JP2014107956A - モータ、制御装置およびモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ２０に埋め込まれた磁石２１の温度を高精度に検出できるモータを提供する。
【解決手段】コイル２４が設けられたステータ２５と、ステータ２５を固定するケース２２と、軸受２３を介してケース２２に支持されたロータ２０と、ケース２２の内壁に内気温度検出点支持部材１８を介して取り付けられ、ケース２２の内部に充填された空気である内気２７の温度を計測する内気温度センサ１７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルが設けられたステータと磁石が設けられるロータとを有する車両駆動用モータのモータ駆動装置に関する。

電気自動車の車両駆動用モータにおいて、コイルの焼損や磁石の熱減磁を避けるため、モータの過度な温度上昇を防止するモータ駆動装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、コイルや磁石の温度が上昇した際に、モータのトルクを下げることでコイルや磁石の温度を低下させるようにしている。

特開２００８−１０９８１６号公報

コイルが設けられたステータと磁石が設けられるロータとを有するモータにおいて、コイルの発熱は電気抵抗が原因で生じ、その発熱量はモータトルクの大きさに応じて変化するのに対し、磁石の発熱は磁石を貫く磁束の変化が原因で生じ、その発熱量はモータトルクの大きさとモータ回転数に応じて変化する。このため、コイルの場合はモータトルクの大きさが大きくなると発熱量が増えてコイル温度が高温になる。また、磁石２１の場合は、モータトルクの大きさが大きくなったりモータ回転数が大きくなったりすると発熱量が増え、磁石温度が高温になる。

このようにコイルと磁石では発熱の原因、動作が異なり、コイル温度を計測するだけでは、磁石が設けられるロータの温度を正確に検出し、過度な温度上昇を防止することができない。

しかも、磁石は回転部分であるロータに埋め込まれており、直接温度センサを取り付けて温度を計測することはできない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、従来困難であったロータの温度を高精度に検出することができるようにするものである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「コイルが設けられたステータと、前記ステータを固定するケースと、軸受を介して前記ケースに支持されたロータと、前記ケースの内部に充填された空気である内気の温度を検出する内気温度検出部を有すること」を特徴とする。

本発明によれば、ロータの温度を高精度に検出できる。前記以外の構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるモータ２の概略構成を示す要部断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるコイル２４の発熱の傾向を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態における磁石２１の発熱の傾向を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態におけるモータ２の各部の熱の流れを示す図である。 本発明の第１の実施の形態における制御演算部８のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における制御演算部８の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における磁石温度演算部３２のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における磁石温度演算部３２の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における磁石温度演算部３２による推定結果のグラフである。 本発明の第２の実施の形態におけるモータ２の概略構成を示す要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるモータ２の概略構成を示す要部断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態では、モータを車両の唯一の駆動源とする電気自動車の駆動システムに適用した場合を例に挙げて本発明を説明しているが、本発明は、鉄道車両や建設車両などの電動車両、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車、ハイブリッドバスなどの乗り合い自動車などの制御装置にも適用することができる。

また、以下の実施形態では、本発明を、ロータに磁石が設けられたモータに適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限らず本発明は、誘導モータのようにロータに磁石を備えていないモータにも適用することができる。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態における電気自動車の駆動システム（以下では、モータ駆動装置と呼ぶ）の構成を示す図である。なお図１の破線矢印は信号の流れを示している。車両には、車両のエネルギー源であるバッテリ１と、車両を電動駆動するモータ２と、バッテリ１とモータ２の間で電力変換を行うインバータ電源３と、インバータ電源３，制動装置７等を制御する制御演算部８とを備えている。

インバータ電源３は、バッテリ１から供給される直流電力を、パルス幅変調（ＰＷＭ）により三相交流電力に変換してモータ２に供給する。モータ２は、インバータ電源３から三相交流電力として供給された電気エネルギーを運動エネルギーに変換する。モータ２が運動エネルギーとして発生した動力は、減速機４に伝えられ、この減速機４内部のギア式の減速機構により減速された後に、差動機構５を介して左右の駆動輪６に伝えられ、車両を駆動する駆動力となる。

駆動輪６の近傍には車両を制動させる制動装置７が設けられている。制動装置７には油圧倍力装置が備えられており、この油圧倍力装置が発生する油圧操作力で駆動輪６を押さえつけ、摩擦力を発生させる。これにより運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、車両を制動させる。制動装置７は、車両を制動させることでモータ２の回転数を低下させることができる。

