(57)【要約】【課題】温度検出センサを用いることなく、ステータコイル温度を的確に推定する。【解決手段】ＥＣＵは、モータ回転数ＮとモータトルクＴとをパラメータとしてステータの飽和温度についての等高線を示したマップを読み出すステップ（Ｓ１０１０）と、モータ回転数Ｎを検出するステップ（Ｓ１０２０）と、モータトルクを算出するステップ（Ｓ１０３０）と、ＮとＴとで定まる今回の動作点を算出して記憶するステップ（Ｓ１０４０）と、前回の動作点を読み出して（Ｓ１０５０）、今回の動作点と前回の動作点との間で等高線と交差していた場合には（Ｓ１０６０にてＹＥＳ）、温度推定用偏差をカウントアップまたはカウントダウンするステップ（Ｓ１０８０、Ｓ１０９０）と、温度推定用偏差を用いてステータコイル温度を算出するステップとを含む、プログラムを実行する。【選択図】図４
2008245412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された回転電機の温度推定装置であって、
固定子の飽和温度に関する情報であって、少なくとも回転電機の回転数およびトルクをパラメータとした情報を記憶するための記憶手段と、
前記回転電機の回転数およびトルクを検出するための検出手段と、
前記検出された回転数およびトルクならびに記憶された飽和温度に関する情報に基づいて、固定子温度を推定するための推定手段とを含む、温度推定装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記回転電機の回転数およびトルクをパラメータとした、前記固定子の飽和温度の等高線マップを記憶するための手段を含み、
前記推定手段は、
前記検出された回転数およびトルクに基づいて、前記マップ上の最新の動作点を算出するための手段と、
前回の動作点と最新の動作点との間で前記等高線と交差していた場合には、偏差を演算するための演算手段と、
前記偏差に基づいて、前記固定子温度を推定するための手段とを含む、請求項１に記載の温度推定装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前回の動作点と最新の動作点との間で前記等高線と交差していた場合であって、前回の動作点から高温側の最新の動作点へ移動した場合には前記偏差を加算して、前回の動作点から低温側の最新の動作点へ移動した場合には前記偏差を減算するための手段を含む、請求項２に記載の温度推定装置。
【請求項４】
前記温度推定装置は、前記推定された固定子温度が予め定められたしきい値温度を越えていると、出力制限処理を実行するための手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機における温度推定装置に関し、特に、ハイブリッド車両や電気自動車を駆動する電動機のように広い運転速度範囲で使用される回転電機の固定子温度を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載されるモータや発電機は、回転子（ロータ）と、その周囲に配設されステータ巻線が巻き付けられたステータコアとを有する。モータはステータ巻線に通電して回転力を得て、発電機はロータの回転によりステータ巻線に流れる電流を取り出す。そして、ロータ回転時にステータ巻線に電流が流れると、ステータコアやステータ巻線が発熱する。この発熱によりステータ温度が上昇すると、ステータコイル焼損、永久磁石の熱減磁等の不具合が発生する可能性がある。このため、たとえば、以下のようなコイル温度監視装置が備えられる。このコイル温度監視装置は、コイル近傍に取付けられた測温センサからの検出信号を比較器に与え、この比較器によりその温度の絶対値が予め設定された設定値を越えたことを判断すると、異常信号を表示器に入力して異常を表示する。この場合、測温センサで検出されたコイル温度および比較器での比較結果は、記録器にそれぞれ記録されるようになっている。
【０００３】
さらに、別の態様のコイル温度監視装置は、冷却水温検出センサ、負荷量検出センサによりそれぞれ検出された冷却水温と、負荷量とを演算器にそれぞれ与え、この演算器により予想発生損失と予め定められた冷却水および冷却空気との相関式、ならびにコイル温度計算式よりコイル温度の設定値を求め、この設定値を比較器に与えて測温センサにより検出された固定子コイルの実温度と比較し、この実温度が設定値を越えたときに異常と判断してその旨を表示器に表示する。この場合、測温センサで検出されたコイル温度、冷却水温検出センサで検出された冷却水温、負荷量検出センサで検出された負荷量、演算器での演算結果および比較器での比較結果は、記録器にそれぞれ記録されるようになっている。
【０００４】
