(57)【要約】【課題】巻線界磁式回転電機において、サーミスタや熱電対などの温度測定部品や高精度な電流センサを設けることなく、簡単且つ低コストで温度推定装置を実現することを目的とする。【構成】この発明になる回転電機の温度推定装置は、界磁電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機において、界磁電流を検出する手段と、安定後の界磁電流スイッチング前のDC電圧を検出する手段を有し、界磁電流とDC電圧に対するマップあるいは計算式から回転子温度を推定するようにしたものである。【選択図】図１
2007166827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機の制御装置において、界磁電流Ifを検出する手段と、界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnを検出する手段を有し、界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnとの関係から回転子温度Tfを推定するようにした回転電機の温度推定装置。
【請求項２】
界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnとの関係を示す実測値により作成されたマップを用いて回転子温度Tfを推定するようにした請求項１に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項３】
界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnとの関係を示す計算式Tf＝f（Vpn、If）により回転子温度Tfを推定するようにした請求項１に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項４】
界磁電流のスイッチングのデューティDutyを検出する手段を更に有し、界磁電流IfとDC電圧Vpnと界磁デューティdutyとの関係から回転子温度Tfを推定するようにした請求項１に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項５】
界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnと界磁デューティdutyとの関係を示す実測値により作成されたマップを用いて回転子温度Tfを推定するようにした請求項４に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項６】
界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnと界磁デューティdutyとの関係を示す計算式Tf＝f（Vpn、If、Duty）により回転子温度Tfを推定するようにした請求項４に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項７】
電機子電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機の制御装置において、電機子電流Isを検出する手段と、電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpnを検出する手段を有し、電機子電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記電機子電流IsとDC電圧Vpnとの関係から電機子温度Tsを推定するようにした回転電機の温度推定装置。
【請求項８】
電機子のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記電機子電流IsとDC電圧Vpnとの関係を示す実測値により作成されたマップを用いて電機子温度Tsを推定するようにした請求項７に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項９】
電機子電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記電機子電流IsとDC電圧Vpnとの関係を示す計算式Ts＝f（Vpn、If、Duty）により電機子温度Tsを推定するようにした請求項７に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項１０】
電機子電流のスイッチングのデューティDutyを検出する手段を更に有し、電機子電流IsとDC電圧Vpnと電機子デューティdutyとの関係から電機子温度Tsを推定するようにした請求項７に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項１１】
電機子のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記電機子電流IsとDC電圧Vpnと電機子デューティdutyとの関係を示す実測値により作成されたマップを用いて電機子温度Tsを推定するようにした請求項１０に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項１２】