図１において、制御演算部８はＣＰＵやメモリなどから構成され、後述するモータ制御プログラムを実行してモータ２および制動装置７を制御する。制御演算部８は、インバータ電源３に指令を送り、モータ２に通電する電流の大きさや、交流電流の周波数を変更させることで、モータ２が発生するトルクや、バッテリ１に充電される回生電力を変化させることができる。また、制御演算部８は、駆動輪６に発生させる摩擦力を変更させる指令（後述する制動力指令）を制動装置７に送ることで、制動装置７が発生する制動力を変化させることができる。

図１に示すように、制御演算部８には、車速を検出する車速センサ９、アクセルペダル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ１０、ブレーキペダル開度（ブレーキペダルの操作量）を検出するブレーキセンサ１１、外気温を検出する外気温センサ１２、モータ２のトルクを検出するトルクセンサ１３、モータ２の回転数を検出する回転数センサ１４、モータ２の後述する冷却水２６の温度を検出する冷却水温度センサ１５、モータ２の後述するコイル２４の温度を検出するコイル温度センサ１６、モータ２の後述する内気２７の温度を検出する内気温度センサ１７、などが接続されている。

図２はモータ２の構成を示す断面図である。モータ２はＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータであって、ロータ２０の内部に磁石２１が埋め込まれている。ロータ２０の両端は、ケース２２に設けられた軸受２３によって支持されている。ケース２２の内周面にはコイル２４が設けられたステータ２５が固定されている。コイル２４に交流電流を通電して回転磁界を発生させると、磁石２１が埋め込まれたロータ２０が回転する。その結果、モータ２に供給された電気エネルギーが運動エネルギーに変換される。

モータ２は運転状態に応じて発熱する。そのため、発熱によってモータ温度が過度に上昇すると、コイル２４に塗布されているワニスが変質するおそれがある。また、磁石２１（例えば、レアアースメタルを用いた磁石）は、高温時に大きな逆磁場を受けると不可逆減磁するという性質を有している。従って、コイル２４および磁石２１を過度な温度上昇から保護する必要がある。

モータ２を冷却するため、ケース２２には冷却水２６が流れている。この冷却水２６にケース２２の熱を伝えることで、モータ２の温度を低下させる。コイル２４の温度を監視するため、コイル２４にはコイル温度センサ１６が取り付けられている。

またケース２２の内側に充填された空気である内気２７の温度を計測し、後述する制御演算部８に備えられた磁石温度推定部３２で参照するため、ケース２２の内壁には、例えばセラミックの構造物からなる内気温度検出点支持部材１８を介して内気温度センサ１７が取り付けられている。この内気温度検出点支持部材１８を介在させたことにより、内気温度センサ１７はケース２２と直接接触することがない。

なお、本実施の形態では、内気温度検出点支持部材１８にセラミックの構造物を用いたが、これに代えて、内気温度検出点支持部材１８を内気温度センサ１７の計測情報を伝える信号線とし、この信号線を延ばして、内気温度センサ１７をケース２２の内壁から所定距離離すことで内気温度センサ１７とケース２２が直接接触しないように取り付けてもよい。

コイル２４は、交流電流が通電されると電気抵抗により発熱する。図３はコイル２４の発熱の傾向を説明する図であり、モータ２の回転数・トルク特性（最大トルク）を示す曲線Ｌ１にコイル２４の発熱傾向（ラインＬ１１〜Ｌ１４）を重ねて示したものである。図３において縦軸はモータトルク、横軸はモータ回転数を表しており、太線で示すラインＬ１は常温におけるモータ２の最大トルクを表している。最大トルクＬ１は、各モータ回転数において出力可能なモータトルクを示しており、モータ２は最大トルクよりも内側の領域（ラインＬ１で囲まれた領域）で用いられる。

発熱傾向を表す各ラインＬ１１〜Ｌ１４は、発熱量が同一の動作点を結んだ曲線である。コイル２４に通電される交流電流は、概ねモータトルクの大きさ（絶対値）に応じて変化する。そのため、コイル２４の発熱量はモータトルクの大きさに応じて大きくなり、Ｌ１１＜Ｌ１２＜Ｌ１３＜Ｌ１４の順に発熱量が大きくなっている。図３からも分かるように、モータトルクが同じであれば、回転数が変化しても発熱量はほとんど変化しない。モータトルクが負の領域のＬ１１〜Ｌ１４は、モータ２を回生動作させたときの発熱量を示している。

