JP2007010436A - 温度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱性電子部品の温度を、発熱性電子部品から離れた温度センサを用いて正確に推定する。
【解決手段】 モータＭの駆動状態に対応した相関を示す係数ｋを記憶装置３０に記憶しておき、駆動装置としてのモータＭの駆動状態をモータ回転速度センサ５３で検出し、モータＭの回転速度Ｎに応じた係数を推定温度変化量算出手段１０が取得する。取得した係数ｋと温度センサ５２による検出温度の温度変化量ΔＴＳとに基づいて、ＦＥＴ５１の推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を推定温度変化量算出手段が算出する。
そして、推定値算出手段２０により、今回の推定温度Ｔ（ｎ）を、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と、算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）とに基づいて算出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子部品の温度推定装置に関する。

一般に、電子部品は通電によって発熱する。そして、発熱により電子部品が劣化または損傷するおそれがある場合には、電子部品の近傍に温度センサを設け、温度センサが検出した温度に応じて電子部品の動作を制御することがある。
例えば、特許文献１では、電動パワーステアリングの制御において、通電量から求まるジュール熱と、温度センサにより検出された温度とに基づいて、電磁リレーの温度を推定し、モータの過熱を防止する技術が開示されている。
また、特許文献２では、制御部の推定温度Ｔを、
推定温度Ｔ＝スタート時温度ＴＳ＋温度上昇値ＤＴ（＝Ｔ−ＴＥ）
により算出する方法が開示されている。

特開２００１−２０６２３６号公報 特開２００４−２６８６７１号公報

しかし、電子部品の温度を直接測定できない場合に、推定温度が不正確であると、制御によって不要に電子部品の性能を制限することがある。
そこで、本発明は、電子部品の温度を直接測定できない場合に、正確かつ簡易に電子部品の温度を推定することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、駆動装置の駆動制御回路に実装され、通電により発熱する発熱性電子部品の推定温度を算出する温度推定装置であって、前記発熱性電子部品の温度に相関する温度になる位置に配置された温度検出手段と、前記駆動装置の駆動状態に対応した前記相関を示す係数ｋを記憶する係数記憶手段と、前記駆動装置の駆動状態を検出する駆動状態検出手段によって検出された駆動状態に対応する係数ｋを前記係数記憶手段から取得し、取得した係数ｋと前記温度検出手段による検出温度ＴＳの温度変化量ΔＴＳとに基づいて、前記発熱性電子部品の推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を算出する推定温度変化量算出手段と、今回の推定温度Ｔ（ｎ）を、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と、算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）とに基づいて算出する推定値算出手段とを備える。

この温度推定装置によれば、駆動装置の駆動状態に応じて、推定温度変化量算出手段が取得する係数ｋが変化する。つまり、駆動装置の駆動状態により、発熱性電子部品の発熱量が異なるため、駆動状態に応じた係数ｋを用いることで、より正確な温度推定が可能となる。
なお、本明細書において、変数に続く（ｎ）は、今回の計算値であることを示し、（ｎ−１）は、前回の計算値であることを示す。

そして、前記推定値算出手段は、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と、算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）とに基づいて算出した温度より、前記温度検出手段による検出温度ＴＳが大きい場合には、前記検出温度ＴＳを今回の推定温度Ｔ（ｎ）とするのが望ましい。

発熱性電子部品が熱源であり、通常、温度検出手段が発熱性電子部品と接触せずに配置されていることからも温度検出手段で検出される検出温度ＴＳより発熱性電子部品の推定温度Ｔ（ｎ）が高温になることはない。そのため、温度検出手段による温度が、何らかの異常により算出された推定温度よりも大きくなった場合には、推定温度が誤っている可能性があるので、温度検出手段で検出した温度を今回の推定温度とすることで、推定温度の誤りを小さくすることができる。その結果、推定温度を利用する装置の誤動作を抑制することができる。

また、前記推定温度変化量算出手段は、前記温度検出手段による検出温度ＴＳの温度変化量ΔＴＳに基づき温度が上昇しているか否かを判定する温度上昇判定部を有し、前記温度上昇判定部によって温度が上昇していると判定された場合には前記係数記憶手段から前記駆動手段の駆動状態に応じて変化する値を取得し、上昇していると判定されなかった場合には一定値を取得することができる。