電機子のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記電機子電流IsとDC電圧Vpnと電機子デューティdutyとの関係を示す計算式Ts＝f（Vpn、If、Duty）により電機子温度Tsを推定するようにした請求項１０に記載の回転電機の温度推定装置。
【請求項１３】
電機子電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機の制御装置において、上記発電電動機の停止中に電機子巻線に電流を通電することにより誘起されて界磁巻線に流れる回転子電流Ifを検出する手段と、電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpnを検出する手段を有し、電機子電流のスイッチング素子を高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記回転子電流IfとDC電圧Vpnに対するマップあるいは計算式から回転子温度Tfを推定するようにした回転電機の温度推定装置。
【請求項１４】
界磁電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機の制御装置において、回転速度Nを検出する手段と、相電圧を検出する手段Vumaxと、界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnを検出する手段と、界磁電流のスイッチングのデュ−ティDutyを検出する手段を有し、回転速度Nと誘起電圧VumaxとDC電圧Vpnと界磁デューティDutyに対するマップあるいは計算式から界磁電流Ifや回転子温度Tfを推定するようにした回転電機の温度推定装置。
【請求項１５】
請求項１４において、温度推定を行うときの界磁電流スイッチングデューティdutyは、回転速度Nに応じて増加する相電圧Vumaxがバッテリ電圧を超えないように設定されるようにした回転電機の温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は巻線界磁式回転電機の温度推定装置、特に温度センサを設けることなく回転電機の温度保護制御を行う巻線界磁式回転電機の温度推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用の回転電機として用いられる発電機及び電動機では、充放電可能な直流電源との間に接続され、回転電機が電動機の場合には、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し回転電機に電力を供給して駆動力を発生させ、回転電機が発電機の場合には、回転電機で発生した交流電力を直流電力に変換して直流電源あるいは車両用負荷を充電するように作用する複数個のパワー半導体スイッチング素子からなる電力変換装置が用いられる。
また、この電力変換装置の制御には上記回転電機の回転子に巻回された界磁コイルの界磁電流を界磁電流制御装置により制御することにより様々な動作を実行することができる巻線界磁式が多く使われている。
【０００３】
図１５は上記従来周知の巻線界磁式車両用発電電動機（以下、車両用巻線界磁式発電電動機を発電電動機と呼ぶ）の制御装置の全体構成を示している。図から明らかなように、上記発電電動機の制御装置は、電機子巻線１０３aと界磁巻線１０２aからなる発電電動機１００と、制御機能を有する電力変換部２００とに大別することができる。上記発電電動機１００は、更に界磁巻線１０２ａが巻装されたロータコア１０２と、三相電機子巻線１０３ａが巻かれたステータコア１０３と、ロータの回転位置を検出する回転センサ１０４と、界磁巻線に直流電力を供給するブラシ１０５と、スリップリング１０６から構成されている。なお、上記回転センサ１０４は、レゾルバ、エンコーダ、ホール素子などのセンサにより位置情報を得るものでも、誘起電圧や相電流などのように電気特性から位置情報を推測するものでも良い。
【０００４】
一方、電力変換部２００は上記発電電動機１００の電機子巻線１０３ａの各相に接続された６個の電力変換用スイッチング素子２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃと、これらのスイッチング素子を駆動制御する制御部２０３と、発電電動機の界磁巻線１０２ａに接続された界磁巻線電流用スイッチング素子３０１およびフライホイールダイオード３０２から構成されている。上記６個の電力変換用スイッチング素子２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃは駆動モードではインバータ作動して、直流電源からの直流電力を交流電力に変換し回転電機に電力を供給してエンジンに駆動力を発生させ、また、発電モードの場合には整流器作動して、回転電機で発生した交流電力を直流電力に変換して直流電源あるいは車両用負荷を充電するように作用する。