一方、磁石２１は、磁石２１を貫く磁束の変化に応じて発熱する。図４は磁石２１の発熱の傾向を説明する図であり、モータ２の最大トルクを示す曲線Ｌ１に磁石２１の発熱傾向（曲線Ｌ２１〜Ｌ２４）を重ねて示したものである。コイル２４によって形成される磁束の密度は、モータトルクの大きさに応じて大きくなる。また、モータ２の回転数が大きくなると磁束の変化が激しくなる。そのため、磁石２１の発熱量はモータトルクの大きさとモータ回転数に応じて変化し、図４に示すように、同一発熱量の動作点を結んだ曲線Ｌ２１〜Ｌ２４は複雑な形状となっている。図４においては、Ｌ２１＜Ｌ２２＜Ｌ２３＜Ｌ２４の順に発熱量が大きくなっている。

上述したように、コイル２４の発熱量はモータトルクの大きさに応じて変化するのに対して（図３）、磁石２１の発熱量はモータトルクの大きさとモータ回転数に応じて変化する（図４）。従って、コイル２４はモータトルクの大きさ（絶対値）が大きくなると発熱量が増え、コイル温度が高温になる。また、磁石２１の場合には、モータトルクの大きさが大きくなったりモータ回転数が大きくなったりすると発熱量が増え、磁石温度が高温になる。

このようにコイル２４と磁石２１は発熱の大きい動作点が異なり、コイル温度センサ１６によりコイル２４の温度を測るだけでは、磁石２１の過度な温度上昇を防止することができない。またコイル２４は非回転部分であるステータ２６に設けられているため、コイル温度センサ１６を容易に取り付けられるが、磁石２１は回転部分であるロータ２０に埋め込まれているため、直接温度センサを取り付けることが困難である。そのため、磁石２１の過度な温度上昇を防止するためには、磁石２１に直接温度センサを設けることなく、高精度に温度を推定する手段が必要である。

そこで、本実施形態では、制御演算部８は、モータ２の運転状態より算出されるモータ２の発熱から、磁石２１の温度を計算するようにした。これにより、温度を検出するセンサを磁石２１に設けることなく、回転体に埋め込まれた磁石２１の温度を推定することができる。さらにコイル温度センサ１６および内気温度センサ１７の検出値を用いることで、磁石２１の温度推定精度を向上させている。

上述したように、内気温度センサ１７は内気温度検出点支持部材１８を介してケース２２に取り付けられている。内気温度センサ１７とケース２２を直接接触させず、間に間隔を設けることで、ケース２２の温度の影響を受けず、内気２７の温度を高精度に計測でき、ロータ２０および磁石２１の温度をより高精度に推定できる。

図５に本実施形態におけるモータ２の熱の流れを示す。図５において、ケース２２は、外気、軸受２３、ステータ２５、冷却水２６、内気２７との間で各々熱の流れが存在する（各々熱が伝達する）。

軸受２３は、ロータ２０、ケース２２との間で各々熱の流れが存在する。ステータ２５は、ケース２２、コイル２４、内気２７との間で各々熱の流れが存在する。コイル２４は、ステータ２５、内気２７との間で各々熱の流れが存在する。内気２７は、ロータ２０、ケース２２、コイル２４、ステータ２５との間で各々熱の流れが存在する。ロータ２０は、磁石２１、軸受２３、内気２７との間で各々熱の流れが存在する。磁石２１はロータ２０との間で熱の流れが存在する。

本実施形態では、モータ２の運転状態から算出されるモータ２の発熱、図５に示すモータ２の熱の流れの関係、外気温センサ１３の検出値、冷却水温度センサ１５の検出値から、モータ２における熱の流れを計算することで、ロータ２０および磁石２１の温度を計算する。

モータ２の各部の温度は、モータ２の各部の発熱と、モータ２の各部の熱の移動と、ケース２２から外気への放熱と、ケース２２から冷却水２６への放熱と、の収支で決まる。ここで、モータ２の各部間での熱の移動量は、各部間の温度差で決まる。また、ケース２２から外気への放熱量は、ケース２２と外気の温度差で決まる。ケース２２から冷却水２６への放熱量は、ケース２２と冷却水２６の温度差で決まる。

