ－ｖｏｎ－Ｓｉｅｍｅｎｓ－Ｓｔｒ． ８， ３６０４１ Ｆｕｌｄａ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ユアゲン ケラー

【テーマコード（参考）】

5H611

【Ｆターム（参考）】

5H611AA01

5H611PP01

5H611QQ01

5H611RR02

(57)【要約】

産業車両（１００）が、三相モータ（２）およびこの三相モータ（２）から延びるモータ軸（３）を含む駆動ユニット（１）と、三相モータ（２）の調整のためにモータ軸回転数を検出するための回転数検出装置（４）とを備えている。回転数検出装置（４）は、モータ軸（３）に配置された少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント（９）と、モータ軸（３）を中心として半径方向に１つの横方向平面内に配置された、モータ軸（３）の回転数を検出するための少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）とを有している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

産業車両（１００）であって、三相モータ（２）および前記三相モータ（２）から延びるモータ軸（３）を含む駆動ユニット（１）と、前記三相モータ（２）の調整のためにモータ軸回転数を検出するための回転数検出装置（４）とを備えている産業車両（１００）において、
前記回転数検出装置（４）は、前記モータ軸（３）に配置された少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント（９）と、前記モータ軸（３）を中心として半径方向に１つの横方向平面内に配置された、前記モータ軸（３）の回転数を検出するための少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）とを有していることを特徴とする、産業車両（１００）。

【請求項2】

前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）は、前記モータ軸（３）を中心として互いに６０度の角度（α）をなして配置されている、請求項１記載の産業車両（１００）。

【請求項3】

前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）は、前記モータ軸（３）に対して同心的に配置されている、請求項１または２記載の産業車両（１００）。

【請求項4】

前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）は、前記モータ軸（３）の、軸受が設けられていない区分（３１）の領域に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の産業車両（１００）。

【請求項5】

前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）のそれぞれはホールセンサとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の産業車両（１００）。

【請求項6】

前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）のそれぞれは、モータハウジング（１０）の収容部に、特に軸受シールドに装着されているまたは組み込まれている、請求項１から５までのいずれか１項記載の産業車両（１００）。

【請求項7】

前記回転数検出装置（４）は、前記モータ軸（３）に結合された歯車（８）を有しており、前記少なくとも３つの磁界センサ（５，６，７）は、前記歯車（８）を中心として半径方向に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の産業車両（１００）。

【請求項8】

前記少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント（９）は、前記歯車（８）に、または前記歯車（８）の歯セグメント（８１）に配置されている、請求項７記載の産業車両（１００）。

【請求項9】

前記少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント（９）は、前記歯車（８）にまたは前記歯セグメント（８１）に埋め込まれている、請求項８記載の産業車両（１００）。

【請求項10】

前記三相モータ（２）は、前記産業車両（１００）の走行モータを形成している、請求項１から９までのいずれか１項記載の産業車両（１００）。

【請求項11】

請求項１から１０までのいずれか１項記載の特徴を備えた産業車両（１００）のための三相非同期モータ（２００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、産業車両であって、三相モータおよび三相モータから延びるモータ軸を含む駆動ユニットと、三相モータの調整のためにモータ軸回転数を検出するための回転数検出装置とを備えている産業車両に関する。さらに本発明は、このような産業車両のための三相非同期モータに関する。

【0002】

産業車両は、物品の入庫および出庫ならびに搬送に用いられ、数多くの変化態様で十分に周知である。本発明は、特別な形式の産業車両に限定されるものではない。このような産業車両の例として、エレベーティングトランスポータとしてのまたはフォークリフトとしての構成が挙げられる。

【0003】

三相モータも同様に十分に公知である。三相モータとは、交流電流三相モータを意味するものと理解されたい。この場合、三相モータは、好ましくは三相非同期電気モータとして形成されていて、駆動輪を駆動するために産業車両の駆動軸内に組み込まれている。このようなモータは、電子的に整流されるブラシレスモータとして形成されていてよく、この場合、好ましくは周波数コンバータを備えた非同期モータである。三相モータは、通常、強磁性の材料、特に鋼から成るモータハウジングを有していて、モータハウジングは、モータ軸を支持するために機能する。モータハウジングは特に、軸ケーシングを形成することができ、この場合、モータステータはハウジング内に位置固定されており、モータロータは電気モータを貫通し、電気モータによって駆動される。