温度検出手段により検出される温度が上昇しているとき、つまり、発熱性電子部品が発熱しているときは、駆動装置の駆動状態により発熱の程度が異なるので、係数ｋは駆動状態により異なる値とするのがよいが、温度が上昇していない場合には、駆動装置が停止していると考えられ、自然に放熱している状態なので、発熱性電子部品の冷却特性は一定となる。そのため、係数ｋとして一定値を取得することで、処理を簡単にしながら正確に発熱性電子部品の温度を推定することができる。また、計算負荷の増大による発熱を抑制することができる。

前記した温度推定装置においては、例えば、前記駆動装置は、電動モータであって、前記駆動状態は、前記電動モータの回転速度である。このとき、前記係数ｋは、前記電動モータが回転している場合には、前記回転速度が小さい程大きくなるように設定すると、低回転ほど発熱性電子部品の発熱量が増す場合に、より推定温度が正確になる。そこで、係数ｋを回転速度が低いほど大きくなるように設定することで、この性質を発熱性電子部品の温度の推定に反映させることができる。

また、前記温度推定装置は、少なくとも前記発熱性電子部品と、前記温度検出手段とが、一のケース内に収容されている場合に特に有効に適用することができる。このような場合は、空気が流通しにくく、空気の拡散による影響を受けないので、温度検出手段による推定精度が高くなる。また、発熱性電子部品と温度検出手段を同じ位置に配置する必要がないので、ケース内のレイアウトの自由度が高くなる。
なお、ここでのケースは、空気の流通が少ないものであればよく、密封されている場合に限らず、温度変化に伴う空気の容積変化を許容するための隙間や小孔が形成されていてもよい。

本発明によれば、モータなどの駆動装置の駆動状態に応じて適切に発熱性電子部品の温度を推定することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態では、温度推定装置が適用される一例として、車両安定化制御や、アンチロックブレーキ制御を行う車両用ブレーキ液圧制御装置の電子部品を例に説明する。
参照する図面において、図１は、本発明の温度推定装置が適用される車両用ブレーキ液圧制御装置の例を示す概略図であり、図２は、本発明の温度推定装置のブロック図である。

図１に示すように、本発明の温度推定装置Ａは、車両用ブレーキ液圧制御装置Ｂが有するコントロールハウジング４００内に設けられている。車両用ブレーキ液圧制御装置Ｂは、基体１００と、基体１００の一端面に取り付けられた電動モータＭと、基体１００の他端面に取り付けられた、ケースとしてのコントロールハウジング４００と、コントロールハウジング４００内に収容された駆動制御回路としての制御基板Ｃとを備えて構成されている。
制御基板Ｃは、一例として、ＤＣモータであるモータＭを駆動する制御回路であるが、これに限定されるものではない。モータＭは、基体１００に装着されたポンプＰの駆動に用いられる。なお、車両用ブレーキ液圧制御装置以外に本発明が適用される場合には、モータＭは、例えば、電気自動車または燃料電池自動車の駆動装置、電動パワーステアリング、生産機械など、各種の機械の動力に使用されうる。

制御基板Ｃ上には、モータＭを駆動するための電力を供給するＦＥＴ（Field Effect Transistor）５１が設けられている。ＦＥＴ５１は、モータＭに電力を供給する際に、大きな電流が流れ、ジュール熱により発熱する発熱性電子部品である。なお、発熱性電子部品としては、ＦＥＴだけでなく、例えば、半導体や抵抗器、変圧器、ＣＰＵ（Central Processing Unit)などがある。

制御基板ＣのＦＥＴ５１の近傍には、温度検出手段としての温度センサ５２が配置されている。温度センサ５２は、ＦＥＴ５１からの伝導熱または放射熱などによりＦＥＴ５１の温度と相関が認められる範囲の場所に設置されていれば、その位置は特に問わないが、温度の推定精度を高めるためには、できるだけＦＥＴ５１に近い位置に配置されるのが望ましい。

