CN106464194B - 旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定方法 - Google Patents

旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定方法 Download PDF

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Abstract

旋转电机的绕组温度推定装置具备：旋转电机，其具备定子及转子，该定子具有绕组；制冷剂供给部，其供给制冷剂；温度传感器，其检测所述制冷剂的温度；散热量计算部，其使用所述制冷剂的温度及所述制冷剂与所述绕组之间的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量；发热量计算部，其计算所述绕组的损失所引起的发热量；以及绕组温度计算部，其使用从所述绕组散热的散热量和所述绕组的损失所引起的发热量，来计算所述绕组的温度。

Description

旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定 方法
技术领域
本发明涉及旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定方法。
本申请基于2014年6月27日申请的日本特愿2014-133195号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往，作为具备设有供绕组插入的插槽的定子的马达，已知有如下马达：多个分段化的导体(所谓的SC绕组：分段导体绕组)以根据插槽形状而无间隙地填埋插槽的方式插入插槽。在该马达中，因插槽内的绕组的占空因数提高而难以直接检测插槽内的绕组温度，有时根据在插槽外部的线圈端部等检测出的绕组温度来间接地推定插槽内的绕组温度。然而，因绕组的占空因数提高而使发热增大，因此有时在线圈端部等插槽外部进行基于制冷剂的绕组的冷却，从而产生难以根据插槽外部的绕组温度来高精度地推定插槽内的绕组温度这样的问题。
针对产生这样的问题的情况，以往已知有如下技术：利用马达的绕组电阻值及绕组电感各自的温度依赖性呈线性的情况以及马达的电压方程式，来推定绕组温度(例如参照专利文献1)。
另外，以往已知有一种温度推定装置，其在由车辆的点火开关的打开等引起的再次开始运转时马达的绕组温度成为高温等情况下，将绕组的周围温度与基于绕组电阻得到的温度推定值的温度差作为温度上升推定值的初始值(例如参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-146155号公报
专利文献2：日本专利第5193012号公报
发明要解决的课题
然而，在上述以往技术的装置中，马达的绕组电阻值的温度依赖性仅示出绕组电阻值与绕组温度的平均温度的对应关系。因此，难以进行与绕组的高温部中的冷却及定子铁心的铁损等引起的绕组温度的不均相应的适当的温度推定。另外，对于绕组电感的温度依赖性而言，磁铁温度起到的贡献相对较高，绕组温度的贡献相对较低，因此难以恰当地推定因绕组的冷却及定子铁心的铁损等而发生变化的绕组的温度分布。
另外，在上述以往技术的温度推定装置中，仅是根据像车辆的再起动时等那样马达及马达周边的设备为非驱动状态的情况，使用绕组的周围温度和基于绕组电阻得到的温度推定值来进行温度推定。即，根据该温度推定装置，仅是根据车辆的起动状态等的简化的动作条件而使用绕组的铜损等来行温度推定。因此，产生无法与车辆的实际的运转状态中的复杂的动作条件对应而高精度进行温度推定这样的问题。
发明内容
本发明的方案鉴于上述情况而提出，其目的在于，提供一种能够提高旋转电机的绕组温度的推定精度的旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题而实现上述目的，本发明采用以下的方案。
(1)本发明的一方案的旋转电机的绕组温度推定装置具备：旋转电机，其具备定子及转子，该定子设有插槽，且具有由与所述插槽的形状对应而插入到所述插槽中的多个分割导线构成的绕组；制冷剂供给部，其向所述绕组及所述定子供给制冷剂；温度传感器，其检测所述制冷剂的温度；散热量计算部，其使用所述制冷剂的温度及所述制冷剂与所述绕组之间的至少一部分的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量；发热量计算部，其计算所述绕组的损失所引起的发热量；以及绕组温度计算部，其使用从所述绕组散热的散热量和所述绕组的损失所引起的发热量，来计算所述绕组的温度。