【0004】

モータ軸とは特に、モータロータとして機能する、三相モータの駆動軸であると理解されてよい。

【0005】

三相モータの調整のための回転数検出装置も公知である。特に、光学的または磁気的に作動するシステムが公知である。通常、この場合、所望の車両速度、車両加速度、および／または走行方向に応じて、ロータリエンコーダのような回転数センサによって、モータ軸の実際の回転状態が検出され、出力信号が、例えばモータの駆動インバータにフィードバックされる。このような回転数のフィードバックは、公知の駆動ユニットでは通常、軸受で、特にいわゆる回転数センサ付き軸受によって行われる。この場合、回転数の検出のために、モータ軸受が、回転数センサ付き軸受として形成されて使用され、この場合、回転数センサ付き軸受で検出されたインクリメント信号が、回転数調整装置へと出力される。

【0006】

しかしながらこの場合、このような回転数センサ付き軸受の出力信号は頻繁に外乱を受け、その結果、モータ軸の回転状態の確実な実際値検出を保証することができないことが示されている。しかしながら特に、駆動モータが組み込まれている場合、確実な駆動制御を実現することができるように、駆動軸の回転状態の確実な検出は重要である。さらに、駆動ユニットの確実で安全な開ループ制御および閉ループ制御は、今日ますます需要が増えている自律走行車両のためのものである。

【0007】

しかしながらさらに、このような回転数センサ付き軸受は、その構造が、特にその構成および配置が特に複雑であり手間がかかる。特に、固有のハウジング部分内に配置されているこのような回転数センサ付き軸受は、製造および保守整備または修理に比較的大きな手間を要する。特にその組込み状態に基づき、このような回転数センサ付き軸受は、外側からのアクセス性が比較的悪く、大抵は比較的大きな手間をかけなければ修理または交換ができない。その結果として、このようなセンサ付き軸受を備えた産業車両は、製造および運転において比較的コストがかかるものとなる。

【0008】

そこで本発明の課題は、上述した欠点の少なくとも１つを改善し、特に安全かつ保守整備のしやすい駆動ユニットを可能にする産業車両を提供することである。

【0009】

この課題は、本発明によれば、独立請求項の特徴を備えた産業車両ならびに請求項１１の特徴を備えた三相非同期モータにより解決される。本発明の有利な構成および別の構成は、従属請求項、詳細な説明、図面に開示されている。

【0010】

本発明によれば、回転数検出装置は、モータ軸に配置された少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント、特に少なくとも１つの永久磁石と、モータ軸を中心として半径方向の１つの横方向平面内で、特にモータ軸に周方向で配置された、モータ軸の回転数を検出するための少なくとも３つの磁界センサとを有している。これにより、回転数検出は、特に安全かつ確実に形成されている。特に、３つのセンサのうちの２つが、代替センサとして機能することができ、この場合、代替センサは、少なくとも１つの別のセンサが障害を有した場合にまたは故障した場合に初めて、作動させられることができる、もしくはモータ軸回転数を検出することができる。特に、第１の磁界センサは、三相モータを調整するためのデータを出力する能動的なセンサとして作動することができ、他の両磁界センサは、調整のために使用されずに、冗長手段として機能する。この場合、非能動的な両回転数センサは、特に受動的な冗長性を成し、特に、第１の磁界センサが障害を有したまたは故障した場合に初めて能動的になる。代替的にまたは付加的に、他の両センサもしくはその検出信号は、システムの生じ得る障害を特に迅速に検出することができるように、比較目的で考慮することができる。

【0011】

モータ軸の、特にモータロータのロータ位置を特定するために、この場合、発信器エレメントとして形成された少なくとも１つの磁石と少なくとも３つの磁界センサとから成る組み合わせが、もしくはこれらの間の作用結合が利用され、この場合、少なくとも１つの磁石がロータに結合されていて、測定磁界を発生させ、測定磁界内部に磁界センサがそれぞれ配置されている。この場合、磁界センサは定置であって、磁石はロータに相対回動不能に結合されているので、磁石は、測定磁界と共に、磁界センサに相対的に回転する。磁石は特に、永久磁石として、例えばリング磁石として形成されていてよい。磁界センサによって、測定磁界の角度を特定することができ、これによりロータの位置を推定することができる。これにより、回転数の特に確実な検出ならびに検出装置の迅速な交換可能性が得られる。特に、モータ軸を中心として外側に配置された少なくとも３つの磁界センサには、外側から特に簡単にアクセスすることができる。さらに、このような回転数センサの機能は、持続的に安全かつ確実であるので、産業車両の駆動ユニットの確実なプロセスでの運転が可能となる。回転数センサは、例えばそれぞれ、モータ１回転につき所定の数のパルスを有するインクリメンタル型のＡ相／Ｂ相を発する、磁気に基づくセンサとして形成されていてよい。

