JP6614798B2 - 回転電機の温度制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の温度制御装置に関する。

従来、電動機を冷却する電動冷却ファンの運転有無を、熱モデルに基づく巻線温度推定値が温度設定値以上であるか否かに応じて切り替える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３２７９０４２号公報

しかしながら、上記従来技術に係る制御方法によれば、巻線温度推定値が温度設定値以上である場合に電動冷却ファンを駆動させ、巻線温度推定値が温度設定値未満である場合に電動冷却ファンを停止させるので、電動機の温度を適正に制御することができない場合がある。電動冷却ファンのオンおよびオフを切り替えるだけでは、電動機の温度を所望の温度（温度設定値など）に維持することが困難であり、過剰な冷却または温度上昇が生じる虞があり、電動冷却ファンの消費エネルギーを削減することができず、運転効率が低下するという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回転電機の冷却に要する消費エネルギーの増大を抑制し、冷媒を供給するポンプの運転効率を向上させることが可能な回転電機の温度制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る回転電機の温度制御装置は、回転電機（例えば、実施形態での駆動用モータ１１および発電用モータ１２）の所定部品（例えば、実施形態でのコイル２１、ステータコア２２ａ、磁石２３、およびロータヨーク２４ａ）を冷却する冷媒を前記回転電機に供給する冷媒供給部（例えば、実施形態での冷媒循環部１４）と、前記冷媒供給部から前記回転電機に供給される前記冷媒を、前記冷媒供給部および前記回転電機を含む循環経路（例えば、実施形態での冷媒流路１４ａおよび迂回流路１４ｈ）内で循環させるポンプ（例えば、実施形態での電動ポンプ１４ｅ）と、前記ポンプによって前記回転電機に供給される前記冷媒の供給量を制御する制御部（例えば、実施形態での制御装置１７）と、を備え、前記制御部は、前記回転電機の銅損、鉄損および渦電流損の発熱量を算出する発熱量算出部（例えば、実施形態での発熱量算出部５１）と、前記冷媒の温度と前記回転電機の回転数とに基づいてコイル（例えば、実施形態でのコイル２１）の放熱量を算出する抜熱量算出部（例えば、実施形態での抜熱量算出部５２）と、前記回転電機の発熱量に基づいて、前記回転電機の温度変化を推定する部位温度算出部（例えば、実施形態での部位温度算出部５３）と、推定した前記回転電機の温度変化に基づいて、前記回転電機の温度が所定温度を上回らないように前記ポンプによる前記冷媒の供給量を制御する通電制御部（例えば、実施形態での通電制御部５４）と、を有する。

（２）上記（１）に記載の回転電機の温度制御装置では、前記制御部は、前記回転電機の運転点に基づいて、前記回転電機の発熱量を取得してもよい。

（３）上記（２）に記載の回転電機の温度制御装置では、前記制御部は、前記回転電機の現在の運転点に基づいて、前記回転電機の発熱量を取得してもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の回転電機の温度制御装置では、前記制御部は、前記回転電機の運転点に基づいて、前記回転電機のコイルおよび磁石の発熱量を推定し、推定した前記発熱量に基づいて、前記コイルおよび前記磁石の温度変化を推定し、推定した前記コイルおよび前記磁石の温度変化に基づいて、前記コイルおよび前記磁石の各々の温度がそれぞれ所定の温度を上回らないように前記ポンプによる前記冷媒の供給量を制御してもよい。
（５）上記（１）から（４）の何れか１つに記載の回転電機の温度制御装置では、前記発熱量算出部は、前記回転電機に印加される印加電圧と、前記回転電機の回転数と、前記回転電機のトルクと、各種のデータと、に基づいて、鉄損および渦電流損を取得し、前記各種のデータは、前記印加電圧、前記回転数、および前記トルクと、前記コイル及び磁石の少なくとも一方の渦電流損と、の相互関係を示すマップのデータであるとしてもよい。

（６）上記（１）に記載の回転電機の温度制御装置では、前記制御部は、前記回転電機の運転履歴に基づいて、前記回転電機の温度変化を予測してもよい。

上記（１）に記載の態様に係る回転電機の温度制御装置によれば、回転電機の発熱量に対して適切な供給量の冷媒を供給することができる。これにより回転電機の所定部品に対して維持したい温度または上回らないようにしたい温度を確保するように、回転電機の温度を適切に制御することができ、ポンプの運転効率の低下を抑制することができる。
また、回転電機の発熱量に基づいて、回転電機の今後の温度変化を推定することができるので、回転電機の温度変化に対して応答性良く冷媒を供給することができる。これにより、例えば、回転電機の温度上昇を打ち消すように冷媒を供給することによって、回転電機の所定部品を適正に冷却することができる。