このようなコイル温度監視装置によりコイル温度が監視されて、温度保護制御が実行される。
【０００５】
特開平１１−３５５９５９号公報は、回転電機に一つの温度検出手段を取り付けるだけで、各部の温度上昇、温度限界値の異なる回転電機の各種負荷状態での能力一杯まで出力を取り出すことができる回転電機の温度保護装置を開示する。この回転電機の温度保護装置は、回転電機に取り付けた温度検出手段からの温度状態信号により回転電機の温度保護を行なう装置であって、回転電機の運転負荷状態により保護制御に移行するしきい値を変えて保護動作させることを特徴とする、温度検出手段をサーミスタセンサとしステータコイルエンドに取り付け、予め設定された回転速度と保護温度マップを温度保護制御フローに組み込んでおいて、回転電機の回転速度信号を取り込むことにより随時温度保護設定値を自動的に決定し、これと温度検出手段からのコイル温度信号を比較して過熱保護を行なうことを特徴とする。
【特許文献１】特開平１１−３５５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した公報に開示された回転電機の温度保護装置においては、ステータコイルエンドにサーミスタセンサを取り付ける必要がある。このサーミスタにより検出されたステータコイル温度に基づいて制御装置が、過熱しそうなときには負荷率に制限をかける等の処理を行なう。ところが、熱損失が著しく大きく温度上昇が急峻な場合には、サーミスタ温度が追従できず、十分な負荷率制限制御を実行できない。さらに、サーミスタと制御装置との間の信号線の不具合（断線や短絡）やセンサ自体の不具合の可能性も考えられ、十分な負荷率制限制御を実行できない。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、温度検出センサを用いることなく、ステータコイル温度を的確に推定することができる、回転電機の温度推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る温度推定装置は、車両に搭載された回転電機の温度を推定する。この温度推定装置は、固定子の飽和温度に関する情報であって、少なくとも回転電機の回転数およびトルクをパラメータとした情報を記憶するための記憶手段と、回転電機の回転数およびトルクを検出するための検出手段と、検出された回転数およびトルクならびに記憶された飽和温度に関する情報に基づいて、固定子温度を推定するための推定手段とを含む。
【０００９】
第１の発明によると、固定子の飽和温度に関する情報として、たとえば、回転電機の回転数およびトルクをパラメータとした固定子の飽和温度の等高線がマップとして記憶される。回転電機の回転数およびトルクをパラメータとしているので、回転電機の動作中の回転数とトルクとに基づいて回転電機の等高線マップ上の動作点が算出される。この動作点の移動状態（前回算出時の動作点から最新に算出された動作点への移動状態）に基づいて、たとえば、等高線を高温側に移動して等高線と交差すると偏差を増加するように加算して、等高線を低温側に移動して等高線と交差すると偏差を減少するように減算する。この偏差を用いて、固定子の温度を推定する。このため、サーミスタ等の温度検出センサを用いることなく、回転数とトルクとをパラメータとした飽和温度の等高線マップを用いて、固定子の温度を推定することができる。その結果、温度検出センサを用いることなく、ステータコイル温度を的確に推定することができる、回転電機の温度推定装置を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る温度推定装置においては、第１の発明の構成に加えて、記憶手段は、回転電機の回転数およびトルクをパラメータとした、固定子の飽和温度の等高線マップを記憶するための手段を含む。推定手段は、検出された回転数およびトルクに基づいて、マップ上の最新の動作点を算出するための手段と、前回の動作点と最新の動作点との間で等高線と交差していた場合には、偏差を演算するための演算手段と、偏差に基づいて、固定子温度を推定するための手段とを含む。
【００１１】
第２の発明によると、検出された回転電機の回転数およびトルクに基づいて、固定子の飽和温度の等高線マップ上の最新の動作点が算出される。前回の動作点から高温側へ移動して、前回の動作点と最新の動作点との間で等高線と交差していた場合には偏差が加算される。前回の動作点から低温側へ移動して、前回の動作点と最新の動作点との間で等高線と交差していた場合には偏差が減算される。このように算出された偏差に基づいて、固定子温度を推定することができる。
【００１２】