(2)在上述(1)的方案的基础上，也可以是，所述发热量计算部具备对所述定子的铁损所引起的发热量进行计算的定子发热量计算部，所述散热量计算部具备定子温度计算部，该定子温度计算部使用所述定子的铁损所引起的发热量、所述制冷剂的温度、及所述制冷剂与所述定子之间的热阻，来计算所述定子的温度，所述散热量计算部使用所述定子的温度、所述定子与所述绕组之间的热阻、所述制冷剂的温度、及所述制冷剂与所述绕组之间的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量。
(3)在上述(1)或(2)的方案的基础上，也可以是，所述散热量计算部根据所述制冷剂的流量及所述旋转电机的转速来计算各所述热阻。
(4)在上述(1)至(3)中任一方案的基础上，也可以是，所述发热量计算部计算所述绕组的铜损及涡流损耗所引起的发热量。
(5)本发明的一方案的旋转电机的绕组温度推定方法为控制装置对旋转电机、制冷剂供给部、温度传感器、散热量计算部及发热量计算部执行的所述旋转电机的绕组温度推定方法，所述旋转电机具备定子及转子，该定子设有插槽，且具有由与所述插槽的形状对应而插入到所述插槽中的多个分割导线构成的绕组，所述制冷剂供给部向所述绕组及所述定子供给制冷剂，所述温度传感器检测所述制冷剂的温度，所述散热量计算部使用所述制冷剂的温度及所述制冷剂与所述绕组之间的至少一部分的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量，所述发热量计算部计算所述绕组的损失所引起的发热量，所述旋转电机的绕组温度推定方法包括如下步骤：所述控制装置使用从所述绕组散热的散热量和所述绕组的损失所引起的发热量，来计算所述绕组的温度。
发明效果
上述(1)所述的方案的旋转电机的绕组温度推定装置具备使用向绕组及定子供给的制冷剂的温度来计算绕组的温度的绕组温度计算部。因此，能够提高绕组的温度的计算精度。另外，上述(1)所述的方案的旋转电机的绕组温度推定装置具备使用制冷剂对插槽的外部等的绕组及定子进行冷却的热模型的绕组温度计算部。因此，根据旋转电机中的制冷剂的冷却路径及由制冷剂冷却的绕组及定子的冷却的状态，能够高精度地计算绕组的温度。
另外，在上述(2)的方案中，还可以具备使用与插槽内的绕组热关系较强的定子的温度来计算从绕组散热的散热量(即放热量)的散热量计算部。因此，能够高精度地计算基于制冷剂的从绕组放热的放热量。
另外，在上述(3)的方案中，还可以具备根据制冷剂的流量及旋转电机的转速来计算制冷剂与绕组之间的至少一部分的热阻的散热量计算部。因此，在制冷剂对绕组及定子进行冷却的热模型中能够高精度地计算热阻。
另外，在上述(4)的方案中，还可以具备计算绕组的铜损及涡流损耗所引起的发热量的发热量计算部。因此，能够高精度地计算与绕组的发热量相应的温度变化。
在上述(5)所述的方案的旋转电机的绕组温度推定方法中，包括使用向绕组及定子供给的制冷剂的温度来计算绕组的温度的步骤，因此能够提高绕组的温度的计算精度。由于包括使用制冷剂对插槽的外部等的绕组及定子进行冷却的热模型的步骤，因此根据旋转电机中的制冷剂的冷却路径、及由制冷剂冷却的绕组及定子的冷却的状态，能够高精度地计算绕组的温度。
附图说明
图1是本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的结构图。
图2是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置中的驱动用马达的一部分的结构的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置中的驱动用马达的定子的结构的立体图。
图4是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的驱动用马达中的定子的分割导线(分段线圈)的结构的立体图。
图5是关于本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的驱动用马达中的定子的分割导线(分段线圈)的突出部的结构的立体图，(A)表示多个分割导线(分段线圈)的一部分，(B)表示U相的分割导线(分段线圈)的一部分。
图6是示意性表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置中的定子的热模型的图。
图7是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的驱动用马达中的转速、转矩及线圈的涡流损耗的相互关系的图。
图8是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的驱动用马达中的转速、转矩及定子铁心的铁损的相互关系的图。