さらに、上記（２）の場合、回転電機のトルクおよび回転数によって定められる運転点に基づいて回転電機の発熱量を取得することができるので、回転電機の制御に用いるトルクおよび回転数などの検出パラメータに基づいて容易に発熱量を取得することができる。

さらに、上記（３）の場合、回転電機の現在の運転点に基づいて回転電機の発熱量を取得することができるので、回転電機の制御に用いる現在のトルクおよび回転数などの検出パラメータに基づいて容易に発熱量を取得することができる。

さらに、上記（４）の場合、コイルおよび磁石の各々で温度上昇が増大する運転点が異なる場合であっても、コイルおよび磁石の各々の温度変化を推定して、それぞれ所定の温度を上回らないようにすることができるので、回転電機を適切に保護しながら、ポンプの運転効率の低下を防ぐことができる。

さらに、上記（６）の場合、回転電機の温度変化の予測精度を向上させることができ、予測した温度変化を用いてポンプによる冷媒の供給量を規制するので、ポンプの運転効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置における駆動用モータの一部の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置の冷媒流路を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置の熱モデルを模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置における駆動用モータの運転特性における運転点を模式的に示す図である。 図７に示す部位温度予測処理を示すフローチャートである。 図７に示すポンプ必要出力算出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る回転電機の温度制御装置における電動ポンプの出力と駆動用モータの部位の温度との対応関係の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る回転電機の温度制御装置および回転電機の巻線温度推定方法について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による回転電機の温度制御装置１０は、例えばハイブリッド車両または電動車両などの車両１に搭載されている。車両１は、図１に示すように、駆動用モータ（Ｍ）１１、発電用モータ（Ｇ）１２、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１３、冷媒循環部１４、電力変換部１５、バッテリ１６、および制御装置１７を備えている。

駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、例えば３相交流のブラシレスＤＣモータなどである。駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、トランスミッション１３に接続された回転軸を備えている。発電用モータ１２の回転軸は、後述する冷媒循環部１４の機械式ポンプ１４ｃに連結されている。
駆動用モータ１１は、図２に示すように、コイル２１を有するステータ２２と、磁石２３を有するロータ２４とを備えている。駆動用モータ１１は、インナーロータ型であり、円筒状のステータ２２の内部にロータ２４を備えている。
コイル２１は、例えばＳＣ（セグメントコンダクタ）巻線などである。コイル２１は、ステータコア２２ａの隣り合うティース間に形成されるスロットに装着されている。コイル２１は、後述する電力変換部１５に接続されている。

ステータコア２２ａの外形は、円筒形状に形成されている。ステータコア２２ａは、径方向の内周部に複数のティースを備えている。複数のティースの各々は、ステータコア２２ａの内周部において、周方向に所定間隔をおいて内周側に突出している。ステータコア２２ａの内周部にはステータコア２２ａを回転軸方向に貫通する複数のスロットが設けられている。各スロットは、周方向で隣り合うティースの間に形成されている。各スロットは、ステータコア２２ａの径方向に内周側から外周側に向かって放射状に延びるように形成されている。

コイル２１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルである。コイル２１は、複数のセグメントコイルを備えている。各セグメントコイルは、断面形状が長方形状の複数の導線を備えている。複数の導線は、例えば平角線である。複数の導線は、各導線の表面を対向させるように１列に整列して、１つの束を形成している。各セグメントコイルの外形は、各スロットの形状に応じて各スロットを隙間無く埋めるように、Ｕ字形状に形成されている。

各セグメントコイルの両端部は、周方向に所定間隔を置いた２つのスロット内にステータコア２２ａの軸方向から挿入されている。各セグメントコイルの端部は、各スロット内から軸方向の外部に突出して、周方向に捩り曲げられている。複数のスロット内から外部に突出する複数の端部のうちで所定の組み合わせの端部同士は、ＴＩＧ溶接などによって接合されている。複数のスロットに挿入される複数のセグメントコイルの端部は、周方向に順次、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相、…の順に配列されている。

磁石２３は、例えば永久磁石などである。磁石２３は、ロータヨーク２４ａを回転軸２４ｃの軸方向の両側から挟み込む一対の端面板２４ｂとは直接に接触しないように、ロータヨーク２４ａの内部に保持されている。
発電用モータ１２は、例えば、駆動用モータ１１と同一の構成を備えている。

トランスミッション１３は、例えばＡＴ（オートマチックトランスミッション）などである。トランスミッション１３は、図１に示すように、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々と駆動輪Ｗとに接続されている。トランスミッション１３は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々と駆動輪Ｗとの間の動力伝達を制御する。

