(57)【要約】【課題】移動体の温度を正確に計測する。【解決手段】ロータ４とロータ４に隣接して配置されロータ４と同一の材質で形成されたステータ６を有するモータ１のロータ４の温度を計測する温度計測装置であって、ロータ４に離間して設置されロータ４の温度である第１の温度Ｔraを計測する第１の非接触温度センサ１１と、ステータ６の温度である第２の温度Ｔsaを計測する第２の非接触温度センサ１２と、ステータ６に設置され、ステータ６の温度である第３の温度Ｔsbを計測する熱電対１３と、第２の温度Ｔsaと第３の温度Ｔsbとの比である補正係数Ｋ（Ｔsb/Ｔsa）を第１の温度Ｔraに積算してロータ４の温度Ｔrを演算するモータ温度計測ユニット２１と、を備えた。【選択図】図１
2015200618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に離間して設置され前記移動体の温度である第１の温度と、前記移動体に隣接して配置され前記移動体と同一の材質で形成された固定体の温度である第２の温度を計測する非接触温度計測器と、
前記固定体に設置され、前記固定体の温度である第３の温度を計測する接触温度計測器と、
前記第２の温度と前記第３の温度との比である補正係数を前記第１の温度に積算して前記移動体の温度を演算する演算部と、
を備えたことを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記演算部は、複数の前記第２の温度で夫々前記補正係数を演算して記憶しておき、前記第１の温度に対応する前記補正係数を当該第１の温度に積算して前記移動体の温度を演算することを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
前記非接触温度計測器は、前記移動体の温度を計測する第１の非接触温度計測器と、前記固定体の温度を計測する第２の非接触温度計測器とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の温度計測装置。
【請求項４】
前記移動体はモータのロータであり、前記固定体は前記モータのステータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の温度を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の温度を計測する計測装置として、例えば熱電対のように対象物に接触して温度を計測する接触温度計測器と、放射温度計のように対象物に接触せずに温度を計測する非接触温度計測器とが知られている。
接触温度計測器は、比較的安価な上に高い計測精度にすることができる。
これに対し、非接触温度計測器では、設置性に優れるものの、接触温度計測器よりも計測精度が劣ることが一般的である。
【０００３】
更に、非接触温度計測器により計測した温度の精度を向上させるために、接触温度計測器を更に設け、非接触温度計測器と接触温度計測器により対象物以外の同一箇所を測定してその差を補正値として求め、非接触温度計測器により計測した対象物の温度に補正値を減算して補正する方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６一２３５６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、モータのロータのように移動(回転)する物体の温度を計測する場合には、接触温度計測器で温度を計測することが困難であるので、非接触温度計測器で計測することが考えられる。
しかしながら、非接触温度計測器では、上述のように計測精度が低い虞がある。そこで、上記特許文献１のように接触温度計測器を使用して、温度を計測する対象物と異なる箇所を非接触温度計測器と接触温度計測器により計測して、その差を用いて非接触温度計測器により計測した対象物の計測温度を補正することが考えられる。