图9是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置中的发电用马达的转速与制冷剂的流量的相互关系的图。
图10是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的驱动用马达中的制冷剂与定子铁心之间的热阻和制冷剂的流量的相互关系的图。
图11是表示本发明的实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置的动作的流程图。
图12是表示图11所示的线圈及定子发热量的计算处理的流程图。
图13是表示图11所示的制冷剂散热量的计算处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置及旋转电机的绕组温度推定方法进行说明。
本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10例如搭载于混合动力车辆或者电动车辆等车辆1。如图1所示，车辆1具备驱动用马达(M)11(旋转电机)、发电用马达(G)12、变速器(T/M)13、制冷剂循环部14(制冷剂供给部)、电力转换部15、蓄电池16及控制装置17。
驱动用马达11及发电用马达12分别是例如三相交流的无刷DC马达等。驱动用马达11及发电用马达12分别具备与变速器13连接的旋转轴。发电用马达12的旋转轴与后述的制冷剂循环部14的机械式泵连结。
如图2所示，驱动用马达11具备具有线圈21的定子22、及具有磁铁23的转子24。驱动用马达11是内转子型，在圆筒状的定子22的内部具备转子24。
线圈21是SC(分段导体)绕组。线圈21装配于在定子铁心22a的相邻的齿22b间形成的插槽22c。线圈21与后述的电力转换部15连接。磁铁23例如是永久磁铁等。
磁铁23以不与从旋转轴24c的轴向的两侧夹入转子磁轭24a的一对端面板24b直接接触的方式，保持在转子磁轭24a的内部。
发电用马达12例如具备与驱动用马达11相同的结构。
如图3所示，定子铁心22a的外形形成为圆筒形状。定子铁心22a在径向的内周部具备多个齿22b。多个齿22b分别在定子铁心22a的内周部沿周向隔开规定间隔而向内周侧突出。在定子铁心22a的内周部设有沿旋转轴方向贯通定子铁心22a的多个插槽22c。各插槽22c形成于在周向上相邻的齿22b之间。各插槽22c在定子铁心22a的径向上的截面形状形成为从定子铁心22a的内周侧朝向外周侧呈放射状延伸。各插槽22c经由在相邻的齿22b的内周侧前端设置的狭缝22e与定子铁心22a的内周面连接。需要说明的是，也可以省略狭缝22e。
线圈21是由U相、V相、W相构成的三相线圈。线圈21具备多个分段线圈21a。如图4所示，各分段线圈21a具备截面形状为长方形形状的多根(例如五根等)导线(例如为扁平线等)。多根导线例如以使各导线的宽度方向的表面对置的方式整齐排列成一列，形成有一束。各分段线圈21a的外形以根据各插槽22c的形状而无间隙地填埋各插槽22c的方式形成为U字形状。
各分段线圈21a具备一对腿部25、将一对腿部25连结的头部26。在各分段线圈21a中，一对腿部25从定子铁心22a的轴向插入沿周向隔开规定间隔的两个插槽22c内。一对腿部25分别具备从各插槽22c内向外部突出的突出部25a。各突出部25a在各插槽22c的外部沿周向扭曲。头部26具备在多个导线的整齐排列方向上呈S字状弯曲的S字状部26a。
从多个插槽22c内向外部突出的多个突出部25a中的规定的组合的突出部25a彼此如图5(A)、(B)所示，通过TIG焊接等进行接合。向多个插槽22c插入的多个腿部25沿周向依次按照U相、U相、V相、V相、W相、W相、U相、U相、…的顺序进行排列。
变速器13例如是AT(自动变速器)等。变速器13与驱动用马达11及发电用马达12分别连接，且与驱动轮W连接。变速器13根据从后述的控制装置17输出的控制信号，来控制驱动用马达11及发电用马达12各自与驱动轮W之间的动力传递。
制冷剂循环部14具备供制冷剂循环的制冷剂流路14a及冷却制冷剂的冷却器14b。制冷剂循环部14例如将在AT(自动变速器)的变速器13中进行润滑及动力传递等的工作油用作制冷剂。
制冷剂流路14a与变速器13的内部的工作油的流路、以及驱动用马达11及发电用马达12各自的内部连接。制冷剂流路14a具备向驱动用马达11及发电用马达12分别喷出制冷剂的喷出口(省略图示)、及吸入在驱动用马达11及发电用马达12各自的内部流通的制冷剂的吸入口(省略图示)。
制冷剂流路14a的喷出口配置在驱动用马达11及发电用马达12各自的铅垂方向上方。制冷剂流路14a的吸入口配置于在驱动用马达11及发电用马达12各自的铅垂方向下方设置的制冷剂贮存部(省略图示)。