冷媒循環部１４は、図３に示すように、冷媒が循環する冷媒流路１４ａ、冷媒を冷却する冷却器１４ｂ、冷媒を循環させる機械式ポンプ１４ｃ、制御バルブ１４ｄ、および電動ポンプ１４ｅを備えている。冷媒循環部１４は、例えばＡＴ（オートマチックトランスミッション）のトランスミッション１３において潤滑および動力伝達などを行なう作動油を冷媒として用いている。
冷媒流路１４ａは、トランスミッション１３の内部における作動油の流路、並びに駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の内部に接続されている。冷媒流路１４ａは、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々に冷媒を吐出する吐出口１４ｆと、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の内部を流通してハウジング２５の底部に貯留される冷媒を吸入する吸入口１４ｇとを備えている。冷媒流路１４ａの吐出口１４ｆは、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の鉛直方向上方に配置されている。冷媒流路１４ａの吸入口１４ｇは、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の鉛直方向下方に設けられるハウジング２５の底部に配置されている。

冷却器１４ｂは、駆動用モータ１１および発電用モータ１２、並びにトランスミッション１３の外部において、冷媒流路１４ａに設けられている。冷却器１４ｂは、例えばラジエータなどであって、車両走行時の走行風などの冷却風との熱交換によって冷媒流路１４ａ内の冷媒を冷却する。
機械式ポンプ１４ｃは、冷媒流路１４ａにおける吸入口１４ｇの近傍に配置されている。機械式ポンプ１４ｃは、例えばトロコイド型のポンプである。機械式ポンプ１４ｃは、発電用モータ１２の回転軸に連結され、発電用モータ１２の駆動力を受けて作動する。機械式ポンプ１４ｃは、発電用モータ１２の駆動によって吸引力を発生し、冷媒流路１４ａの吸入口１４ｇから冷媒を吸引するとともに冷媒流路１４ａ内の冷媒を吐出口１４ｆに向かい流動させる。
制御バルブ１４ｄは、冷媒流路１４ａにおいて冷却器１４ｂと、機械式ポンプ１４ｃおよび電動ポンプ１４ｅとの間に配置されている。制御バルブ１４ｄは、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、冷媒流路１４ａ内の冷媒の流量および圧力などを制御する。

電動ポンプ１４ｅは、冷媒流路１４ａにおいて機械式ポンプ１４ｃを迂回するように分岐する迂回流路１４ｈに設けられている。電動ポンプ１４ｅは、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、電力変換部１５から供給される電力によって作動する。電動ポンプ１４ｅは、機械式ポンプ１４ｃとは独立して吸引力を発生し、冷媒流路１４ａの吸入口１４ｇから冷媒を吸引するとともに冷媒流路１４ａ内の冷媒を、迂回流路１４ｈを経由して吐出口１４ｆに向かい流動させる。

冷媒流路１４ａおよび迂回流路１４ｈの各々において、機械式ポンプ１４ｃおよび電動ポンプ１４ｅの下流には、相互間での冷媒の逆流を防ぐためのチェックバルブ１４ｋが設けられている。

冷媒循環部１４は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々に対して、機械式ポンプ１４ｃまたは電動ポンプ１４ｅの作動に伴い、冷媒流路１４ａの吐出口１４ｆからコイル２１のコイルエンド（ステータコア２２ａのスロット２２ｃから軸方向外方に突出する部位）に向かって冷媒を吐出する。冷媒は、重力の作用によってコイル２１のコイルエンドおよびステータコア２２ａの表面上を鉛直方向下方に流動する。冷媒は、重力の作用によってステータ２２とロータ２４との間の空隙を介して、コイル２１のコイルエンドまたはステータコア２２ａから端面板２４ｂに滴下されるように鉛直方向下方に流動する。ステータ２２から端面板２４ｂの表面に滴下された冷媒（滴下冷媒）は、ロータ２４の回転による遠心力および重力の作用によって端面板２４ｂの表面上を端面板２４ｂの外部に向かって流動する。端面板２４ｂから外部に流出した滴下冷媒は、重力の作用によってハウジング２５の底部の冷媒貯留部に流動する。
冷媒循環部１４は、冷媒貯留部に貯留している冷媒を、機械式ポンプ１４ｃまたは電動ポンプ１４ｅの吸引によって吸入口１４ｇから冷媒流路１４ａに吸入し、冷却器１４ｂによって冷却する。これにより冷媒循環部１４は、冷却器１４ｂにおいて冷却風との熱交換によって冷却された冷媒によって、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々のステータ２２およびロータ２４を冷却する。冷媒循環部１４は、図４に示すように、吐出口１４ｆから排出される冷媒によってコイル２１と磁石２３とを冷却する。
なお、冷媒循環部１４は、より詳細には、コイル２１のコイルエンドおよびステータコア２２ａを直接的に冷却する。さらに、冷媒循環部１４は、ステータ２２から端面板２４ｂに滴下される滴下冷媒によって端面板２４ｂを直接的に冷却するとともに、滴下冷媒によって端面板２４ｂを介して間接的に、順次、ロータヨーク２４ａと、磁石２３とを冷却する。