【０００５】
上記制御部２０３はＣＰＵ、記憶装置等からなる計算機を内蔵し、各部からの信号を取り込んで各種演算を行い、所定のタイミングでのオン・オフ指令を生成し、上記電力変換用スイッチング素子２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃ及び界磁巻線電流用スイッチング素子３０１の導通制御を行うことにより、発電電動機１００の駆動及び発電などの制御を行う構成となっている。なお、図２は上記オン・オフ指令の電圧印加状態を表わした図で、デュ−ティ比Dutyは、デュ−ティ比Duty＝Ton／T×100[%] で表される。上記において、Tonはオン指令時の時間、Tはオン・オフ指令の１サイクル時間を指している。
【０００６】
上記のようなエンジン始動と発電の機能を持った車両用巻線界磁式発電電動機においては、従来の一般的な車両用発電機に比べて、始動時に大きなトルクを発生させるために大きな巻線界磁電流を流す。従来の発電機は、あらゆる状態で１００％のデュ−ティ比で界磁巻線に電圧を印加したときに流れる界磁電流で発電しても熱的に問題が起こらないように設計されていた。したがって、周囲温度が低い時や瞬時の発電に対して温度的に余裕があっても発電量を増やせない仕様であった。
【０００７】
しかし、発電電動機では、始動時に大きな電流を流せるようにしているため、周囲温度が低い時や瞬時の発電に対して温度的に余裕がある場合には、発電量を増やすことができる。一方、温度が高すぎると固定子抵抗が大きくなりすぎ、端子間電圧の上昇によりエンジン始動時に必要なトルクを発生させられなくなる。そのため、固定子の温度もしくは回転子の温度によりアイドリングストップの禁止判定を実施することが行われている。また、コイル温度を知ることで、コイルがある温度以上上がらないように電流制御し、コイルの皮膜劣化による短絡や接続部のハンダ溶融や絶縁用樹脂の溶融を防ぎ、電動機を保護するようにしなければならない。
【０００８】
以上のような保護制御を行うためには、回転電機の各部の温度を知る必要があるが、サーミスタや熱電対などを取り付けて測定する方法では、取付けるための特別な構造や電気接続に必要な配線などが必要となり、また温度測定用部品の取付け作業の工程も必要となるなどコストアップの原因となっていた。また温度測定用部品の不具合などによる信頼性低下要因ともなっていた。
このため、従来、温度測定用部品の取付けの必要のない方法が模索され、界磁電流や電機子電流を測定して推定する方法等が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００９】
特許文献１（特開平１０−１００９１３）のものは、電動パワーステアリング用モータと当該モータを制御するコントロールユニットとを具備した電動パワーステアリング装置の制御装置において、前記コントロールユニットが、前記モータの電流値や端子間抵抗値の検出値から逆起電力係数KTを含む数式を用いて前記モータの巻線温度を推定し、その温度推定値に基づいてモータの温度保護制御を行うようにしたものである。
【００１０】
しかしながら、前記電動パワーステアリング用モータは、磁石式ロータであって、逆起電力係数KTが一定となるが、巻線界磁式回転電機の場合は、界磁電流が変化して磁束も変化するので逆起電力係数ＫＴは一定とはならない。さらに、界磁電流と磁束の関係は飽和曲線を描くため、逆起電力係数KTを界磁電流に比例する関数として扱うこともできない。従って巻線界磁式回転電機の場合は、上記特許文献１で用いられた式は成り立たないか、もしくは温度推定値に大きな誤差を生じる結果となっていた。更に上記特許文献１の方法では高精度な電流センサが必要となり更に高価なものとなる問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１００９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、巻線界磁式回転電機において、サーミスタや熱電対などの温度測定部品や高精度な電流センサを設けることなく、簡単且つ低コストで温度推定装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明になる回転電機の温度推定装置は、界磁電流をスイッチングにより制御する回路を有し、エンジン始動と発電機能を持った車両用巻線界磁式多相発電電動機において、界磁電流を検出する手段と、安定後の界磁電流スイッチング前のDC電圧を検出する手段を有し、界磁電流とDC電圧に対するマップあるいは計算式から回転子温度を推定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明にかかる温度推定装置によれば、サーミスタや熱電対などの温度測定部品や高精度な電流センサを追加することなく、しかも逆起電力係数KTを用いる必要のない簡便な方式で巻線界磁式回転電機の温度を推定することができ、巻線界磁式回転電機の所望の温度保護制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