冷却器14b设置于制冷剂流路14a，具备与发电用马达12的旋转轴连结的机械式泵。机械式泵通过发电用马达12的驱动而产生吸引力，从制冷剂流路14a的吸入口吸引制冷剂并使制冷剂流路14a内的制冷剂朝向喷出口流动。冷却器14b对在制冷剂流路14a内流通的制冷剂进行冷却。
制冷剂循环部14伴随着冷却器14b的机械式泵的工作，相对于驱动用马达11从制冷剂流路14a的喷出口朝向线圈21的线圈端部(从定子铁心22a的插槽22c向轴向外侧突出的部位)喷出制冷剂。
制冷剂在重力的作用下，在线圈21的线圈端部及定子铁心22a的表面上向铅垂方向下方流动。制冷剂在重力的作用下以经由定子22与转子24之间的空隙而从线圈21的线圈端部或定子铁心22a向端面板24b滴下的方式向铅垂方向下方流动。滴下到端面板24b的表面的制冷剂(滴下制冷剂)在重力及转子24的旋转所产生的离心力的作用下，在端面板24b的表面上朝向端面板24b的外部流动。滴下制冷剂在重力的作用下从端面板24b的外部向制冷剂贮存部流动。
制冷剂循环部14通过机械式泵的吸引从吸入口向制冷剂流路14a吸入贮存在制冷剂贮存部的制冷剂，并通过冷却器14b进行冷却。由此，如图6所示，制冷剂循环部14通过制冷剂对线圈21及定子铁心22a进行冷却。制冷剂循环部14通过滴下制冷剂直接冷却端面板24b，并且通过滴下制冷剂经由端面板24b间接地依次冷却转子磁轭24a与磁铁23。
电力转换部15具备对蓄电池16的输出电压进行升压的升压器31、控制驱动用马达11的通电的第二动力驱动单元(PDU2)33、及控制发电用马达12的通电的第一动力驱动单元(PDU1)32。
升压器31例如具备DC-DC转换器等。升压器31连接在蓄电池16与第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33之间。
升压器31根据从后述的控制装置17输出的控制信号，来对蓄电池16的输出电压进行升压，由此生成向第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33的施加电压。升压器31将通过蓄电池16的输出电压的升压而生成的施加电压向第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33输出。
第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33例如具备逆变器装置等。第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33具备例如使用多个开关元件(例如MOSFET等)进行电桥连接而成的电桥电路和平滑电容器作为逆变器装置。第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33根据从后述的控制装置17输出的控制信号，将升压器31的直流输出电力转换为三相交流电力。第一动力驱动单元32以使向发电用马达12的通电依次换流的方式将三相的交流电流向三相的线圈21通电。另外，第二动力驱动单元33以使向驱动用马达11的通电依次换流的方式将三相的交流电流向三相的线圈21通电。
控制装置17由CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等各种存储介质及计时器等电子电路构成。控制装置17输出用于控制变速器13及电力转换部15的控制信号。控制装置17与电压传感器41、第一电流传感器42、第二电流传感器43、第一转速传感器44、第二转速传感器45、转矩传感器46及制冷剂温度传感器47连接。
电压传感器41检测从升压器31向第一动力驱动单元32及第二动力驱动单元33分别施加的施加电压。第一电流传感器42检测在第一动力驱动单元32与发电用马达12的各线圈21之间流过的交流电流(相电流)。第二电流传感器43检测在第二动力驱动单元33与驱动用马达11的各线圈21之间流过的交流电流(相电流)。
第一转速传感器44通过逐次检测驱动用马达11的旋转轴的旋转角度来检测驱动用马达11的转速。第二转速传感器45通过逐次检测发电用马达12的旋转轴的旋转角度来检测发电用马达12的转速。
转矩传感器46检测驱动用马达11的转矩。制冷剂温度传感器47检测在制冷剂流路14a中从冷却器14b输出的制冷剂的温度(通过冷却器后的制冷剂温度)。
如图1所示，控制装置17具备发热量计算部51(定子发热量计算部)、散热量计算部52(定子温度计算部)、绕组温度计算部53、马达控制部54及存储部55。
发热量计算部51在驱动用马达11及发电用马达12中分别计算各部分的损失所引起的发热量。
发热量计算部51例如在驱动用马达11中计算三相的线圈21的铜损及涡流损耗、以及定子铁心22a的铁损各自的发热量(以下，仅称作铜损W1coil及涡流损耗W2coil、以及铁损Wsta。)。