第３の発明に係る温度推定装置においては、第２の発明の構成に加えて、演算手段は、前回の動作点と最新の動作点との間で等高線と交差していた場合であって、前回の動作点から高温側の最新の動作点へ移動した場合には偏差を加算して、前回の動作点から低温側の最新の動作点へ移動した場合には偏差を減算するための手段を含む。
【００１３】
第３の発明によると、高温側への移動時には偏差を加算して、低温側への移動時には偏差を減算して、固定子温度を推定するために用いられる偏差を算出することができる。
【００１４】
第４の発明に係る温度推定装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、推定された固定子温度が予め定められたしきい値温度を越えていると、出力制限処理を実行するための手段をさらに含む。
【００１５】
第４の発明によると、的確に推定された固定子温度が予め定められたしきい値温度を越えているときのみ、出力制限処理が実行されるので、できる限り出力制限処理が実行されることを回避して、限界まで、回転電機の出力を発現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
なお、以下の説明においては、本発明における回転電機を電動機（以下、モータと記載する場合がある）として説明するが、本発明は電動機に限定されて適用されるものではない。たとえば、モータジェネレータ、ジェネレータやオルタネータなどの回転電機に適用するものであっても構わない。
【００１８】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る温度推定装置が適用される、車両に搭載される電動機について説明する。車両には図１に示すように回転軸を水平あるいはほぼ水平な状態にして搭載される。
【００１９】
図１は、このような電動機の横断面図を示す。この電動機は、２つのベアリング１０２０により回転自在に支持されたロータ１０１０を含むロータ部と、ロータ１０１０の外周方向に設置されたステータコア２０００を含むステータ部とから構成される。このロータ１０１０は、ベアリング１０２０により支持され、回転軸１０００を中心として回転して、回転トルクを車両のパワートレーンに伝達する。
【００２０】
ロータ１０１０に対応して、わずかなギャップを介して対向した位置には、ステータコア２０００が設けられる。ステータコア２０００には、回転軸に平行な方向にステータコア２０００を貫通するように設けられたスリットに、コイルが巻着される。このコイルに電流が流されて、ステータコア２０００は、ロータ１０１０を回転させるための磁界を発生させる。
【００２１】
また、ステータコア２０００に巻着されたステータコイルの端部がコイルエンド２０１０として形成されている。ステータコイルは、図２に示すように、ステータコア２０００のスロット２１１０に絶縁紙２０１２が設けられている。またスロット２１１０間にはティース２１２０が形成されている。図２に示すように、絶縁紙２０１２は、スロット２１１０からはみ出すように設けられている。そのため、ステータコイルエンド２０１０の根元には絶縁紙２０１２が被さっている。
【００２２】
なお、図２に示すロータ１０１０におけるスロット２１１０およびティース２１２０の数および形状は一例であって、本発明はこのような数および形状に限定されるものではない。また、ロータ１０１０は、多数の電磁鋼板（０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の薄板）を積層して構成されたものであっても、一体的なものであってもいずれでもよい。
【００２３】
なお、これらの構成部品である、回転軸１０００、ロータ１０１０、ベアリング１０２０、ステータコア２０００、ステータコイルエンド２０１０は、ハウジング３０００内に収められている。
【００２４】
図３を参照して、本実施の形態に係る温度推定装置において用いられる、電動機の回転数Ｎ（モータ回転数Ｎ）と出力トルクＴ（モータトルクＴ）とをパラメータとした、ステータコイル温度の飽和温度についての等高線を示すマップについて説明する。なお、トルクの代わりに負荷率等であっても構わない。
【００２５】
図３に示すマップは、横軸をモータ回転数Ｎとして、縦軸をモータトルクＴとして、ステータコイルの飽和温度の等高線を示したものである。低回転低トルクであるほど、ステータコイルの飽和温度の等高線は低温であって、高回転高トルクであるほど、ステータコイルの飽和温度の等高線は高温である。
【００２６】