しかしながら、このように補正したとしても、非接触温度計測器と接触温度計測器の両方で温度を計測する箇所と温度を計測する対象物との温度差が常に一定ではなく、計測精度が十分に確保されない虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、移動体の温度を精度よく計測可能な温度計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するべく、請求項１の温度計測装置は、移動体に離間して設置され前記移動体の温度である第１の温度と、前記移動体に隣接して配置され前記移動体と同一の材質で形成された固定体の温度である第２の温度を計測する非接触温度計測器と、前記固定体に設置され、前記固定体の温度である第３の温度を計測する接触温度計測器と、前記第２の温度と前記第３の温度との比である補正係数を前記第１の温度に積算して前記移動体の温度を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の温度計測装置は、請求項１において、前記演算部は、複数の前記第２の温度で夫々前記補正係数を演算して記憶しておき、前記第１の温度に対応する前記補正係数を当該第１の温度に積算して前記移動体の温度を演算することを特徴とする。
また、請求項３の温度計測装置は、請求項１または２において、前記非接触温度計測器は、前記移動体の温度を計測する第１の非接触温度計測器と、前記固定体の温度を計測する第２の非接触温度計測器とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の温度計測装置は、請求項１から３のいずれか１項において、前記移動体はモータのロータであり、前記固定体は前記モータのステータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の温度計測装置によれば、移動体と固定体とが隣接して配置され、更に同一の材質で形成されているので、幅広い温度範囲で非接触温度計測器により計測した温度と接触温度計測器により計測した温度との比が固定体と移動体とで略同一になる。そして、固定体で演算された温度比である補正係数を非接触温度計測器により計測した移動体の温度に積算して補正するので、移動体の温度を非接触温度計測器により計測した温度と同等の計測精度に高めることができる。
【００１１】
請求項２の温度計測装置によれば、複数の第２の温度で補正係数を夫々演算して記憶しておき、移動体の温度を求める際に第１の温度に対応した補正係数を用いて演算するので、補正係数を複数の温度で適切に設定することができ、各温度で移動体の温度を精度よく求めることができる。
請求項３の温度計測装置によれば、第１の非接触温度計測器が移動体の温度計測を行い、第２の非接触温度計測器が固定体の温度計測を行えばよいので、第１の非接触温度計測器及び第２の非接触温度計測器を計測領域の狭いものにすることができ、また非接触温度計測器による温度計測時の信号処理等の制御を簡易なものにすることができる。
【００１２】
請求項４の温度計測装置によれば、モータのロータに隣接して配置され、かつ同一の材質で形成されたステータを利用して、非接触温度計測器と接触温度計測器により計測した温度に基づいて、非接触温度計測器によって計測したロータの温度を補正することができ、モータのロータの温度を正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの内部と温度計測装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係るモータ温度計測ユニットにおける温度計測制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】補正表の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施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モータ１の内部及び温度計測装置の構成図である。なお、本図では、モータ１の内部構成を断面図により示している。
本実施形態の温度計測装置２０は、例えばプラグインハイブリッド車やハイブリッド車に走行駆動用として搭載されたモータ１に適用されている。
【００１５】
図１に示すように、モータ１はハウジング２内に出力軸３が回転可能に支持され、この出力軸３に円柱状のロータ４（移動体）が固定されている。ロータ４には、永久磁石５が内蔵されている。
ハウジング２の内周部には、ロータ４の外周にステータ６(固定体)が固定されている。ステータ６には、コイル７が内蔵されている。
【００１６】
本実施形態のロータ４及びステータ６は、例えば鉄のような同一の材質で形成されている。