如下述数式(1)所示，发热量计算部51根据由第二电流传感器43检测出的驱动用马达11的三相的相电流I、预先存储于存储部55的三相的线圈21的电阻值R、线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)、规定系数a及规定温度To，计算三相的线圈21的铜损W1coil。
[数1]
W1coil＝I2+R×{1+a×Tcoil(pre)-T0)}…(1)
发热量计算部51根据由电压传感器41检测出的施加电压、由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的转速、由转矩传感器46检测出的驱动用马达11的转矩，来计算线圈21的涡流损耗W2coil。
发热量计算部51根据施加电压，并如图7所示将表示转速、转矩及线圈21的涡流损耗W2coil的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。发热量计算部51使用由各传感器41、44、46检测出的施加电压、转速及转矩，参照预先存储于存储部55的数据，来计算线圈21的涡流损耗W2coil。发热量计算部51例如对于多个不同的施加电压及转速(N1＜N2＜N3＜N4)的组合，使用表示转矩及线圈21的涡流损耗W2coil的相互关系的映射，来进行对于施加电压及转速的线性插补等，并同时计算出线圈21的涡流损耗W2coil。
发热量计算部51根据由电压传感器41检测出的施加电压、由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的转速及由转矩传感器46检测出的驱动用马达11的转矩，来计算定子铁心22a的铁损Wsta。
发热量计算部51根据施加电压，并如图8所示将表示转速、转矩及定子铁心22a的铁损Wsta的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。发热量计算部51使用由各传感器41、44、46检测出的施加电压、转速及转矩，参照预先存储于存储部55的数据，来计算定子铁心22a的铁损Wsta。发热量计算部51例如对于多个不同的施加电压及转速(N1＜N2＜N3＜N4)的组合，使用表示转矩及定子铁心22a的铁损Wsta的相互关系的映射，来进行对于施加电压及转速的线性插补等，并同时计算出定子铁心22a的铁损Wsta。
散热量计算部52根据由制冷剂温度传感器47检测出的通过冷却器之后的制冷剂温度、由第二转速传感器45检测出的发电用马达12的转速，来计算线圈21的受热量Qcoil。
散热量计算部52根据由第二转速传感器45检测出的发电用马达12的转速，来检测在制冷剂循环部14中循环的制冷剂的流量。如图9所示，绕组温度计算部53将表示发电用马达12的转速及制冷剂的流量的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。绕组温度计算部53使用由第二转速传感器45检测出的转速，参照预先存储于存储部55的数据来计算制冷剂的流量。
散热量计算部52根据由制冷剂温度传感器47检测出的通过冷却器之后的制冷剂温度Tatf、定子铁心22a的温度(上次值)Tsta(pre)、线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)及制冷剂的流量，来计算制冷剂从定子铁心22a接受的受热量Qsta-atf及定子铁心22a从线圈21接受的受热量Qcoil-sta。
例如图10所示，散热量计算部52将表示制冷剂与定子铁心22a之间的热阻Rsta-atf和制冷剂的流量的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。散热量计算部52将表示定子铁心22a与线圈21之间的热阻Rcoil-sta和制冷剂的流量的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。
散热量计算部52使用计算出的制冷剂的流量，参照预先存储于存储部55的数据，来进行对于流量的线性插补等，并同时计算制冷剂与定子铁心22a之间的热阻Rsta-atf以及定子铁心22a与线圈21之间的热阻Rcoil-sta。
散热量计算部52如下述数式(2)所示，使用计算出的热阻Rsta-atf、通过冷却器之后的制冷剂温度Tatf、及定子铁心22a的温度(上次值)Tsta(pre)，来计算受热量Qsta-atf。散热量计算部52如下述数式(3)所示，使用计算出的热阻Rcoil-sta、定子铁心22a的温度(上次值)Tsta(pre)、及线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)，来计算受热量Qcoil-sta(pre)。
