JP2007244074A - モータの冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動ポンプから吐出される冷媒をモータに供給することでモータを冷却するシステムにおいてシステム全体の損失を抑える。
【解決手段】冷却システムは、モータ１に冷媒を供給する電動ポンプ５を備える。コントローラ１０は、電動ポンプ５の冷媒供給量を変化させることによるモータ１の損失の変化量と電動ポンプ５の損失の変化量をそれぞれ演算し、モータ１の損失の変化量と電動ポンプ５の損失の変化量を比較し、モータ１の損失と電動ポンプ５の損失の和が減少するように電動ポンプ５の冷媒供給量を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの冷却システムに関し、特に、電動ポンプから吐出される冷媒をモータに供給することでモータを冷却するシステムに関する。

モータの温度を限界温度以上に上げてしまうと、モータの性能が低下したり、寿命が低下したりする。このため、従来は、電動オイルポンプを利用してモータに冷却用のオイルを送り、モータの温度、損失量を見て、オイルポンプ流量を制御することで、モータの温度が限界温度を超えないようにしている。
特開平５−２３６７０４号公報

従来は、モータの温度が高くモータ損失が大きいときにオイルポンプ流量を増大させていたが、オイルポンプ流量を増大させると電動オイルポンプにおける損失は逆に増大するため、システム全体としてみた場合、必ずしも損失が最小となる最適効率で制御しているとはいえなかった。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、上記冷却システムにおいてシステム全体の損失を抑え、最適効率で制御することを目的とする。

本発明に係るモータの冷却システムは、モータに冷媒を供給する電動ポンプを備え、電動ポンプの冷媒供給量を変化させることによるモータの損失の変化量と電動ポンプの損失の変化量をそれぞれ演算し、モータの損失の変化量と電動ポンプの損失の変化量を比較し、モータの損失と電動ポンプの損失の和が減少するように電動ポンプの冷媒供給量を変更する。

本発明によれば、システム全体の損失を低減するように電動ポンプの冷媒供給量が変更され、冷却システムを高効率で運転することが可能になる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係るモータの冷却システムの概略構成図である。モータ1は交流機であり、インバータ２を介してバッテリ３に接続されている。モータ１には、入力電力Ｐ_inを検出する電力センサ１２、入力電流Ｉ_acを検出する電流センサ１３、モータ１の温度Ｔ_motを検出する温度センサ１４が取り付けられており、これらセンサ１２〜１４の検出信号はコントローラ１０へと出力される。

モータ１の内部あるいは周囲には冷却用のオイル（冷媒）が流通する通路が設けられている。電動オイルポンプ５から吐出されるオイルは、供給通路６を通ってモータ１へと送られ、モータ１を冷却する。モータ１との熱交換で温度が上昇したオイルは、戻り通路７を通ってオイルポンプ５へと戻り、再びオイルポンプ５によってモータ１に向けて吐出される。オイルポンプ５には吐出量（オイルポンプ流量）Ｑ_nowを検出する流量センサ１５、オイルの温度Ｔ_oを検出する温度センサ１６が取り付けられており、センサ１５、１６の検出信号はコントローラ１０へと出力される。モータ１とオイルポンプ５の間にオイルの温度を下げるための放熱器を設けてもよい。

コントローラ１０は、マイクロプロセッサ、入出力インターフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、ＲＯＭには、モータ１の運転点と効率の関係を示した効率マップ(図２）、オイルポンプ流量とモータ１の熱抵抗の関係を示した熱抵抗マップ(図３）、オイルポンプ流量及び油温に対するオイルポンプの損失の関係を示したオイルポンプ損失マップ（図４）が格納されている。

コントローラ１０は、入力される検出信号に基づき、モータ１における損失（以下、「モータ損失」という。）とオイルポンプ５における損失（以下、「オイルポンプ損失」という。）をそれぞれ演算し、これら損失の総和、すなわち、システム全体としてみた場合の損失が最小になるように、オイルポンプ５の流量を制御する。

図５は、コントローラ１０が行うオイルポンプ流量制御の内容を示したフローチャートである。これを参照しながら、オイルポンプ流量制御について説明すると、まず、ステップＳ１では、ある時刻ｔにおけるモータ損失Ｐ₁と、時刻ｔからΔｔだけ経過した後のモータ損失Ｐ₂を次式（１）、（２）により演算する。