次に本発明の実施の形態１について以下図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図、図２は本発明の実施形態１による界磁巻線温度推定方式の一つである界磁巻線温度マップの一例を示す図である。図中、実施の形態１の構成要素と類似要素には同一符号を付している。以下、車両用巻線界磁式発電電動機は発電電動機と称する。基本的な構成は１５図で説明した従来の制御装置と同じであるので説明を省略するが、図１５と異なるところは、界磁電流を検出する電流検出器３０３と、界磁電流スイッチング前のDC電圧を検出する電圧検出器３０４とを備えた点のみである。
【００１６】
前記電流検出器３０３の電流検出値If及び前記電圧検出器３０４の電圧検出値Vpnから界磁巻線温度Tfを推定するが、その温度推定方法を以下に説明する。
界磁巻線電流の時間変化は、図２に示されるように、  I(t)=I∞(1−exp(−R/L×τ))の形で表される。図２から分るように、電流Iの値が定常的な値I∞に達するには、ほぼτ≡L/Rの時間を要する。インダクタンスＬが大きい程、この立ち上り時間は長い。すなわちインダクタンスＬは回路にとって慣性の役割を持ち、τを回路の時定数という。したがって、界磁巻線の時定数τは温度により変化する界磁巻線の抵抗ＲとインダクタンスＬに依存するため、この時定数τにより変わる所定時間t1後の電流値Ifにより界磁巻線の温度Ｔを以下のように推定できる。
【００１７】
先ず、第一の方法は、界磁電流のスイッチング素子を通電状態あるいは高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間経過後の上記界磁電流IfとDC電圧Vpnとの関係を示す界磁巻線温度Tfの実測値により、界磁巻線温度マップを作成するものである。図３は上記マップの一例を示すもので、例えば界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnと、界磁電流通電開始時間から所定の時間t1経過後の界磁電流Ifとを変化させた状態での界磁巻線温度Tfを測定してマップ化し、これを制御部２０３内にＲＡＭテーブルとして保持しておく。
発電電動機動作時は、前記前記電流検出器３０３の電流検出値If、前記電圧検出器３０４の電圧検出値Vpnを制御部２０３内のＣＰＵに取り込み、ＲＡＭテーブルにアクセスして、界磁巻線温度マップから界磁巻線温度Ｔfを推定することができる。
【００１８】
次に第二の方法として、界磁巻線温度を計算式Tf＝f（Vpn、If）から推定することもできる。
すなわち、界磁巻線抵抗と界磁巻線温度の関係は一般に次式で表わされる。
Rf={(235+Tf)／(235＋20)}×Rf20・・・（１）
（１）式より変換して
Tf=255×Rf／Rf20−235・・・・・・・（２）
電圧・電流・抵抗より
Rf=(Vpn-Vbrash)／If・・・・・・・・（３）
（２）式・（３）式より  界磁巻線温度Tfを推測することができる。
【００１９】
以上のように実施の形態１によれば、界磁巻線の時定数が温度により変化する界磁巻線の抵抗とインダクタンスに依存することを利用して、この時定数により変わる所定時間後の電流値及び界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnにより界磁巻線の温度を簡単に推定したものである。これにより、サーミスタや熱電対などの温度測定専用部品や高精度な電流センサを追加することなく、回転子の界磁巻線の温度を推定することができる。なお、界磁電流を高周波で通電と非通電を繰り返すようにすることにより、界磁電流を通電したままにせず、デューティで電流を制限することができるので、大きな電流が流れることがなくエネルギーの消費を制限することができる。
【００２０】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２を図４及び図５を参照して説明する。図４は本発明の実施形態２による巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図であり、図中、実施の形態１の構成要素と類似要素には同一符号を付している。基本的な構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略するが、制御部２０３内に前記界磁電流用のスイッチング素子３０１へのデューティを演算する界磁デューティ指令演算部３０５を追加している。
【００２１】
前記電流検出器３０３の電流検出値If、前記電圧検出器３０４の電圧検出値Vpn、及び前記界磁デューティ指令演算部３０５の指令演算値Dutyより、界磁巻線温度Tfを推定するが、その温度推定方法を以下に説明する。
先ず、第一の方法は界磁電流Ifと、界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnと、界磁デュ−ティDutyの各々ポイントでの界磁巻線温度Tfから、界磁巻線温度マップを作成する。上記マップの一例を示す図５において、例えば界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpn＝８Ｖでの界磁電流Ifと界磁デュ−ティDutyとの関係における界磁巻線温度Tfを示すマップを作成し、同様にVpn＝９Ｖ、１０Ｖ・・・等想定されるあらゆる条件実測する。そしてこれを制御部２０３内にＲＡＭテーブルとして保持しておく。