電力変換部１５は、図１に示すように、バッテリ１６の出力電圧を昇圧する昇圧器３１と、発電用モータ１２の通電を制御する第１パワードライブユニット（ＰＤＵ１）３２と、駆動用モータ１１の通電を制御する第２パワードライブユニット（ＰＤＵ２）３３とを備えている。さらに、電力変換部１５は、冷媒循環部１４の電動ポンプ１４ｅへの給電を制御する通電制御回路などを備えている。
昇圧器３１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータなどを備えている。昇圧器３１は、バッテリ１６と、第１および第２パワードライブユニット３２，３３との間に接続されている。昇圧器３１は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、バッテリ１６の出力電圧を昇圧することによって、第１および第２パワードライブユニット３２，３３への印加電圧を生成する。昇圧器３１は、バッテリ１６の出力電圧の昇圧によって生成した印加電圧を、第１および第２パワードライブユニット３２，３３に出力する。
第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、例えばインバータ装置などを備えている。第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、インバータ装置として、例えば、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）を複数用いてブリッジ接続して成るブリッジ回路と平滑コンデンサとを備えている。第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、昇圧器３１の直流出力電力を３相交流電力に変換する。第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、発電用モータ１２および駆動用モータ１１の各々への通電を順次転流させるように、３相の交流電流を３相のコイル２１の各々に通電する。

制御装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの各種の記憶媒体と、タイマーとなどの電子回路により構成されている。制御装置１７は、トランスミッション１３および電力変換部１５を制御するための制御信号を出力する。制御装置１７は、電圧センサ４１、第１電流センサ４２、第２電流センサ４３、第１回転数センサ４４、第２回転数センサ４５、トルクセンサ４６、および冷媒温度センサ４７に接続されている。

電圧センサ４１は、昇圧器３１から第１および第２パワードライブユニット３２，３３の各々に印加される印加電圧を検出する。第１電流センサ４２は、第１パワードライブユニット３２と発電用モータ１２の各コイル２１との間に流れる交流電流（相電流）を検出する。第２電流センサ４３は、第２パワードライブユニット３３と駆動用モータ１１の各コイル２１との間に流れる交流電流（相電流）を検出する。第１回転数センサ４４は、駆動用モータ１１の回転軸の回転角度を逐次検出することによって、駆動用モータ１１の回転数を検知する。第２回転数センサ４５は、発電用モータ１２の回転軸の回転角度を逐次検出することによって、発電用モータ１２の回転数を検知する。トルクセンサ４６は、駆動用モータ１１のトルクを検出する。冷媒温度センサ４７は、冷媒流路１４ａにおいて冷却器１４ｂから出力される冷媒の温度（冷却器通過後の冷媒温度）を検出する。

制御装置１７は、図１に示すように、発熱量算出部５１と、抜熱量算出部５２と、部位温度算出部５３と、通電制御部５４と、記憶部５５とを備えている。
発熱量算出部５１は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、所定の部位の損失による発熱量を算出する。発熱量算出部５１は、例えば、駆動用モータ１１において、３相のコイル２１の銅損および渦電流損、ステータコア２２ａの鉄損、磁石２３の渦電流損、およびロータヨーク２４ａの鉄損の各々の発熱量を算出する。
発熱量算出部５１は、第２電流センサ４３により検出される駆動用モータ１１の３相の相電流と、予め記憶部５５に記憶している３相のコイル２１の抵抗値とに基づいて、３相のコイル２１の銅損を算出する。

発熱量算出部５１は、電圧センサ４１により検出される印加電圧と、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数と、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクと、各種のデータとに基づいて、鉄損および渦電流損を取得する。各種のデータは、予め記憶部５５に記憶されている。各種のデータは、印加電圧、回転数、およびトルクと、コイル２１または磁石２３の渦電流損との相互関係を示すマップなどのデータである。各種のデータは、印加電圧、回転数、およびトルクと、ステータコア２２ａまたはロータヨーク２４ａの鉄損との相互関係を示すマップなどのデータである。発熱量算出部５１は、各センサ４１，４４，４６により検出される印加電圧、回転数、およびトルクを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、コイル２１および磁石２３の渦電流損、並びにステータコア２２ａおよびロータヨーク２４ａの鉄損を取得する。