式（１）、（２）中のη₁は時刻ｔにおけるモータ１の効率、η₂は時刻ｔ＋Δｔにおけるモータ１の効率、Ｐ_inはモータ１の入力電力、Ｉ_acはモータ１の入力電流である。モータ効率η₁は、時刻ｔにおけるモータ１の運転点（回転速度とトルクで決まる点）に基づき図２に示す効率マップを参照することによって求めることができる。同様に、モータ効率η₂は、時刻ｔ＋Δｔにおけるモータ１の運転点に基づき図２に示す効率マップを参照することによって求めることができる。

効率マップは、規定温度Ｔ_s（例えば２０℃）のときの各運転点に対応するモータ１の効率が格納されているマップである。モータ１の効率η₁、η₂は、マップ参照ではなく、モータ１の運転点から演算によって求めるようにしても良い。

また、ΔＲ₁は上記規定温度Ｔ_sのときのモータ１の抵抗Ｒ_sと時刻ｔのときのモータ１の温度Ｔ_mot1における抵抗Ｒ_tmot1との差であり、次式（３）により演算される値である。

同様にΔＲ₂は上記規定温度Ｔ_sのときのモータ１の抵抗Ｒ_sと時刻ｔ＋Δｔのときのモータ１の温度Ｔ_mot2における抵抗Ｒ_tmot2との差であり、次式（４）により演算される値である。

ステップＳ２では、現在のモータ温度Ｔ_motとオイルポンプ流量Ｑ_nowを読み込む。

ステップＳ３では、モータ損失Ｐ₁、Ｐ₂と現在のモータ温度Ｔ_motに基づき、充分時間が経過した後のモータ温度Ｔ∞を次式（５）により予測する。Ｆは一次遅れ系の関数である。

ステップＳ４では、予測されたモータ温度Ｔ∞と、モータ性能限界温度Ｔ_max（モータ１の性能が保証される温度の上限温度）から所定のマージンΔＴを引いた温度（以下、制御目標温度Ｔ_f）とを比較し、その大小関係に応じて以下の制御を行う。

予測されたモータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fよりも低い場合（図６に一点鎖線で示すケースＡ）は、ステップＳ５に移行し、オイルポンプ流量をＱ_nowからΔＱだけ減少させる。これは、充分時間が経過してもモータ温度が制御目標温度Ｔ_fに到達せず、モータ温度に余裕があるので、オイルポンプ流量を減少させてオイルポンプ５における損失を低減した方が、モータ損失は大きくなるものの、システム全体としての損失を抑えることができるからである。

ステップＳ６では、オイルポンプ流量Ｑ_nowが減少することによるオイルポンプ損失の減少分ΔＰ_pumpと、オイルポンプ流量Ｑ_nowが減少してモータ１の熱抵抗が増大し、この結果、モータ１の発熱が増大して抵抗が増大することによるモータ損失の増加分ΔＰ_motをそれぞれ演算して比較し、ΔＰ_motがΔＰ_pumpよりも大きくなるまでステップＳ５に戻ってオイルポンプ流量Ｑ_nowを減少させる。

オイルポンプ損失の減少分ΔＰ_pumpは、流量Ｑ_now、流量Ｑ_now−ΔＱにおけるオイルポンプ損失を図４に示すオイルポンプ損失マップを参照することによってそれぞれ求め、両者の差をとることによって求めることができる。

また、モータ損失の増加分ΔＰ_motは、次式（６）により演算する。

式（６）中、Ｐはオイルポンプ流量Ｑ_nowを減少させる前のモータ損失、ΔＴ_tはオイルポンプ流量Ｑが減少することによる熱抵抗Ｔ_tの変化量、Ｉ_acはモータ入力電流である。ΔＴ_tは、流量Ｑ_now、流量Ｑ_now−ΔＱにおける熱抵抗を図３に示す熱抵抗マップを参照することによってそれぞれ求め、両者の差をとることによって求めることができる。

逆に、予測されたモータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fよりも高い場合（図６に実線で示すケースＢ）は、ステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fに達したかどうか判定し、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fに達したらモータ温度Ｔ_motを下げるためにステップＳ８に進んでオイルポンプ流量Ｑ_nowをΔＱだけ増大させる。これは、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fを超えるとモータ損失が大きくなるので、オイルポンプ流量Ｑ_nowを増大させてモータ温度Ｔ_motを下げ、モータ損失を低減した方が、オイルポンプ損失は大きくなるものの、システム全体としての損失を抑えることができるからである。図６に破線で示すケースＢ’は、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fに達した後、オイルポンプ流量Ｑ_nowを増大させた場合のモータ温度Ｔ_motの挙動を示している。