[数2]
[数3]
散热量计算部52如下述数式(4)所示，根据计算出的受热量Qsta-atf及受热量Qcoil-sta(pre)、定子铁心22a的铁损Wsta，来计算定子铁心22a的受热量Qsta。
散热量计算部52如下述数式(5)所示，使用计算出的定子铁心22a的受热量Qsta、预先存储于存储部55的定子铁心22a的热容量Csta，来计算定子铁心22a的温度变化ΔTsta。
散热量计算部52如下述数式(6)所示，使用定子铁心22a的温度变化ΔTsta及定子铁心22a的温度(上次值)Tsta(pre)，来计算定子铁心22a的温度Tsta。
[数4]
Qsta＝Wsta-Qsta-atf+Qcoil-sta(pre)…(4)
[数5]
[数6]
Tsta＝Tsta(pre)+ΔTsta…(6)
散热量计算部52根据由制冷剂温度传感器47检测出的通过冷却器之后的制冷剂温度Tatf、计算出的定子铁心22a的温度Tsta、线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)及制冷剂的流量，来计算线圈21的受热量Qcoil。
散热量计算部52将表示制冷剂与线圈21之间的热阻Rcoil-atf和制冷剂的流量的相互关系的映射等数据预先存储于存储部55。散热量计算部52使用计算出的制冷剂的流量，参照预先存储于存储部55的数据，来进行对于流量的线性插补等，并同时计算制冷剂与线圈21之间的热阻Rcoil-atf及定子铁心22a与线圈21之间的热阻Rcoil-sta。
散热量计算部52如下述数式(7)所示，使用计算出的热阻Rcoil-atf、通过冷却器之后的制冷剂温度Tatf及线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)，来计算制冷剂从线圈21接受的受热量Qcoil-atf。
散热量计算部52如下述数式(8)所示，使用计算出的热阻Rcoil-sta、计算出的定子铁心22a的温度Tsta及线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)，来计算受热量Qcoil-sta。
散热量计算部52如下述数式(9)所示，将计算出的受热量Qcoil-atf及受热量Qcoil-sta作为线圈21的散热量(放热量)，并根据线圈21的铜损W1coil及涡流损耗W2coil来计算线圈21的受热量Qcoil。
[数7]
[数8]
[数9]
Qcoil＝W1coil+W2coil-Qcoil-atf-Qcoil-sta…(9)
绕组温度计算部53如下述数式(10)所示，使用计算出的线圈21的受热量Qcoil、预先存储于存储部55的线圈21的热容量Ccoil，来计算线圈21的温度变化ΔTcoil。
绕组温度计算部53如下述数式(11)所示，使用线圈21的温度变化ΔTcoil及线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)，来计算线圈21的温度Tcoil。
[数10]
[数11]
Tcoil＝Tcoil(pre)+ΔTcoil…(11)
马达控制部54基于由绕组温度计算部53计算出的线圈21的温度Tcoil，输出用于控制变速器13及电力转换部15的控制信号，由此控制驱动用马达11及发电用马达12。
本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10具备上述结构，接下来，对该旋转电机的绕组温度推定装置10的动作、即旋转电机的绕组温度推定方法进行说明。
以下，对控制装置17计算驱动用马达11的线圈21的温度Tcoil而控制驱动用马达11的处理进行说明。
首先，如图11所示，控制装置17取得由转矩传感器46检测出的驱动用马达11的转矩及由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的转速(步骤S01)。
接下来，控制装置17计算线圈21及定子铁心22a的损失所引起的发热量(步骤S02)。
接下来，控制装置17计算基于制冷剂的从线圈21散热的散热量(放热量)(步骤S03)。
接下来，控制装置17计算线圈21的温度Tcoil(步骤S04)。
接下来，控制装置17判定计算出的线圈21的温度Tcoil是否小于规定的输出限制温度(步骤S05)。
在该判定结果为“是”的情况下，控制装置17不进行驱动用马达11的输出限制，使处理结束(步骤S05的“是”)。
另一方面，在该判定结果为“否”的情况下，控制装置17使处理进入步骤S06(步骤S05的“否”)。
然后，控制装置17计算驱动用马达11的允许转矩上限(步骤S06)。