抜熱量算出部５２は、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度と、第２回転数センサ４５により検出される発電用モータ１２の回転数とに基づいて、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、冷媒と熱交換する所定の部位の抜熱量（放熱量）を算出する。
部位温度算出部５３は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、冷媒と熱交換する所定の部位の温度を推定する。部位温度算出部５３は、発熱量算出部５１により算出される部位の損失による発熱量と、抜熱量算出部５２により算出される部位の抜熱量（放熱量）とに基づいて、部位の温度を算出する。

抜熱量算出部５２は、例えば、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度と、第２回転数センサ４５により検出される発電用モータ１２の回転数とに基づいて、コイル２１の抜熱量（放熱量）を算出する。
より詳細には、抜熱量算出部５２は、第２回転数センサ４５により検出される発電用モータ１２の回転数に応じて、冷媒循環部１４で循環する冷媒の流量を取得する。抜熱量算出部５２は、発電用モータ１２の回転数および冷媒の流量の相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。抜熱量算出部５２は、第２回転数センサ４５により検出される回転数を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、冷媒の流量を算出する。抜熱量算出部５２は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、前回の処理で算出した各種温度（例えば、ステータコア２２ａの温度およびコイル２１の温度）とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、コイル２１から冷媒に放熱される放熱量を算出する。記憶部５５は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、前回の処理で算出した各種温度と、コイル２１の放熱量との相互関係を示すデータを予め記憶している。
抜熱量算出部５２は、コイル２１の銅損および渦電流損と、コイル２１の抜熱量（放熱量）とに基づいて、コイル２１の受熱量を算出する。

部位温度算出部５３は、抜熱量算出部５２によって算出されるコイル２１の受熱量と、予め記憶部５５に記憶しているコイル２１の熱容量とに基づいて、コイル２１の温度変化を算出する。部位温度算出部５３は、前回の処理で推定したコイル２１の温度と、コイル２１の温度変化とに基づいて、今回の処理で推定されるコイル２１の温度を算出する。

また、抜熱量算出部５２は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、コイル２１の温度と、ステータコア２２ａの温度とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、滴下冷媒の受熱量を算出する。記憶部５５は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、コイル２１の温度と、ステータコア２２ａの温度と、滴下冷媒のコイル２１およびステータコア２２ａからの受熱量との相互関係を示すデータを予め記憶している。
部位温度算出部５３は、抜熱量算出部５２によって算出される滴下冷媒のコイル２１およびステータコア２２ａからの受熱量と、予め記憶部５５に記憶している冷媒の熱容量とに基づいて、滴下冷媒の温度変化を算出する。部位温度算出部５３は、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度と、滴下冷媒の温度変化とに基づいて、今回の処理で推定される滴下冷媒の温度を算出する。

なお、ステータコア２２ａの温度は、ステータコア２２ａの受熱量と予め記憶部５５に記憶しているステータコア２２ａの熱容量とに基づくステータコア２２ａの温度変化と、前回の処理で推定したステータコア２２ａの温度とに基づいて算出される。抜熱量算出部５２は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、前回の処理で算出された各種温度（例えば、ステータコア２２ａの温度およびコイル２１の温度）とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、ステータコア２２ａの放熱量を算出する。記憶部５５は、冷媒の流量と、冷却器通過後の冷媒温度と、前回の処理で算出された各種温度と、ステータコア２２ａの放熱量との相互関係を示すデータを予め記憶している。抜熱量算出部５２は、ステータコア２２ａの鉄損と、ステータコア２２ａの抜熱量（放熱量）とに基づいて、ステータコア２２ａの受熱量を算出する。部位温度算出部５３は、ステータコア２２ａの受熱量と、予め記憶部５５に記憶しているステータコア２２ａの熱容量とに基づいて、ステータコア２２ａの温度変化を算出する。部位温度算出部５３は、前回の処理で推定したステータコア２２ａの温度と、ステータコア２２ａの温度変化とに基づいて、今回の処理で推定されるステータコア２２ａの温度を算出する。

抜熱量算出部５２は、冷媒の流量と、滴下冷媒の温度と、前回の処理で算出した各種温度（例えば、端面板２４ｂ、ロータヨーク２４ａ、および磁石２３の各々の温度）とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、磁石２３から冷媒に放熱される放熱量を算出する。記憶部５５は、冷媒の流量と、滴下冷媒の温度と、前回の処理で算出した各種温度と、磁石２３の放熱量との相互関係を示すデータを予め記憶している。
抜熱量算出部５２は、磁石２３の渦電流損と、磁石２３の抜熱量（放熱量）とに基づいて、磁石２３の受熱量を算出する。
部位温度算出部５３は、抜熱量算出部５２によって算出される磁石２３の受熱量と、予め記憶部５５に記憶している磁石２３の熱容量とに基づいて、磁石２３の温度変化を算出する。部位温度算出部５３は、前回の処理で推定した磁石２３の温度と、磁石２３の温度変化とに基づいて、今回の処理で推定される磁石２３の温度を算出する。