ステップＳ９では、オイルポンプ流量Ｑ_nowが増大することによるオイルポンプ損失の増大分ΔＰ_pumpと、オイルポンプ流量Ｑ_nowが増大してモータ１の熱抵抗が減少し、この結果、モータ１の発熱が減少して抵抗が減少することによるモータ損失の減少分ΔＰ_motをそれぞれ演算して比較し、ΔＰ_pumpがΔＰ_motよりも大きくなるまでステップＳ８に戻ってオイルポンプ流量Ｑ_nowを増大させる。ΔＰ_pump、ΔＰ_motの演算方法はステップＳ６での演算方法と同様である。

したがって、上記制御によれば、充分時間が経過したときのモータ温度Ｔ∞が一次遅れ近似により予測され、予測されたモータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fに比べて低いときは、オイルポンプ流量減少によるモータ損失増加分ΔＰ_motが流量減少によるオイルポンプ損失減少分ΔＰ_pumpよりも大きくなるまでオイルポンプ流量Ｑ_nowが減少制御される。逆に、モータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fに比べて高いときは、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fに達した後に、オイルポンプ流量増大によるオイルポンプ損失増加分ΔＰ_pumpが流量増大によるモータ損失減少分ΔＰ_motよりも大きくなるまでオイルポンプ流量Ｑ_nowが増大制御される。

つまり、モータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fよりも低く、モータ温度Ｔ_motに余裕がある場合は、オイルポンプ流量Ｑ_nowを減少させてオイルポンプ損失を下げた方がシステム全体の効率が上がることから、この場合は、オイルポンプ流量Ｑ_nowを減少させることによるモータ損失増加分とオイルポンプ損失減少分が釣り合うところまでオイルポンプ流量Ｑ_nowを徐々に減少させる。逆に、モータ温度Ｔ∞が制御目標温度Ｔ_fよりも高いときはオイルポンプ流量Ｑ_nowを増大させてモータ損失を下げた方がシステム全体の効率が上がることから、この場合は、モータ温度Ｔ_motが制御目標温度Ｔ_fを超えた後、オイルポンプ流量Ｑ_nowを増大させることによるモータ損失減少分とオイルポンプ損失増大分が釣り合うところまでオイルポンプ流量Ｑ_nowを徐々に増大させる。

以上の流量制御を行うことにより、オイルポンプ流量Ｑ_nowは、最終的に、モータ損失とオイルポンプ損失の総和が最小となるように制御され、システム全体として損失が最小に抑えられる。

本発明に係るモータの冷却システムの概略構成図である。 モータの効率マップである。 モータの熱抵抗マップである。 オイルポンプの損失マップである。 オイルポンプ流量制御の内容を示したフローチャートである。 オイルポンプ流量制御の説明図である。

符号の説明

１ モータ
２ インバータ
３ バッテリ
５ 電動オイルポンプ（電動ポンプ）
６ 供給通路
７ 戻り通路
１０ コントローラ
１２ 電力センサ
１３ 電流センサ
１４ 温度センサ
１５ 流量センサ
１６ 温度センサ

Claims (3)

1. モータに冷媒を供給する電動ポンプと、
   前記電動ポンプの冷媒供給量を変化させることによる前記モータの損失の変化量と前記電動ポンプの損失の変化量をそれぞれ演算する損失演算手段と、
   前記モータの損失の変化量と前記電動ポンプの損失の変化量を比較し、前記モータの損失と前記電動ポンプの損失の和が減少するように前記電動ポンプの冷媒供給量を変更する電動ポンプ制御手段と、
   を備えたことを特徴とするモータの冷却システム。
2. 前記電動ポンプ制御手段は、前記電動ポンプの冷媒供給量を所定量減少させることによる前記モータの損失の増大量と前記電動ポンプの損失の減少量をそれぞれ演算し、前記電動ポンプの損失の減少量が前記モータの損失の増大量よりも大きいときは、前記電動ポンプの冷媒供給量を前記所定量減少させることを特徴とする請求項１に記載のモータの冷却システム。
3. 前記電動ポンプ制御手段は、前記電動ポンプの冷媒供給量を所定量増大させることによる前記モータの損失の減少量と前記電動ポンプの損失の増大量をそれぞれ演算し、前記モータの損失の減少量が前記電動ポンプの損失の増大量よりも大きいときは、前記電動ポンプの冷媒供給量を前記所定量増大させることを特徴とする請求項１または２に記載のモータの冷却システム。

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