このため、モータ２の各部の発熱量と外気温度と冷却水温度とから、図５の熱の流れに従って、モータ２の各部、すなわちロータ２０や磁石２１の温度を計算することができる。モータ２の各部の発熱量は概ねモータトルクとモータ回転数とで決まるので、ロータ２０や磁石２１の温度は、外気温センサ１３によって実測される外気温度と、冷却水温度センサ１５によって実測される冷却水温度と、モータ２の駆動状態であるモータトルクおよびモータ回転数とから、図５の熱の流れに従って計算することによって推定することができる。モータ２の駆動状態として、上述した交流電流の大きさおよび周波数を用いても良い。

ここで、モータ２は熱容量が大きいため、一般的な車の運転時間に対して、モータ２の温度はゆっくり変化する。そのため、熱の流れの計算過程で誤差が発生すると、その影響は長時間続き、ロータ２０および磁石２１の温度の推定精度を低下させる。そこで本実施の形態では、コイル温度センサ１６および内気温度センサ１７の検出値を用いることで、磁石温度２１の推定精度を向上させている。

すなわち、本実施の形態では、内気温度センサ１７で内気２７の温度を計測し、図５の熱の流れに従って計算した内気２７の計算温度と、内気温度センサ１７の計測温度に差があった場合には、この差に応じて図５に示す各部の計算温度を補正する。

例えば、内気２７の計算温度が計測温度よりも大きい場合、ロータ２０を含む各部の計算温度も実際より大きく計算されている可能性が高いため、ロータ２０を含む各部の計算温度をより小さく補正する。これによりロータ２０および磁石２１の推定温度を高精度化する。ロータ２０は、図５に示すように内気２７と熱の授受を直接行っているため、内気温度センサ１７の計測温度を用いることで、ロータ２０の温度を素早く補正できる。

付け加えると、空気は金属に比べて比熱が小さく温度が変化しやすいため、ロータ２０の温度が変化すると、内気２７の温度は、ステータ２５やケース２２等と比較して素早く変化する。このため、内気温度センサ１７で内気２７の温度を計測することで、ロータ２０および磁石２１の温度を素早く補正できる。

また、モータ２の中でコイル２４が最も高温になりやすく、コイル２４の温度上昇により内気２７の温度は変化させられやすい。したがって、コイル温度センサ１６でコイル２４の温度を計測し、コイル２４の計算温度と、コイル温度センサ１６の計測温度に差があった場合には、この差に応じて内気２７を含む各部の温度を補正する。

例えばコイル２４の計算温度が計測温度よりも高かった場合、コイル２４の影響で内気２７の温度が実際より高く計算されている可能性が高い。そこで内気２７を含む各部の計算温度をより小さく補正する。これにより、内気２７の温度変化のうちコイル２４による影響を分離しやすくなり、ロータ２０および磁石２１の温度をより高精度に推定できる。

そしてこのように推定した磁石２１の温度、コイル温度センサ１６の検出温度が所定温度を超えた場合には、本実施形態ではモータ２のトルクと回転数が低下するようにインバータ電源３へ指令することで、磁石２１およびコイル２４の過度な温度上昇を防止している。

上述したように、コイル２４と磁石２１では、高温になりやすい動作点が異なり、したがって、温度を下げるために望ましい対応が異なる。そこで第１の実施の形態では、コイル２４が高温の場合と、磁石２１が高温の場合とで、異なる保護動作を実施することでコイル２４および磁石２１の過度な温度上昇を防止している。

すなわち、コイル２４の過度な温度上昇を防止するためには、コイル温度に応じて発熱量すなわちモータトルクを制限すればよい。コイル温度が比較的低い場合には許容されるモータトルクは比較的大きく、ある温度以下では図３の最大トルクまで許容される。逆に、コイル温度が比較的高い場合には、許容されるモータトルクは小さくなる。

一方、磁石２１の発熱量はモータトルクの大きさ（絶対値）とモータ回転数に応じて変化し、発熱量一定のラインは図４に示すラインＬ２１〜Ｌ２４のような形状となる。磁石２１の過度な温度上昇を防止するためには、磁石２１の温度に応じて、発熱量すなわちモータトルクとモータ回転数を制限する必要がある。