本実施の形態に係る温度推定装置は、この図３に示すマップを用いて、予め定められたサイクルタイム毎に、モータ回転数ＮおよびモータトルクＴを検出または算出して、図３のマップ上にモータの動作点をプロットする。温度推定装置は、前回演算時にプロットされた点と今回演算時（前回の演算から１サイクルタイム経過後）にプロットされた点との間で、等高線と交差しているか否かにより、推定用温度偏差を算出する。温度推定装置は、この推定用温度偏差を用いて、ステータコイル温度を推定する。
【００２７】
なお、図３に示したマップは一例であって、本発明が、この図３に示すマップに限定されるものではない。
【００２８】
本実施の形態に係る温度推定装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）に含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてＣＰＵで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして温度推定装置を実現した場合を説明する。
【００２９】
図４を参照して、本実施の形態に係る温度推定装置を実現するために、ＥＣＵが実行する、プログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、サブルーチンであって、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。
【００３０】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１０００にて、ＥＣＵは、ステータコイル温度モニタを開始するか否かを判断する。たとえば、モータが作動開始されるとステータコイル温度モニタを開始すると判断するようにしたり、モータが作動開始されてから予め定められた時間が経過するとステータコイル温度モニタを開始すると判断するようにしたりする。ステータコイル温度モニタを開始すると判断されると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０００にてＮＯ）、このサブルーチン処理は終了する。
【００３１】
Ｓ１０１０にて、ＥＣＵは、図３にその一例を示した、Ｎ−Ｔマップをメモリから読出す。Ｓ１０２０にて、ＥＣＵは、モータ回転数Ｎを検出する。Ｓ１０３０にて、ＥＣＵは、モータトルクＴを算出する。
【００３２】
Ｓ１０４０にて、ＥＣＵは、検出したモータ回転数Ｎおよび算出したモータトルクＴに基づいて、図３のＮ−Ｔマップ上の動作点（これを今回の動作点とする）を算出して、メモリに記憶する。Ｓ１０５０にて、ＥＣＵは、前回の動作点をメモリから読出す。
【００３３】
Ｓ１０６０にて、ＥＣＵは、今回の動作点と前回の動作点との間で、図３のステータコイルの飽和温度の等高線と交差したか否かを判断する。今回の動作点と前回の動作点との間で、ステータコイルの飽和温度の等高線と交差していると判断されると（Ｓ１０６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１０７０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０６０にてＮＯ）、処理はＳ１１１０へ移される。
【００３４】
Ｓ１０７０にて、ＥＣＵは、今回の動作点と前回の動作点との間で、高温側へ動作点が移動して、ステータコイルの飽和温度の等高線と交差したか否かを判断する。今回の動作点と前回の動作点との間で、高温側へ動作点が移動して、ステータコイルの飽和温度の等高線と交差していると判断されると（Ｓ１０７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０７０にてＮＯ）、処理はＳ１０９０へ移される。
【００３５】
Ｓ１０８０にて、ＥＣＵは、ステータコイルの温度推定用偏差をカウントアップする（たとえば、図３の右上方向への矢印に示すように動作点の移動があった場合である）。その後、処理は、Ｓ１１００へ移される。
【００３６】
Ｓ１０９０にて、ＥＣＵは、ステータコイルの温度推定用偏差をカウントダウンする（たとえば、図３の左下方向への矢印に示すように動作点の移動があった場合である）。
【００３７】
Ｓ１１００にて、ＥＣＵは、Ｓ１０８０またはＳ１０９０において算出した推定用温度偏差を用いてステータコイル温度を算出する。なお、このとき、算出されるステータコイル温度は推定値である。
【００３８】
Ｓ１１１０にて、ＥＣＵは、ステータコイル温度モニタを終了するか否かを判断する。たとえば、モータが作動終了されるとステータコイル温度モニタを終了すると判断するようにする。ステータコイル温度モニタを終了すると判断されると（Ｓ１１１０にてＹＥＳ）、このサブルーチン処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ１１１０にてＮＯ）、この処理はＳ１０２０へ戻される。