接下来，控制装置17将指示使驱动用马达11的转矩成为允许转矩上限以下的控制信号向电力转换部15输出(步骤S07)。然后，控制装置17使处理结束。
以下，对上述步骤S02的线圈21及定子铁心22a的发热量计算处理进行说明。
首先，如图12所示，控制装置17取得由转矩传感器46检测出的驱动用马达11的转矩及由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的转速(步骤S21)。
接下来，控制装置17取得由第二电流传感器43检测出的驱动用马达11的三相的相电流(即，三相的线圈21的交流电流)I(步骤S22)。
接下来，控制装置17取得线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)(步骤S23)。
接下来，控制装置17根据取得的三相的线圈21的相电流I和预先存储于存储部55的三相的线圈21的电阻值R，来计算三相的线圈21的铜损W1coil(步骤S24)。
接下来，控制装置17根据由电压传感器41检测出的施加电压、由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的转速、及由转矩传感器46检测出的驱动用马达11的转矩，来计算线圈21的涡流损耗W2coil。(步骤S25)。
接下来，控制装置17使用取得的转矩、转速及施加电压，参照预先存储于存储部55的数据，来计算定子铁心22a的铁损Wsta(步骤S26)。然后，控制装置17使处理结束。
以下，对上述的步骤S03的制冷剂散热量计算处理进行说明。
首先，如图13所示，控制装置17取得由制冷剂温度传感器47检测出的通过冷却器之后的制冷剂温度Tatf(步骤S31)。
接下来，控制装置17使用由第二转速传感器45检测出的转速，参照预先存储于存储部55的数据，来计算制冷剂的流量Fatf，或者从流量传感器等取得制冷剂的流量Fatf(步骤S32)。
接下来，控制装置17使用制冷剂的流量Fatf，参照预先存储于存储部55的数据，来计算各热阻Rsta-atf、Rcoil-sta、Rcoil-atf。
然后，控制装置17如上述数式(2)～(8)所示那样，计算受热量Qcoil-atf及受热量Qcoil-sta作为基于制冷剂的线圈21的散热量(即线圈21的放热量)。
然后，控制装置17根据线圈21的散热量(放热量)、线圈21的铜损W1coil及涡流损耗W2coil，来计算线圈21的受热量Qcoil(步骤S33)。然后，控制装置17使处理结束。
以下，对上述的步骤S04的线圈温度计算处理进行说明。
控制装置17如上述数式(10)所示，使用计算出的线圈21的受热量Qcoil和预先存储于存储部55的线圈21的热容量Ccoil，来计算线圈21的温度变化ΔTcoil。
控制装置17如上述数式(11)所示，使用线圈21的温度变化ΔTcoil及线圈21的温度(上次值)Tcoil(pre)，来计算线圈21的温度Tcoil。然后，控制装置17使处理结束。
如上述那样，本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10及绕组温度推定方法具备使用制冷剂的温度Tatf来计算线圈21的温度Tcoil的控制装置17。因此，能够提高线圈21的温度Tcoil的计算精度。
另外，本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10及绕组温度推定方法具备使用制冷剂对插槽22c的外部中的线圈21的至少一部分及定子铁心22a进行冷却的热模型的控制装置17。因此，根据驱动用马达11中的制冷剂的冷却路径、以及由制冷剂冷却的线圈21及定子铁心22a的冷却的状态，能够高精度地计算线圈21的温度Tcoil。
另外，本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10及绕组温度推定方法具备使用与插槽22c内的线圈21热关系较强的定子铁心22a的温度Tsta来计算从线圈21散热的散热量(即放热量)的控制装置17。因此，能够高精度地计算基于制冷剂的从线圈21放热的放热量。
另外，本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10及绕组温度推定方法具备计算线圈21的铜损及涡流损耗所引起的发热量的控制装置17。因此，能够高精度地计算与线圈21的发热量相应的温度变化。
另外，本实施方式的旋转电机的绕组温度推定装置10及绕组温度推定方法具备根据制冷剂的流量来取得各热阻Rsta-atf、Rcoil-sta、Rcoil-atf的控制装置17。因此，能够根据插槽22c的外部中的线圈21的至少一部分及定子铁心22a处的制冷剂的状态而高精度地计算各热阻。