図２に示すように、温度推定装置Ａは、温度センサ５２と、モータ回転速度センサ５３と、推定温度変化量算出手段１０と、推定値算出手段２０と、係数記憶手段としての記憶装置３０とを備えている。本実施形態では、推定温度変化算出手段１０と、推定値算出手段２０は、記憶装置３０に記憶されたプログラムをＣＰＵに実行させることにより実現される。

温度センサ５２は、前記したように制御基板Ｃに設けられ、検出した温度ＴＳを推定温度変化量算出手段１０へ出力する。

モータ回転速度センサ５３は、モータＭの回転速度Ｎを検出する駆動状態検出手段としてのセンサである。このセンサとしては、例えばロータリエンコーダなどが使用できる。モータ回転速度センサ５３は、モータＭの回転速度Ｎを推定温度変化量算出手段１０へ出力する。
なお、モータ回転速度センサ５３を設ける代わりに、モータＭに供給する電流の変化や、モータＭを駆動する指令の信号からモータＭの回転速度を取得することもできる。

記憶装置３０は、半導体メモリなどの外部記憶装置であり、温度推定装置Ａを機能させるためのプログラムや、推定温度変化量算出手段１０が算出した推定温度変化量ΔＴ（ｎ）、推定値算出手段２０が算出した推定温度Ｔ（ｎ）、温度センサ５２が検出した温度ＴＳなどを適宜記憶している。また、推定温度変化量算出手段１０が、温度変化量の推定に使用するテーブル（マップ）、関数なども予め記憶されている。

推定温度変化量算出手段１０は、温度センサ５２から入力された温度ＴＳと、モータ回転速度センサ５３から入力された、モータＭの駆動状態を示す回転速度Ｎとに基づいてＦＥＴ５１の推定温度Ｔ（ｎ）の変化量ΔＴ（ｎ）を算出する手段である。
推定温度変化量算出手段１０は、温度上昇判定部１１と、係数設定部１２と、温度変化量推定部１３とを備える。

温度上昇判定部１１は、温度センサ５２から入力された温度ＴＳに基づいて、ＦＥＴ５１の温度が上昇しているか、下降しているかを判断する。この判断は、記憶装置３０に記憶している前回の温度ＴＳ（ｎ−１）と今回検出した温度ＴＳ（ｎ）とを比較して、温度変化量ΔＴＳ＝ＴＳ（ｎ）−ＴＳ（ｎ−１）の正負により判定することができる。つまり、ΔＴＳが正だった場合には、温度上昇中と判断でき、ΔＴＳが負だった場合には、温度下降中と判断することができる。
なお、ΔＴＳは、記憶装置３０に記憶される。

係数設定部１２は、モータ回転速度センサ５３から入力されたモータＭの回転速度Ｎに基づき、推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を算出するのに用いる係数ｋを設定する。
具体的には、予め、モータＭの回転速度Ｎと、係数ｋの関係テーブル（マップ）または関数として記憶装置３０に記憶しておき、入力されたモータＭの回転速度Ｎに基づいてその関係を参照して係数ｋを取得する。
この関係の例としては、例えば図３のような関係を示すことができる。図３の関係は、検出した温度ＴＳが上昇中における、モータＭの回転速度Ｎと係数ｋの関係を示したものである。なお、温度ＴＳが上昇中のときの係数ｋをｋ１と示し、下降中のときの係数ｋをｋ２と示す（図３では不図示）。図３に示すように、係数ｋ１は、回転速度Ｎが低くなるほど大きな値を採るように設定されている。これは、モータＭを低速回転する場合ほど発熱量が増えるためである。
この発熱量についてより詳しく言えば、一般に、ＤＣモータは、回転速度が低くなるほど流れる電流が大きくなる。また、発熱性電子部品であるＦＥＴをスイッチングする際には、逆起電圧がかかり、この逆起電圧は、流れる電流が大きいほど大きくなる。そのため、電動モータは、電流が大きくなる低速回転の時ほど逆起電圧が大きくなり、温度上昇も大きくなるといえる。