通電制御部５４は、部位温度算出部５３により算出された部位の温度に基づいて、電力変換部１５を制御するための制御信号を出力することによって、冷媒循環部１４の電動ポンプ１４ｅの作動を制御する。通電制御部５４は、例えば、部位温度算出部５３により算出された部位の温度が、所定の動作開始温度以上である場合には、電動ポンプ１４ｅの必要出力を算出して、算出した必要出力に応じた電動ポンプ１４ｅの作動開始を指示する。そして、通電制御部５４は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、部位の温度変化を予測し、部位の温度が所定温度を上回らないように電動ポンプ１４ｅによる冷媒の供給量を制御する。通電制御部５４は、例えば、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の運転履歴に基づいて、部位の温度変化を予測する。通電制御部５４は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、運転特性における運転点と各部位の温度変化との対応関係の履歴を記憶部５５に記憶する。

また、通電制御部５４は、部位温度算出部５３により算出された部位の温度に基づいて、トランスミッション１３および電力変換部１５を制御するための制御信号を出力することによって、駆動用モータ１１および発電用モータ１２を制御する。通電制御部５４は、例えば、部位温度算出部５３により算出された部位の温度が所定の出力制限温度以上である場合には、駆動用モータ１１の許容トルク上限を算出する。そして、通電制御部５４は、駆動用モータ１１のトルクを許容トルク上限以下にすることを指示する制御信号を電力変換部１５に出力する。

本実施の形態による回転電機の温度制御装置１０は上記構成を備えており、次に、この回転電機の温度制御装置１０の動作について説明する。
以下に、制御装置１７が、駆動用モータ１１の部位の温度に基づいて、冷媒循環部１４の電動ポンプ１４ｅの作動開始を指示する処理について説明する。

先ず、制御装置１７は、図５に示すように、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクと、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数とを取得する（ステップＳ０１）。これにより制御装置１７は、図６に示すように、駆動用モータ１１の運転特性における現在の運転点を取得する。制御装置１７は、例えば、現在の運転点（トルクＴａかつ回転数Ｎａ）が、高トルクかつ低回転数の領域Ａ内に存在する場合には、コイル２１の銅損による発熱量が大きくなる状態であると判定する。制御装置１７は、例えば、現在の運転点（トルクＴｂかつ回転数Ｎｂ）が、低トルクかつ高回転数の領域Ｂ内に存在する場合には、磁石２３の渦電流損による発熱量が大きくなる状態であると判定する。

次に、制御装置１７は、発熱量算出部５１によって、駆動用モータ１１の部位（例えば、コイル２１、ステータコア２２ａ、磁石２３、およびロータヨーク２４ａなど）の損失による発熱量を算出する（ステップＳ０２）。
次に、制御装置１７は、抜熱量算出部５２によって、駆動用モータ１１の部位（例えば、コイル２１、ステータコア２２ａ、および磁石２３など）の冷媒による抜熱量（放熱量）を算出する（ステップＳ０３）。
次に、制御装置１７は、部位温度算出部５３によって、駆動用モータ１１の部位の損失による発熱量および部位の抜熱量（放熱量）に基づいて、今回の処理で推定される部位の温度（例えば、コイル２１の温度および磁石２３の温度）を算出する（ステップＳ０４）。

次に、制御装置１７は、算出した部位の温度が所定の動作開始温度未満か否かを判定する（ステップＳ０５）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ０５のＹＥＳ側）、制御装置１７は、処理をステップＳ０１に戻す。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ０５のＮＯ側）、制御装置１７は、処理をステップＳ０６に進める。

そして、制御装置１７は、通電制御部５４によって、駆動用モータ１１の部位の温度変化を予測する（ステップＳ０６）。
次に、制御装置１７は、通電制御部５４によって、駆動用モータ１１の部位の温度変化の予測に基づいて、電動ポンプ１４ｅの必要出力を算出する（ステップＳ０７）。
次に、制御装置１７は、通電制御部５４によって、電動ポンプ１４ｅの必要出力に応じた出力指令を出力する。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