【００３９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る温度推定装置の動作について説明する。
【００４０】
モータに作動指令信号が出力されるようになると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、図３に示したような、モータ回転数ＮとモータトルクＴとをパラメータとした、ステータコイルの飽和温度の等高線を示したマップが、メモリから読み出される（Ｓ１０１０）。
【００４１】
モータ回転数Ｎが検出され（Ｓ１０２０）、モータトルクＴが算出され（Ｓ１０３０）、今回のモータ動作点が算出されて、メモリに記憶される（Ｓ１０４０）。さらに、前回のモータ動作点が読み出される（Ｓ１０５０）。
【００４２】
今回の動作点が図３に示すＢ点であって、前回の動作点が図３に示すＡ点であるときには、本実施の形態に係る温度推定装置は、以下のような動作する。
【００４３】
前回の動作点Ａと今回の動作点Ｂとの間においては、ステータコイルの飽和温度についての１５０℃の等高線と交差している（Ｓ１０６０にてＹＥＳ）。さらに、動作点が高温側へ移動して等高線と交差しているので（Ｓ１０７０にてＹＥＳ）、温度推定用偏差がカウントアップされる（Ｓ１０８０）。このカウントアップされた温度推定用偏差が用いられて、ステータコイル温度が推定される。
【００４４】
なお、このカウントアップが繰り返されることにより、ステータコイルの推定温度が高く推定されることになる。
【００４５】
さらに、今回の動作点が図３に示すＣ点であって、前回の動作点が図３に示すＤ点であるときには、本実施の形態に係る温度推定装置は、以下のような動作する。
【００４６】
前回の動作点Ｃと今回の動作点Ｄとの間においては、ステータコイルの飽和温度についての１８０℃の等高線と交差している（Ｓ１０６０にてＹＥＳ）。さらに、動作点が高温側へ移動して等高線と交差していないので（Ｓ１０７０にてＮＯ）、温度推定用偏差がカウントダウンされる（Ｓ１０９０）。このカウントダウンされた温度推定用偏差が用いられて、ステータコイル温度が推定される。
【００４７】
なお、このカウントダウンが繰り返されることにより、ステータコイルの推定温度が低く推定されることになる。
【００４８】
以上のようにして、本実施の形態に係る温度推定装置によると、
（１）サーミスタ等のステータ温度検出センサが不要であって、
（２）サーミスタの不良や信号線の不良（断線や短絡）があっても、的確にステータ温度をモニタできるので、負荷率制限制御を実行でき、
（３）的確な的確にステータ温度をモニタできるので、安全余裕を少なく見積もって負荷率制限制御でき、モータを限界出力まで作動させることができる。
【００４９】
なお、図４に示したフローチャートにおいて、さらに、以下のような制限制御処理を行なうようにしても構わない。
【００５０】
すなわち、Ｓ１１００にて推定されたステータコイル温度がしきい値を越えているか否かを判断して、推定されたステータコイル温度がしきい値を越えていると、モータの出力制限を実行する。これにより、ステータコイル焼損、永久磁石の熱減磁等の不具合が発生する可能性を回避できる。
【００５１】
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。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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度推定装置が適用される電動機の断面図である。
【図２】ステータ部分の拡大図である。
【図３】モータ回転数とモータトルクとをパラメータとしたステータコイル飽和温度の等高線図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る温度推定装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１０００  回転軸、１０１０  ロータ、１０２０  ベアリング、２０００  ステータコア、２０１０  ステータコイルエンド、２０１２  絶縁紙、２１１０  スロット、２１２０  ティース、３０００  ハウジング。
【図１】
2008245412.tif 000003
【図２】
2008245412.tif 000004
【図３】
2008245412.tif 000005
【図４】
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