三相線８を介して外部からコイル７に電力が供給されることで、ステータ６の周囲に磁界が発生し、ステータ６の内側に隣接して配置されたロータ４が回転する。
本実施形態のモータ１は、車両の走行駆動用として用いられるため大出力が必要とされ、発熱も大きいので、ハウジング２内に冷却水路９が設けられている。冷却水路９に冷却水等の熱媒体を循環させることでハウジング２を介してステータ６を冷却可能となっている。
【００１７】
本実施形態のモータ１には、第１の非接触温度センサ１１(第１の非接触温度計測器)、第２の非接触温度センサ１２(第２の非接触温度計測器)及び熱電対１３（接触温度計測器）が設けられている。
第１の非接触温度センサ１１及び第２の非接触温度センサ１２は、例えば赤外線や可視光線等の熱放射を測定する放射温度計であって、離間した物体の温度を計測可能である。
【００１８】
第１の非接触温度センサ１１は、ロータ４の側面である計測位置Ａに面してハウジング２に設置され、ロータ４の側面の計測位置Ａの温度（第１の温度Ｔra）を計測する。
第２の非接触温度センサ１２は、第１の非接触温度センサ１１に隣接し、計測位置Ａに近いステータ６の側面の計測位置Ｂに面してハウジング２に設置され、ステータ６の計測位置Ｂの温度（第２の温度Ｔsa）を計測する。
【００１９】
熱電対１３は、第２の非接触温度センサ１２による温度の計測位置Ｂに近接してステータ６に接触して配置され、ステータ６の温度(第３の温度Ｔsb)を計測する。
第１の非接触温度センサ１１、第２の非接触温度センサ１２及び熱電対１３は、計測した温度をモータ温度計測ユニット２１（演算部）に出力する。
モータ温度計測ユニット２１は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を備えており、第１の非接触温度センサ１１、第２の非接触温度センサ１２及び熱電対１３からの出力信号を入力して、ロータ４の温度Ｔrを計測する。また、モータ温度計測ユニット２１は、モータ１の作動を制御するモータコントロールユニット２２にロータ４の温度Ｔrを出力するとともに、モータ１の作動制御信号を出力する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係るモータ温度計測ユニット２１における温度計測制御の手順を示すフローチャートである。
モータ温度計測ユニット２１は、車両電源オン時に本制御を繰り返し実行する。
図２に示すように、ステップＳ１０では、センサ補正モードの実施時期であるか否かを判別する。センサ補正モードは、後述する補正表を作成するモードであり、所定時期(例えば半年毎)に車両電源オン時に実施するように設定されている。センサ補正モードの実施時期である場合には、ステップＳ２０に進む。センサ補正モードの実施時期でない場合には、ステップＳ１３０に進む。
【００２１】
ステップＳ２０では、センサ補正モードを開始する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、補正温度上限値Ｔhを設定する。補正温度上限値Ｔhは、センサ補正モードにおいてモータ１のステータ６の温度を何度まで上昇させるか設定するものであり、例えばモータの使用可能な温度範囲内で、第２の非接触温度センサ１２により計測した第２の温度Ｔsaが到達すると推定される温度の上限値付近の値にあらかじめ設定しておけばよい。そして、ステップＳ４０に進む。
【００２２】
ステップＳ４０では、モータ１を駆動開始する。そして、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、第２の非接触温度センサ１２により第２の温度Ｔsaを計測するとともに、熱電対１３により第３の温度Ｔsbを計測する。そして、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、補正係数Ｋを演算する。補正係数Ｋは、ステップＳ４０において計測した第２の非接触温度センサ１２による第２の温度Ｔsaと熱電対１３による第３の温度Ｔsbとの比であり、Ｋ＝Ｔsb/Ｔsaにより求められる。そして、ステップＳ７０に進む。
【００２３】