【００２２】
発電電動機動作時は、前記前記電流検出器３０３の電流検出値If、前記電圧検出器３０４の電圧検出値Vpn、及び前記界磁デューティ指令演算部３０５の指令演算値Dutyを制御部２０３内のＣＰＵに取り込み、上記ＲＡＭテーブルにアクセスして、界磁巻線温度マップから界磁巻線温度Ｔfを推定することができる。
次に、第二の方法として、界磁巻線温度Tfを、計算式Tf＝f(Vpn、If、Duty)から推定する方法を説明する。
界磁巻線抵抗Rfと界磁巻線温度Tfの関係は一般に次式で表わされる。
【００２３】
Rf＝{(235+Tf)／(235+20)}×Rf20  ・・・（１）
なお、Rf20は温度２０℃における界磁巻線抵抗を示す。
（１）式より変換して    
Tf＝255×Rf／Rf20−235・・・・・・・・（２）
電圧・電流・抵抗より
Rf＝(Vpn・Duty−Vbrash)／If・・・・・・（４）
（２）式・（４）式より界磁巻線温度Tfを推測することができる。        
なお、Vbrashはブラシのドロップ電圧を示す。
【００２４】
以上のように実施の形態２のものは、界磁電流を検出する手段と、界磁電流スイッチング前のＤＣ電圧を検出する手段と、界磁電流のスイッチングのデューティを検出する手段を備えることにより、界磁電流とＤＣ電圧と界磁デューティに対するマップあるいは計算式から回転子温度を推定するようにしたものである。
以上のように本発明の実施の形態２によれば、サーミスタや熱電対などの温度測定専用部品を追加することなく、また、高精度な電流センサを追加することなく、回転子の界磁巻線の温度を推定することができる。
【００２５】
実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３を図６及び図７を参照して説明する。図６は本発明の実施形態３を示す車両用巻線界磁式発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図であり、図中、実施の形態１、２の構成要素と類似要素には同一符号を付している。基本的な構成は実施の形態１、２と同様であるので説明を省略するが、電機子巻線１０３ａと直列に挿入され電機子電流を検出する電流検出器５０１と、電機子電流スイッチング前のDC電圧を検出する電圧検出器５０２とを備えている点で相違している。
【００２６】
前記電流検出器５０１の電流検出値Is及び前記電圧検出器５０２の電圧検出値Vpnから界磁巻線温度Tsを推定するが、その温度推定方法を以下説明する。
先ず、第一の方法として、前述した方法と同じく、電機子電流のデュ−ティ比１００％通電状態もしくは、高周波で通電と非通電を繰り返す状態で、通電開始時間から所定の時間t1経過後の電機子電流Isと電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpnと電機子巻線温度Tsより、図７のような電機子巻線温度マップを作成し、これを制御部２０３内にＲＡＭテーブルとして保持しておく。
【００２７】
発電電動機動作時は、前記前記電流検出器５０１の電流検出値Is、前記電圧検出器５０２の電圧検出値Vpnを制御部２０３内のＣＰＵに取り込み、上記ＲＡＭテーブルにアクセスして、界磁巻線温度マップから界磁巻線温度Ｔfを推定することができる。
先の実施形態と同様に、第二の方法として以下のように計算式Ts＝f(Vpn、Is)により電機子巻線温度Tsを推定することもできる。
電機子巻線抵抗と電機子巻線温度の関係は次式で表わされる。
【００２８】
Rs＝{(235+Ts)／ (235+20)}×Rs20・・・（５）
（５）式より変換して
Ts＝255×Rs／Rs20−235・・・（６）
電圧・電流・抵抗より
Rs＝Vpn／Is・・・（７）
（６）式・（７）式より電機子巻線温度Tsを推測することができる。
以上のように本発明の実施の形態３によれば、サーミスタや熱電対などの温度測定専用部品を追加することなく、また、高精度な電流センサを追加することなく、回転子の界磁巻線の温度を推定することができる。
また、電機子電流を高周波で通電と非通電を繰り返すようにすることにより、電機子電流を通電したままにせず、デューティで電流を制限することができるので、大きな電流が流れることがなくエネルギーの消費を制限することができる。
【００２９】
実施の形態４
次に、本発明の実施の形態２を図８及び図９を参照して説明する。図８は本発明の実施形態４による巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図であり、図中、実施の形態３の構成要素と類似要素には同一符号を付している。基本的な構成は実施の形態３と同様であるので説明を省略するが、制御部２０３内に前記電機子電流用のスイッチング素子３０１へのデューティを演算する電機子デューティ指令演算部５０３を追加している。