【0012】

好ましくは、磁界センサは、モータ軸の周方向で均一に分配配置されていてよい。磁界センサは、例えば、互いに均一な周方向の間隔を置いて配置されていてよく、例えば３つの磁界センサの場合、モータ軸を中心としてそれぞれ１２０度の角度をなして配置されていてよい。特に好ましくは、少なくとも３つの磁界センサが、モータ軸を中心として互いに６０度の角度をなして配置されている。これにより、モータ軸の回転数の特に安全な検出が可能となる。特に、これによりセンサには、外側から迅速にアクセスすることができるので、故障の際には特に簡単に交換することができる。

【0013】

好ましくは、少なくとも３つの磁界センサがモータ軸に対して同心的に配置されている。特に磁界センサは、それぞれ互いに均一な周方向の間隔を置いて配置されていてよい。これにより、全ての個々の磁界センサに外側から特に有利に到達することが可能である。

【0014】

好ましくは、少なくとも３つの磁界センサは、モータ軸の軸受が設けられていない区分の領域に配置されている。これは特に、モータ軸が、磁界センサの領域には軸受もしくは支持部を有していないことを意味している。特に、３つの磁界センサは、モータ軸の軸受に対して半径方向で隣接して配置されてはいない。これにより、特に、軸受によって誘導される、磁界センサに対する外乱影響を回避することができる。

【0015】

特に好ましくは、磁界センサはそれぞれホールセンサとして形成されている。ホールセンサによっては特に、これらのホールセンサが非強磁性成分を含有しているならば、汚れおよび水に対して極めて耐性があるという利点が提供される。

【0016】

好ましくは、少なくとも３つの磁界センサはそれぞれ、モータハウジングの収容部に、特に軸受シールドに装着されているまたは組み込まれている。これにより、回転数検出装置は、特にコンパクトかつ省スペースに形成されている。

【0017】

好ましくは、回転数検出装置は、モータ軸に、好ましくは横方向平面において相対回動不能に結合された歯車を有しており、この場合、磁界センサは、歯車に対して半径方向に配置されている。歯車は特に、少なくとも１つの発信器エレメントを有していてよく、またはそれ自体が発信器エレメントとして形成されていてよい。歯車は好ましくは、この歯車によって、またはこの歯車で生成される、モータ軸の回転に追従する磁界を発生させることができるように形成されている。磁界は、モータ軸を中心として周方向で変動してよい。これは例えば、歯車が、歯車の周囲に周方向で分配配置された複数の永久磁石を有していることにより達成され得る。例えばホールセンサとして形成された能動的な磁界センサは、この場合、好ましくは、モータ軸に結合された歯車を感知し、これにより、モータ１回転につき所定の数のパルスを有するインクリメント型Ａ相／Ｂ相を発することができる。さらに磁界センサは、このような配置では、外側から引き続き交換可能であり、特に外乱の影響を受けにくく、これによりモータの確実なプロセスでの作動が保証されている。

【0018】

好ましくは、少なくとも１つの磁気的な発信器エレメントが歯車にまたは歯車の歯セグメントに配置されている。好ましくは、歯車または歯車の歯セグメントが、発信器エレメントとして、少なくとも１つの能動的な磁界センサに作用結合する磁石リングを有している。好ましい構成では、歯車は全部で８０の歯セグメントを有している。これにより、回転数検出装置の特に安全な作動が可能となる。

【0019】

好ましくは、少なくとも１つの磁気的な発信器エレメント、例えば磁石リングは、歯車または歯セグメント内に埋め込まれている。これにより、回転数検出装置の特に安全な作動ならびに特にコンパクトな構成が可能となる。

【0020】

好ましくは、三相モータは、産業車両の走行モータを形成する。特に三相モータは、駆動輪を駆動するために産業車両の駆動軸内に組み込まれていてよい。これにより特に安全、確実、かつコンパクトなシステムが可能となる。