需要说明的是，在上述的实施方式中，由于制冷剂循环部14的机械式泵与发电用马达12的旋转轴连结，因此控制装置17根据发电用马达12的转速来取得制冷剂的流量，但不限于此。例如，在制冷剂循环部14具备检测制冷剂流路14a中的制冷剂的流量的流量传感器的情况下，也可以取得由流量传感器检测出的制冷剂的流量。另外，制冷剂循环部14也可以代替机械式泵而具备电动泵。
需要说明的是，在上述的实施方式中，旋转电机的绕组温度推定装置10具备转矩传感器46，但不限于此，也可以省略转矩传感器46。控制装置17可以根据由第二电流传感器43检测出的在驱动用马达11的各线圈21中流过的交流电流及由第一转速传感器44检测出的驱动用马达11的旋转角度来取得转矩指示值。
上述的实施方式是作为例子而提示的实施方式，并非意图限定发明的范围。上述新实施方式能够通过其他各种方式来实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。上述的实施方式或其变形包含于发明的范围、主旨，并且包含于技术方案所记载的发明及其等同的范围。
符号说明：
10…旋转电机的绕组温度推定装置；11…驱动用马达(旋转电机)；12…发电用马达；13…变速器；14…制冷剂循环部(制冷剂供给部)；14b…冷却器(冷却部)；15…电力转换部；16…蓄电池；17…控制装置；21…线圈；21a…分段线圈；22…定子；22a…定子铁心；22b…齿；22c…插槽；23…磁铁；24…转子；24a…转子磁轭；24b…端面板；51…发热量计算部；52…散热量计算部；53…绕组温度计算部；54…马达控制部；55…存储部。

Claims (5)

1.一种旋转电机的绕组温度推定装置，其特征在于，
所述旋转电机的绕组温度推定装置具备：
旋转电机，其具备定子及转子，该定子设有插槽，且具有由多个分割导线构成的绕组，这多个分割导线与所述插槽的形状对应而插入到所述插槽中，并且具有相当于所述插槽的宽度的导线宽度；
制冷剂供给部，其向所述绕组及所述定子供给制冷剂；
温度传感器，其检测所述制冷剂的温度；
散热量计算部，其使用所述制冷剂的温度及所述制冷剂与所述绕组之间的至少一部分的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量；
发热量计算部，其基于所述绕组的铜损及所述绕组的涡流损耗，来计算所述绕组的损失所引起的发热量；以及
绕组温度计算部，其使用从所述绕组散热的散热量和所述绕组的损失所引起的发热量，来计算所述绕组的温度。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组温度推定装置，其特征在于，
所述发热量计算部具备对所述定子的铁损所引起的发热量进行计算的定子发热量计算部，
所述散热量计算部具备定子温度计算部，该定子温度计算部使用所述定子的铁损所引起的发热量、所述制冷剂的温度、及所述制冷剂与所述定子之间的热阻，来计算所述定子的温度，
所述散热量计算部使用所述定子的温度、所述定子与所述绕组之间的热阻、所述制冷剂的温度、及所述制冷剂与所述绕组之间的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量。
3.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组温度推定装置，其特征在于，
所述散热量计算部根据所述制冷剂的流量及所述旋转电机的转速来计算所述热阻。
4.根据权利要求2所述的旋转电机的绕组温度推定装置，其特征在于，
所述散热量计算部根据所述制冷剂的流量及所述旋转电机的转速来计算各所述热阻。
5.一种旋转电机的绕组温度推定方法，其为控制装置对旋转电机、制冷剂供给部、温度传感器、散热量计算部及发热量计算部执行的所述旋转电机的绕组温度推定方法，
所述旋转电机具备定子及转子，该定子设有插槽，且具有由多个分割导线构成的绕组，这多个分割导线与所述插槽的形状对应而插入到所述插槽中，并且具有相当于所述插槽的宽度的导线宽度，
所述制冷剂供给部向所述绕组及所述定子供给制冷剂，
所述温度传感器检测所述制冷剂的温度，
所述散热量计算部使用所述制冷剂的温度及所述制冷剂与所述绕组之间的至少一部分的热阻，来计算从所述绕组散热的散热量，
所述发热量计算部基于所述绕组的铜损及所述绕组的涡流损耗，来计算所述绕组的损失所引起的发热量，
所述旋转电机的绕组温度推定方法的特征在于，
所述旋转电机的绕组温度推定方法包括如下步骤：
所述控制装置使用从所述绕组散热的散热量和所述绕组的损失所引起的发热量，来计算所述绕组的温度。
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