【００３０】
電流検出器５０１の電流検出値Is、電圧検出器５０２の電圧検出値Vpn、及び前記界磁デューティ指令演算部５０３の指令演算値Dutyより、電機子巻線温度Tsを推定するが、その温度推定方法を以下に説明する。
先ず、第一の方法は電機子電流Isと、電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpnと、電機子デュ−ティDutyの各々ポイントでの電機子巻線温度Tｓから、電機子巻線温度マップを作成する。上記マップの一例を示す図９において、例えば電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpn＝８Ｖでの電機子電流Ifと電機子デュ−ティDutyとの関係における電機子巻線温度Tfを示すマップを作成し、同様にVpn＝９Ｖ、１０Ｖ・・・等想定されるあらゆる条件で実測する。そしてこれを制御部２０３内にＲＡＭテーブルとして保持しておく。
【００３１】
発電電動機動作時は、前記前記電流検出器５０１の電流検出値Is、前記電圧検出器５０２の電圧検出値Vpn、及び前記電機子デューティ指令演算部５０３の指令演算値Dutyを制御部２０３内のＣＰＵに取り込み、ＲＡＭテーブルにアクセスして、電機子巻線温度マップから電機子巻線温度Ｔsを推定することができる。
また、電機子巻線温度Ｔsを計算式Ts＝f（Vpn、Is、Duty）から推定することもできる。すなわち、電機子巻線抵抗と電機子巻線温度の関係は次式で表わされる。
【００３２】
Rs＝{(235+Ts)／(235+20)}×Rs20・・・（５）
（５）式より変換して
Ts＝255×Rs／Rs20−235・・・・・・・（６）
電圧・電流・抵抗より
Rs＝(Vpn×Duty)／Is・・・・・・・・・（８）
（６）式・（８）式より電機子巻線温度Tsを推測することができる。
ただし、  Rs：電機子巻線抵抗、Rs20：電機子巻線抵抗(at20℃)  とする。
【００３３】
以上のように実施の形態４のものは、電機子電流を検出する手段と、電機子電流スイッチング前のＤＣ電圧を検出する手段と、電機子電流のスイッチングのデューティを検出する手段を備えることにより、電機子電流とＤＣ電圧と電機子デューティに対するマップあるいは計算式から回転子温度を推定するようにしたものである。
これにより、サーミスタや熱電対などの温度測定専用部品や高精度な電流センサを追加することなく、回転子の電機子巻線の温度を推定することができるので、回転子の温度によってアイドリングストップの禁止判定を実施したり、また、電機子コイル温度を知ることにより当該コイルがある温度以上に上昇しないように電流制御して、皮膜劣化による短絡や接続部のハンダ溶融や絶縁用樹脂の溶融を防ぐことができる。
【００３４】
実施の形態５
本発明の実施の形態５を図１０により説明する。実施の形態３の構成要素と類似要素には同符号を付している。実施の形態３の回路と異なるところは、電機子電流を検出する電流検出器５０１に代えて、界磁巻線に流れる回転子電流を検出する電流検出器３０３を用いる点である。電機子電流スイッチング前のDC電圧を検出する電圧検出器５０２と上記電流検出器３０３の検出値より以下のように界磁巻線温度を推定する。
【００３５】
先ず、第一の界磁巻線温度の推定方法は、発電電動機が停止状態中に電機子巻線に電流を通電することにより誘起されて界磁巻線に流れる回転子電流Ifを電流検出器３０３により検出すると共に、電機子電流スイッチング前のDC電圧Vpnを電圧検出器５０２により検出することにより、電機子電流のスイッチング素子を高周波で通電と非通電を繰り返す状態とした時の通電開始時間から所定の時間t1経過後の回転子電流IfとDC電圧Vpnより、回転子巻線温度Tfを導出できるマップを作成する。回転子巻線の温度Tfを回転子巻線温度マップより推定することが可能となる。
【００３６】
第２の方法として、回転子巻線温度Tfを以下のように、計算式Tf＝f(Vpn、If)から推定することもできる。
回転子巻線抵抗と電機子巻線温度の関係は次式で表わされる
Rf＝{(235+Tf)／(235+20)}×Rf20・・・（１）
（１）式より変換して
Tf＝255×Rf／Rf20−235・・・（２）
電圧・電流・抵抗より
Rf＝Vpn／If・・・（９）
上記（２）式・（９）式より回転子巻線温度Tfを推測することができる。
【００３７】
実施の形態６
本発明の実施の形態６を図１１乃至図１４により説明する。基本的な構成は実施の形態４と同様であるので説明を省略するが、実施の形態４の構成要素と類似要素には同符号を付している。本発明の実施の形態６は、図１１から明らかなように、回転速度Nを検出する回転検出器１０４と、相電圧Vuを検出する電圧検出器５０４と、界磁電流スイッチング前のDC電圧Vpnを検出する電圧検出器５０２と、前記界磁電流用のスイッチング素子３０１へのデューティを演算する制御部２０３内の界磁デューティ指令演算部３０５とから構成されており、これら、前記回転速度・誘起電圧・電圧検出値・指令演算値より界磁巻線温度Tfを推定するものである。