以下に、上述したステップＳ０６の部位温度予測の処理について説明する。
先ず、制御装置１７は、図７に示すように、駆動用モータ１１の運転特性における現在の運転点に基づいて、駆動用モータ１１の部位（例えば、コイル２１、ステータコア２２ａ、磁石２３、およびロータヨーク２４ａなど）の損失による発熱量の変化を予測する（ステップＳ２１）。制御装置１７は、例えば、記憶部５５に逐次に記憶する車両１の運転履歴のデータにおいて、駆動用モータ１１の運転点と、駆動用モータ１１の部位の損失による発熱量の変化とを対応付けている。
次に、制御装置１７は、予測した駆動用モータ１１の部位の発熱量の変化と、今回の処理で推定された部位の温度とに基づいて、部位の温度（例えば、コイル２１の温度および磁石２３の温度）の変化を予測する（ステップＳ２２）。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

以下に、上述したステップＳ０７ポンプ必要出力算出処理について説明する。
先ず、制御装置１７は、図８に示すように、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度を取得する（ステップＳ３１）。
次に、制御装置１７は、第２回転数センサ４５により検出される回転数を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、冷媒の流量を取得する（ステップＳ３２）。
次に、制御装置１７は、予測した部位の温度（例えば、コイル２１の温度および磁石２３の温度）の変化に基づいて、駆動用モータ１１のステータ２２およびロータ２４の予測発熱量（必要冷媒抜熱量）を取得する（ステップＳ３３）。なお、記憶部５５は、予測される部位の温度の変化と、駆動用モータ１１の必要冷媒抜熱量との対応関係を示すデータを予め記憶している。
次に、制御装置１７は、冷却器通過後の冷媒温度と、冷媒の流量と、必要冷媒抜熱量とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、部位の温度がそれぞれ所定の温度を上回らないようにするために必要となる冷媒の流量（必要冷媒流量）を取得する（ステップＳ３４）。なお、記憶部５５は、冷却器通過後の冷媒温度と、冷媒の流量と、必要冷媒抜熱量と、必要冷媒流量との対応関係を示すデータを予め記憶している。
次に、制御装置１７は、冷却器通過後の冷媒温度と、必要冷媒流量とを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、電動ポンプ１４ｅの必要出力を取得する（ステップＳ３５）。なお、記憶部５５は、冷却器通過後の冷媒温度と、必要冷媒流量と、必要出力との対応関係を示すデータを予め記憶している。制御装置１７は、例えば、電動ポンプ１４ｅの必要出力に応じて制御信号のＯＮ／ＯＦＦのデューティを変化させるデューティ制御によって、電動ポンプ１４ｅを作動させる。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

制御装置１７の通電制御部５４は、電動ポンプ１４ｅの必要出力に応じたデューティ制御によって電動ポンプ１４ｅの出力を変化させるので、駆動用モータ１１の部位の温度は、図９に示すように、それぞれ所定の温度（上限温度）を上回らないように緩やかに変化する。通電制御部５４は、例えば、駆動用モータ１１の駆動力により車両１を走行させる時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間の中で駆動用モータ１１の部位の温度が所定のＯＮ／ＯＦＦ閾値（動作開始温度）以上となる時刻ｔ２から時刻ｔ３において電動ポンプ１４ｅを作動させる。通電制御部５４は、駆動用モータ１１における部位の温度の変化を予測して、電動ポンプ１４ｅの必要出力を取得するので、必要最小限の出力によって駆動用モータ１１の部位の温度を上限温度以下でほぼ一定の温度に維持することができる。

上述したように、本実施形態による回転電機の温度制御装置１０によれば、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々における所定の部位の発熱量に対して適切な供給量の冷媒を供給することができる。これにより駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の所定部品に対して維持したい温度または上回らないようにしたい温度を確保するように、各部位の温度を適切に制御することができ、電動ポンプ１４ｅの運転効率の低下を抑制することができる。

さらに、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々のトルクおよび回転数によって定められる現在の運転点に基づいて所定の部位の発熱量を取得することができる。これにより駆動用モータ１１および発電用モータ１２の制御に標準的に用いられるトルクおよび回転数などの検出パラメータに基づいて、容易に所定の部位の発熱量を取得することができる。
さらに、所定の部位の発熱量に基づいて、今後の温度変化を予測することができるので、各部位の温度変化に対して応答性良く冷媒を供給することができる。これにより、例えば、各部位に予測される温度上昇を打ち消すように冷媒を供給することによって、所定の部品を適正に冷却することができる。

さらに、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、コイル２１および磁石２３などの各部位で温度上昇が増大する運転点が異なる場合であっても、各部位の温度変化を予測して、それぞれ所定の温度を上回らないようにすることができる。これにより駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々を適切に保護しながら、電動ポンプ１４ｅの運転効率の低下を防ぐことができる。なお、この際、コイル２１および磁石２３の耐熱性または冷却特性に応じて、コイル２１および磁石２３に対して異なる上限温度（コイル上限温度および磁石上限温度）を設定すること、または冷媒供給における異なるＯＮ／ＯＦＦ閾値を設定することも可能である。