ステップＳ７０では、ステップＳ６０において演算した補正係数Ｋを、第２の温度Ｔsaと関連付けて記憶し、補正表を作成する。この補正表は、例えば図３に示すように、第２の温度Ｔsaが所定温度Ｔ1(例えば５度)上昇する毎に（例えば２０度、２５度・・・・７５度で）補正係数Ｋを記憶する。例えば図３に示す補正表では、第２の温度Ｔsaが上昇するに伴って補正係数Ｋも段階的に上昇するように設定されている。そして、ステップＳ８０に進む。
【００２４】
ステップＳ８０では、ステップＳ５０において第２の非接触温度センサ１２により計測した第２の温度Ｔsaの飽和判定を行う。この第２の温度Ｔsaの飽和判定は、第２の温度Ｔsaが所定時間Ｔi1経過しても所定温度Ｔ2以下の変化であれば、飽和判定であると判定する。この所定温度Ｔ2は、例えば前述の所定温度Ｔ1より少ない温度に設定すればよい。また、所定時間Ｔi1は、モータ１の運転を続けても所定温度Ｔ2以上大きく変化しないと判定できるような時間に適宜設定すればよい。飽和判定である、即ち所定時間Ｔi1経過しても所定温度Ｔ2以下の変化である場合にはステップＳ９０に進む。飽和判定でない、即ち所定時間経過Ｔi1後に所定温度Ｔ2より大きく変化した場合にはステップＳ１００に進む。なお、所定時間Ｔi1経過する前に第２の温度Ｔsaが所定温度Ｔ2より大きく変化した場合にもその時点で飽和判定でないと判定する。
【００２５】
ステップＳ９０では、ステップＳ３０において記憶した補正温度上限値ＴhをステップＳ５０において計測した第２の温度Ｔsa、即ちステータ６の飽和温度に変更する。そして、ステップＳ１００に進む。
ステップＳ１００では、第２の非接触温度センサ１２により計測した第２の温度Ｔsaが補正温度上限値Ｔhより高いか否かを判別する。第２の温度Ｔsaが補正温度上限値Ｔhより高い場合には、ステップＳ１１０に進む。第２の温度Ｔsaが補正温度上限値Ｔh以下の場合には、ステップＳ５０に戻る。
【００２６】
ステップＳ１１０では、補正表が完成となり、モータ１を停止させる。そして、ステップＳ１２０に進む。
ステップＳ１２０では、センサ補正モードを終了する。そして、本ルーチンを終了する。
ステップＳ１３０では、通常温度計測モードを開始する。そして、本ルーチンを終了する。
【００２７】
通常温度計測モードは、車両電源オン時にセンサ補正モード以外のときに実行される。通常温度計測モードでは、第１の非接触温度センサ１１により第１の温度Ｔraを計測し、補正表から当該第１の温度Ｔraと同一の第２の温度Ｔsaに対応する補正係数Ｋを読み出す。そして、当該第１の温度Ｔraと補正係数Ｋとを積算し、ロータ温度Ｔrを求める（Ｔr＝Ｔra×Ｋ）。
【００２８】
なお、第１の温度Ｔraが補正表に記憶されている第２の温度Ｔsaと一致しない場合には、第１の温度Ｔraの前後の第２の温度Ｔsaでの補正係数Ｋで補間するようにして補正係数Ｋを設定すればよい。
例えば、図３に示す補正表において、第１の温度Ｔraが２８度である場合には、その前後の第２の温度Ｔsaでの補正係数Ｋ1（２５度での補正係数Ｋ1＝１.６）、及び補正係数Ｋ２(３０度での補正係数Ｋ2＝１.６５)を補正表より読み出して、補正係数Ｋを以下の式（1）により演算すればよい。
Ｋ＝（Ｋ2−Ｋ1）/（３０−２５）×（Ｔra−２５）＋Ｋ1      ・・・（１）
以上のように、本実施形態では、回転するロータ４を第１の非接触温度センサ１１により計測するが、計測したロータ４の温度である第１の温度Ｔraに補正係数Ｋを積算して補正し、ロータ温度Ｔrを求める。
【００２９】
補正係数Ｋは、第２の非接触温度センサ１２により計測したステータ６の温度である第２の温度Ｔsaと熱電対１３により計測したステータ６の温度である第３の温度Ｔsbとの比Ｔsb/Ｔsaである。
ところで、ステータ６とロータ４は互いに近傍に位置し、同一の材質であるので、ステータ６における温度比（Ｔsb/Ｔsa）とロータ４における温度比（Ｔr/Ｔra）とが、幅広い温度範囲で略同一になる。したがって、補正係数Ｋを第１の非接触温度センサ１１により計測したロータ４の温度である第１の温度Ｔraに積算して、ロータ温度Ｔrを求めることで、ロータ４の温度を熱電対１３により計測した値と同等の精度で正確に計測することができる。
【００３０】