【００３８】
なお、図１２は、回転速度N、誘起電圧Vumax、界磁電流Ifの関係を表わした図である。回転速度Nと誘起電圧VumaxとDC電圧Vpnと界磁デューティDの検出値から、界磁巻線温度マップ（図１３参照）もしくは界磁巻線電流マップ（図１４参照）を作成する。先の実施の形態１〜５と同様に、発電電動機動作時は界磁巻線電流Ifもしく界磁巻線温度Tfをマップより推定することができる。
また、以下のようにして界磁巻線電流Ifや界磁巻線温度Tfを計算式Tf＝f(Vpn、If、Duty)から推定することもできる。
【００３９】
回転子巻線抵抗と回転子巻線温度の関係は次式で表わされる
Rf＝{(235+Tf)／(235+20)}×Rf20  ・・・（１）
（１）式より変換して    
Tf＝255×Rf／Rf20−235・・・（２）
電圧・電流・抵抗より
Rf＝Vpn×Duty／If・・・（１０）
ここで、If：回転速度N、誘起電圧Vumaxより、界磁巻線電流マップで推定
【００４０】
（２）式・（１０）式より  界磁巻線温度Tfを推測することができる。
なお、温度推定を行うときの界磁デューティDは、回転速度Nと電圧Vpnによって、相電圧Vumaxがバッテリ電圧を超えないように設定されている必要がある。
以上説明したように、この実施の形態６によれば、サーミスタや熱電対などの温度測定専用部品を追加することなく、また、高精度な電流センサを追加することなく、回転子の界磁巻線の温度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１を示す車両用巻線界磁式発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図２】電流の時間変化を表わした図である。
【図３】本発明の実施形態１による界磁巻線温度推定方式である界磁巻線温度マップの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態２による界磁巻線温度推定方式である界磁巻線温度マップの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図７】本発明の実施形態３による電機子巻線温度推定方式である電機子巻線温度マップの一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図９】本発明の実施形態４による電機子巻線温度推定方式である電機子巻線温度マップの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態５になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態６になる巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置における温度推定装置を示す回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態６における回転速度N、誘起電圧Vumax、界磁電流Ifの関係を表わした図である。
【図１３】本発明の実施形態６による回転子巻線温度推定方式である回転子巻線温度マップの一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態６による回転子巻線温度推定方式である界磁巻線電流マップの一例を示す図である。
【図１５】従来周知の巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１６】上記巻線界磁式車両用発電電動機の制御装置におけるデュ−ティ比を示すオン・オフ指令の電圧印加状態を表わした図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００    発電電動機、    １０２a    界磁巻線、    １０３a    三相電機子巻線、  
１０４    回転センサ、      ２００    電力変換部、  
２０１a〜２０１c、２０２a〜２０２c    電力変換用スイッチング素子、
３０１    界磁巻線電流用スイッチング素子、
３０２    フライホイールダイオ−ド、    ３０３    電流検出器、
３０４    電圧検出器、    ３０５    界磁デューティ指令演算部、
５０１    電流検出器、    ５０２    電圧検出器、    
５０３    電機子デューティ指令演算部
【図１】
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【図２】
2007166827.tif 000004
【図３】
2007166827.tif 000005
【図４】
2007166827.tif 000006
【図５】
2007166827.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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