モータＭが停止しているとき（回転速度Ｎが０のとき）は、回転しているときよりも係数ｋ１を小さい値、例えば０にする。これは、温度センサ５２の温度変化のＦＥＴ５１の温度変化に対する遅れを考慮したものである。温度センサ５２が検出する温度は、ＦＥＴ５１が発生した熱により変化するため、ＦＥＴ５１の温度変化に比べると、温度センサ５２が検出する温度の変化は遅れる傾向にある。そのため、ＦＥＴ５１が温度上昇中は、温度センサ５２が検出した温度に大きな係数ｋ１を用いてＦＥＴ５１の温度上昇を追いかけるように温度を推定するが、モータＭが停止したときには、ＦＥＴ５１の温度は下降を始めるので、温度推定装置Ａで推定するモータＭの温度もできるだけ早く下降を始めるべく、係数ｋ１を０に設定している。
例えば、モータＭが作動後、ＦＥＴ５１が発熱して温度センサ５２の温度も上昇した後、モータＭが停止すると、ＦＥＴ５１の発熱は止まるが、その熱は、未だ温度センサ５２まで到達していないため、温度センサ５２の温度は上昇する。しかし、ＦＥＴ５１の温度は、下降し始めるはずであるので、推定温度Ｔ（ｎ）が上昇しないように、係数ｋ１を０にすることで、推定温度Ｔ（ｎ）の上昇が抑制される。

また、ＦＥＴ５１の温度が下降しているときには、モータＭは停止しており、ＦＥＴ５１の発熱も無く、ＦＥＴ５１は、自然放熱している状態である。そのため、係数ｋは、一定の係数ｋ２をとる。係数ｋ１，ｋ２の値は、温度センサ５２の設置位置により適宜変化するものである。

温度変化量推定部１３は、係数ｋが設定された後に、推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を、
ΔＴ（ｎ）＝ｋ×ΔＴＳ
により算出する。
算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）は、推定値算出手段２０へ出力される。

推定値算出手段２０は、推定温度変化量ΔＴ（ｎ）に基づいて推定温度Ｔ（ｎ）を算出する。推定温度Ｔ（ｎ）は、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）に、推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を足したものなので、
Ｔ（ｎ）＝Ｔ（ｎ−１）＋ΔＴ（ｎ）
により算出することができる。
もっとも、何らかの異常により、検出した温度ＴＳが推定温度Ｔ（ｎ）より大きくなった場合には、推定温度Ｔ（ｎ）が誤っている可能性があるので、推定温度Ｔ（ｎ）を温度ＴＳに置き換えるのが望ましい。

以上のように構成された温度推定装置Ａの動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、図示はしないが、係数ｋについて、温度ＴＳの変化や、モータＭの回転速度Ｎに対応させて値を予め記憶装置３０に記憶させておく。
温度センサ５２は、常時、温度ＴＳを検出しており（Ｓ１）、推定温度変化量算出手段１０に出力する。推定温度変化量算出手段１０の温度上昇判定部１１は、検出された温度ＴＳの変化量ΔＴＳを計算し、ΔＴＳの正負を判断する（Ｓ２）。ΔＴＳが負だった場合には（Ｓ２，Ｎｏ）、温度が下降中なので、係数設定部１２が記憶装置３０から温度下降時の係数ｋ２を取得する。一方、ΔＴＳが正だった場合には（Ｓ２，Ｙｅｓ）、温度が上昇中なので、モータ回転速度センサ５３が常時検出している回転速度Ｎを取得して（Ｓ４）、この回転速度Ｎに応じた係数ｋ１を記憶装置３０内のテーブルから取得する。
係数ｋを取得した後は、温度変化量推定部１３が、変化量ΔＴＳに係数ｋを乗じて推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を算出し（Ｓ６）、推定値算出手段２０に出力する。
そして、推定値算出手段２０は、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と推定温度変化量ΔＴ（ｎ）の和と、温度ＴＳとを比較して大きい方を今回の推定温度Ｔ（ｎ）として算出する（Ｓ７）。
以上のようにして、発熱性電子部品であるＦＥＴ５１と接触しない位置に温度センサ５２を配置した場合であっても、ＦＥＴ５１の温度を正確に推定できる。図５は、本実施形態の温度推定装置Ａにより温度の推定をした例である。ＦＥＴ５１から数ｍｍ程度離れた位置に温度センサ５２を設置し、係数ｋとして実施形態と同様のｋ１，ｋ２を用いて、温度の推定をしたところ、実際のＦＥＴ５１の温度と温度センサ５２の温度ＴＳのずれに比較して、推定温度Ｔ（ｎ）と温度センサ５２が検出した温度ＴＳとのずれは、およそ４分の１〜５分の１程度まで小さくなった。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態には限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、係数ｋを決める際には、必ずしも図３に示したようなモータの回転速度Ｎと係数ｋの関係をマップとして記憶し、回転速度Ｎから求める必要はなく、モータの回転速度Ｎと相関があるパラメータ値と係数ｋの関係をマップまたは関数として記憶しておき、そのパラメータ値からマップまたは関数を参照して、係数ｋを求めてもよい。このようなパラメータ値としては、例えば、モータＭの制御電圧や電流値、デューティ比などがある。
また、車両用ブレーキ液圧制御装置を温度推定装置が適用される装置の一例として挙げたが、コンピュータや、電源装置、昇圧回路など、他の装置に適用することもできる。