【0021】

本発明によれば、請求項１から１０までのいずれか１項記載の特徴を備えた産業車両のための三相非同期モータが設けられる。

【0022】

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。同じ符号は同じ構成要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明による産業車両の駆動ユニットの一部を示す縦断面図である。

【図2】本発明による三相モータの一部を示す横断面図である。

【0024】

図１には、詳しくは図示されていない産業車両１００の駆動ユニット１が縦断面図で示されている。駆動ユニット１は、特に三相モータ２とモータ軸３とを含む。

【0025】

三相モータ２は、この場合、三相非同期モータ２００として形成されており、産業車両１００の走行駆動部として使用される。三相モータ２は、特にモータハウジング１０と、このハウジング内に配置されたモータ部分１２とを有している。モータ軸３は、モータ部分１２を貫通して延在しており、とりわけ軸受１１を介して、モータハウジング１０に対して支持されている。

【0026】

駆動ユニット１の、モータ部分１２の外側に配置された領域には、回転数検出装置４が設けられている。回転数検出装置４は、三相モータの回転数を調整するために用いられる。このために、モータ軸３の回転数は、回転数検出装置４によって検出され、相応の信号が、モータ部分１２を駆動制御するために、図示されていない駆動インバータに送信されるもしくはフィードバックされる。制御装置によって評価された信号は、例えば、車両１００に組み込まれた人員保護スキャナの保護領域を切り替えるために必要である。

【0027】

回転数検出装置４は、特に、モータ軸３が軸受を有していないモータ軸３の区分３１に配置されている。この場合、この区分３１に軸方向で隣接して軸受１１が設けられてはいるが、区分３１には設けられていない。モータ軸３の回転数を検出するために、回転数検出装置４はこの場合、モータ軸３から半径方向に間隔を置いて配置された３つの磁界センサ５，６，７を含んでいる。特に図２により明らかであるように、磁界センサ５，６，７は、モータ軸３の周方向で互いに約６０度の角度をなして、モータ軸３に対して同心的に配置されている。３つ全てのセンサ５，６，７が、モータ軸３の１つの半部上に配置されていることにより、これらのセンサは例えば特に簡単に交換可能である。

【0028】

３つの磁界センサ５，６，７は、この場合、それぞれホールセンサとして形成されていて、モータハウジング１０の収容部もしくは軸受シールド内に配置されている。この場合、特にホールセンサ５，６，７のうちの１つが故障した場合に、３つのホールセンサ５，６，７のうちの２つが常に非常用に設けられている。これは、このシステムが、２重に冗長に構成されていることを意味する。特に、第１のホールセンサ５を、駆動インバータへの回転数フィードバックのために積極的に使用することができ、一方、他の２つのホールセンサ６，７は、冗長的な回転数検出のためにかつ／または第１のホールセンサ５の故障時または障害時に初めて使用される。

【0029】

１つの三相モータ２につき３つのホールセンサ５，６，７を使用することにより、三相モータ２の特に安全な制御システムのために必要であり、とりわけ、車両１００の自立的なもしくはコンピュータ制御された制御システムのために必要な冗長性が与えられている。特に、三相モータ２を、無人のもしくは自立的に走行する搬送車両１００において使用することができるようにするためには、このように安全なシステムが必要である。これにより特に、自動運転のための安全に関する要件、特にＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １３８４９に適合することができる。

【0030】

図示した構成では、回転数検出装置４は付加的に、モータ軸３に結合された歯車８を有しており、この場合、ホールセンサ５，６，７は、歯車８に対して半径方向に配置されている。歯車８は、複数の歯セグメント８１を有しており、これらの歯セグメントは、ホールセンサ５，６，７と作用結合させることができるそれぞれ１つの磁石９を有している。特別な構成では、磁石リング９が設けられていてもよい。磁石リング９は特に、歯車８内に、または歯セグメント８１内に埋め込まれていてよい。

【0031】

本発明の権利保護範囲が記述の実施例に限定されないことは明らかである。特に三相モータの構造は、本発明の核心を変更することなく根本的に改変されてもよい。

【符号の説明】

【0032】

１ 駆動ユニット
２ 三相モータ
３ モータ軸
３１ 区分
４ 回転数検出装置
５ 磁界センサ
６ 磁界センサ
７ 磁界センサ
８ 歯車
８１ 歯セグメント
９ 磁石、磁石リング
１０ モータハウジング
１１ 軸受
１００ 産業車両
２００ 三相非同期モータ
α 角度

【図1】

【図2】

【国際調査報告】