なお、上記第１の非接触温度センサ１１及び第２の非接触温度センサ１２のような非接触温度計測器による温度計測は被計測部から放射される遠赤外線の放射量に基づいて行われ、この放射量は被計測部の放射率に依拠する。放射率とは、全物質中で最大の遠赤外線量を放射する物質を想定し、当該想定した物質が所定温度で放射する最大放射量に対して、ある物質が同一の所定温度で放射する放射量の比率を言う。したがって、放射率は、物質ごとに異なり、物質表面状態によっても異なる値となる。すなわち、上記のように第１の非接触温度センサ１１の計測温度の補正を行うことは、被計測部の放射率の補正を行うことに等しい。本実施形態では、上記のように、計測温度の補正係数Ｋとして、放射率の補正に適した温度比を用いるので、例えば補正係数Ｋに温度差を用いるものと比較して、計測温度の補正精度を高めることができる。
【００３１】
また、複数の第２の温度Ｔsaで夫々補正係数Ｋを演算して記憶しておき、第１の温度Ｔraに対応する補正係数Ｋを用いてロータ温度Ｔrを演算するので、第１の温度Ｔraを正確に補正してモータ１のロータ温度Ｔrを広い温度範囲で正確に演算することができる。
したがって、モータ１のロータ４のように回転移動する対象物の温度を正確に計測することができ、この温度を用いて例えばモータコントロールユニット２２においてモータ１に供給する駆動電力の上限値を制御することで、モータ１の保護を図ることができる。
【００３２】
例えば本実施形態のモータ１では、モータ１の駆動によりコイル７から熱が発生し、ステータ６の温度が上昇する。また、これに伴い、ロータ４の温度も上昇する。また、ハウジング２には、冷却水路９が設けられているので、ステータ６が冷却される。したがって、ステータ６よりもロータ４の温度が高くなる場合がある。本実施形態のようにステータ６の温度だけでなく、ロータ４の温度を正確に計測することで、モータ１の保護をより図ることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、第１の非接触温度センサ１１と第２の非接触温度センサ１２とが独立して設けられており、第１の非接触温度センサ１１が計測位置Ａの温度を計測し、第２の非接触温度センサ１２が計測位置Ｂの温度を計測すればよいので、各非接触温度センサ１１、１２を容易に設置することができるとともに、各非接触温度センサ１１、１２を計測領域の狭いものとして部品コストを低減することができる。また、計測領域の広い非接触温度計測器を１つ設けた場合と比較して、計測位置Ａ及びＢでの計測値を抽出するといった処理を必要としないので、温度計測時の制御を簡易なものにすることができる。
【００３４】
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、補正表に記憶する温度比について、計測する温度範囲や温度間隔を適宜変更してもよい。
また、本実施形態では、図３に示す補正表の例では、第１の温度Ｔraが上昇するに伴って補正係数Ｋが増加するように設定されているが、これは鉄のような計測対象物における温度上昇に伴って非接触温度センサの計測温度が実際の計測対象物の温度より若干低く計測される傾向であることが確認されたためである。しかし、本願発明は、図３に示す補正係数Ｋの数値や増加傾向に限定するものではない。
【００３５】
また、第１の非接触温度センサ１１と第２の非接触温度センサ１２とを１つの非接触温度計測器としてもよい。この場合、ロータ４の計測位置Ａの温度とステータ６の計測位置Ｂの温度を計測領域のデータから抽出処理する等して、ロータ４の計測位置Ａの温度とステータ６の計測位置Ｂの温度を個別に計測できればよい。このように第１の非接触温度センサ１１と第２の非接触温度センサ１２とを１つの非接触温度計測器とすると、部品点数を削減できる。
【００３６】
また、本実施形態では、プラグインハイブリッド車やハイブリッド車における走行駆動用のモータ１のロータ４の温度計測に本発明を適用しているが、その他の用途のモータにも広く適用することができる。また、モータ以外の移動体の温度を計測する際にも本発明を広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  モータ
４  ロータ（移動体）
６  ステータ（固定体）
１１  第１の非接触温度センサ(第１の非接触温度計測器)
１２  第２の非接触温度センサ(第２の非接触温度計測器)
１３  熱電対（接触温度計測器）
２１  モータ温度計測ユニット（演算部）
【図１】
2015200618.tif 000003
【図２】
2015200618.tif 000004
【図３】
2015200618.tif 000005