本発明の温度推定装置が適用される車両用ブレーキ液圧制御装置の例を示す概略図である。 本発明の温度推定装置のブロック図である。 モータの回転速度Ｎと係数ｋ１の関係を示したテーブルである。 温度推定装置の動作を説明するフローチャートである。 温度推定装置で推定した温度の例を示すグラフである。

符号の説明

１０ 推定温度変化量算出手段
１１ 温度上昇判定部
１２ 係数設定部
１３ 温度変化量推定部
２０ 推定値算出手段
３０ 記憶装置
５１ ＦＥＴ
５２ 温度センサ
５３ モータ回転速度センサ
Ａ 温度推定装置
Ｃ 回路基板
Ｍ モータ

Claims (5)

1. 駆動装置の駆動制御回路に実装され、通電により発熱する発熱性電子部品の推定温度を算出する温度推定装置であって、
   前記発熱性電子部品の温度に相関する温度になる位置に配置された温度検出手段と、
   前記駆動装置の駆動状態に対応した前記相関を示す係数ｋを記憶する係数記憶手段と、
   前記駆動装置の駆動状態を検出する駆動状態検出手段によって検出された駆動状態に対応する係数ｋを前記係数記憶手段から取得し、取得した係数ｋと前記温度検出手段による検出温度ＴＳの温度変化量ΔＴＳとに基づいて、前記発熱性電子部品の推定温度変化量ΔＴ（ｎ）を算出する推定温度変化量算出手段と、
   今回の推定温度Ｔ（ｎ）を、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と、算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）とに基づいて算出する推定値算出手段とを備えることを特徴とする温度推定装置。
2. 前記推定値算出手段は、前回の推定温度Ｔ（ｎ−１）と、算出された推定温度変化量ΔＴ（ｎ）とに基づいて算出した温度より、前記温度検出手段による検出温度ＴＳが大きい場合には、前記検出温度ＴＳを今回の推定温度Ｔ（ｎ）とすることを特徴とする請求項１に記載の温度推定装置。
3. 前記推定温度変化量算出手段は、前記温度検出手段による検出温度ＴＳの温度変化量ΔＴＳに基づき温度が上昇しているか否かを判定する温度上昇判定部を有し、前記温度上昇判定部によって温度が上昇していると判定された場合には前記係数記憶手段から前記駆動手段の駆動状態に応じて変化する値を取得し、上昇していると判定されなかった場合には一定値を取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度推定装置。
4. 前記駆動装置は、電動モータであり、
   前記駆動状態は、前記電動モータの回転速度であり、
   前記係数ｋは、前記電動モータが回転している場合には、前記回転速度が小さい程大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の温度推定装置。
5. 少なくとも前記発熱性電子部品と、前記温度検出手段とが、一のケース内に収容されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度推定装置。

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