さらに、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の運転履歴に基づいて、各部位の温度変化を予測するので、長期的な温度変化の予測精度を向上させることができる。予測した温度変化を用いて電動ポンプ１４ｅによる冷媒の供給量を規制するので、電動ポンプ１４ｅの運転効率の低下を抑制することができる。

なお、上述した実施形態においては、制御装置１７が、駆動用モータ１１の部位の温度に基づいて、冷媒循環部１４の電動ポンプ１４ｅの作動開始を指示するとしたが、これに限定されない。制御装置１７は、発電用モータ１２の部位の温度に基づいて、電動ポンプ１４ｅの作動開始を指示してもよい。

なお、上述した実施形態においては、制御装置１７が、部位温度算出部５３によって、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、冷媒と熱交換する所定の部位の温度を推定するとしたが、これに限定されない。
回転電機の温度制御装置１０は、冷媒と熱交換する所定の部位の温度を検出する各種の温度センサを備えてもよい。この場合には、制御装置１７は、各種の温度センサによって検出される所定の部位の温度を取得してもよい。

なお、上述した実施形態において、回転電機の温度推定装置１０は、トルクセンサ４６を備えるとしたが、これに限定されず、トルクセンサ４６は省略されてもよい。制御装置１７は、第２電流センサ４３により検出される駆動用モータ１１の各コイル２１に流れる交流電流および第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転角度に応じてトルク指示値を取得してもよい。

なお、上述した実施形態において、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、ＳＣ（セグメントコンダクタ）巻線のコイル２１を備えるとしたが、これに限定されない。駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、例えば集中巻または分布巻などの他の巻線構造を有するモータであってもよい。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…回転電機の温度制御装置、１１…駆動用モータ（回転電機）、１２…発電用モータ（回転電機）、１３…トランスミッション、１４…冷媒循環部（冷媒供給部）、１４ａ…冷媒流路（循環経路）、１４ｂ…冷却器、１４ｅ…電動ポンプ（ポンプ）、１４ｈ…迂回流路（循環経路）、１５…電力変換部、１６…バッテリ、１７…制御装置（制御部）、２１…コイル（所定部品）、２２…ステータ、２２ａ…ステータコア（所定部品）、２３…磁石（所定部品）、２４…ロータ、２４ａ…ロータヨーク（所定部品）、２４ｂ…端面板、５１…発熱量算出部、５２…抜熱量算出部、５３…部位温度算出部、５４…通電制御部、５５…記憶部

Claims (6)

1. 回転電機の所定部品を冷却する冷媒を前記回転電機に供給する冷媒供給部と、
   前記冷媒供給部から前記回転電機に供給される前記冷媒を、前記冷媒供給部および前記回転電機を含む循環経路内で循環させるポンプと、
   前記ポンプによって前記回転電機に供給される前記冷媒の供給量を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記回転電機の銅損、鉄損および渦電流損の発熱量を算出する発熱量算出部と、
   前記冷媒の温度と前記回転電機の回転数とに基づいてコイルの放熱量を算出する抜熱量算出部と、
   前記回転電機の発熱量に基づいて、前記回転電機の温度変化を推定する部位温度算出部と、
   推定した前記回転電機の温度変化に基づいて、前記回転電機の温度が所定温度を上回らないように前記ポンプによる前記冷媒の供給量を制御する通電制御部と、
   を有する
   ことを特徴とする回転電機の温度制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記回転電機の運転点に基づいて、前記回転電機の発熱量を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の温度制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記回転電機の現在の運転点に基づいて、前記回転電機の発熱量を取得する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の温度制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記回転電機の運転点に基づいて、前記回転電機のコイルおよび磁石の発熱量を推定し、推定した前記発熱量に基づいて、前記コイルおよび前記磁石の温度変化を推定し、
   推定した前記コイルおよび前記磁石の温度変化に基づいて、前記コイルおよび前記磁石の各々の温度がそれぞれ所定の温度を上回らないように前記ポンプによる前記冷媒の供給量を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の回転電機の温度制御装置。
5. 前記発熱量算出部は、前記回転電機に印加される印加電圧と、前記回転電機の回転数と、前記回転電機のトルクと、各種のデータと、に基づいて、鉄損および渦電流損を取得し、
   前記各種のデータは、前記印加電圧、前記回転数、および前記トルクと、前記コイル及び磁石の少なくとも一方の渦電流損と、の相互関係を示すマップのデータである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の回転電機の温度制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記回転電機の運転履歴に基づいて、前記回転電機の温度変化を予測する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の温度制御装置。

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