上述したように、磁石２１の発熱は、モータトルクの大きさ（絶対値）とモータ回転数に応じて大きくなる。そのため、モータトルクを下げても、モータ回転数が大きい場合には、磁石２１の温度が上昇する可能性がある。例えば、車両が下り勾配を走行中のような場合、すなわち、モータ回転数を増加させる負荷がロータ２０に加わっている場合には、モータトルクをゼロに制限しても、車速すなわちモータ回転数は増加する。このとき、磁石２１の発熱が大きくなり磁石温度は上昇を続ける。また、このような場合にモータトルクを調整してモータ回転数を下げようとすると、モータトルクを回生側に増大させる必要がある。この場合も磁石２１の発熱は増大する。

本実施形態では、制御演算部８は、モータトルクをゼロとするようにインバータ電源３に指令を送ってもなおモータ回転数が上昇する場合には、車速すなわちモータ回転数を低下させるように制動装置７に指令を送る。これにより、モータ回転数を低下させ、磁石２１の過度な温度上昇を避けることができる。

また制御演算部８は、内気温度センサ１７の故障を検知すると、内気温度センサ１７の検出値を用いず、コイル温度センサ１６の検出値のみで計算温度の補正を実施する。まず内気温度センサ１７が正常な場合と同様、モータ２の運転状態から算出されるモータ２の発熱、図５に示すモータ２の熱の流れの関係、外気温センサ１２の検出値、冷却水温度センサ１５の検出値から、モータ２における熱の流れを計算することで、ロータ２０および磁石２１の温度を計算する。次に、コイル温度センサ１６でコイル２４の温度を計測し、コイル２４の計算温度と、コイル温度センサ１６の計測温度に差があった場合には、この差に応じて内気２７を含む各部の温度を補正する。これにより、内気温度センサ１７が故障しても、ロータ２０および磁石２１の温度を推定し続けることができる。

図６は第１の実施の形態における制御演算部８の構成を示すブロック図である。図７は第１の実施の形態における制御演算部８の動作を示すフローチャートである。以下では、図６、図７を用いて第１の実施の形態のモータ制御動作を説明する。制御演算部８のＣＰＵは、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により図６に示すモータ制御ブロックを構成し、車両のイグニッションキースイッチ（不図示）がオンしている間、図７に示すモータ制御プログラムを繰り返し実行する。

制御演算部８には、トルク要求演算部３０、制動力要求演算部３１、磁石温度演算部３２、トルク制限演算部３３、回転数制限演算部３４、トルク指令演算部３５、制動力指令演算部３６、が各々設けられている。各部の動作は以下に説明する。

ステップＳ０１では、車速センサ９から入力される車速信号と、アクセルセンサ１０から入力されるアクセル開度信号（アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号）とに基づいて、モータ２のトルク要求をトルク要求演算部３０において計算する。具体的には、アクセルペダルのアクセル開度は車両としての出力要求に比例するので、アクセル開度を出力要求に換算する。そして、その出力要求を車速で除算することで、車両の駆動力要求、すなわちモータ２のトルク要求を計算する。

ステップＳ０２では、ブレーキセンサ１１から入力されるブレーキ開度信号（ブレーキペダルの踏み込み量に応じた信号）に基づいて、制動装置７の制動力要求を制動力要求演算部３１において計算する。ブレーキペダルのブレーキ開度は車両としての制動力要求に比例するので、ブレーキ開度を制動力要求に換算する。なお、制動力要求はモータトルク相当に換算されており、車両を減速させるように働くので負値となる。

ステップＳ０３では、磁石温度演算部３２は、コイル温度センサ１６から入力されるコイル２４の温度信号と、内気温度センサ１７から入力される内気２７の温度信号と、外気温センサ１２から入力される外気の温度信号と、冷却水温度センサ１５から入力される冷却水２６の温度信号と、トルクセンサ１３から入力されるモータ２のトルク信号と、回転数センサ１４から入力されるモータ２の回転数信号とに基づいて、磁石２１の推定温度を計算する。

ここで、図８は磁石温度演算部３２の構成の詳細を示すブロック図であり、図９は磁石温度演算部３２の動作の詳細を示すフローチャートである。図８において、磁石温度演算部３２には、発熱演算部４１、温度演算部４２、コイル温度センサ失陥判定部４３、内気温度センサ失陥判定部４４、温度補正部４５、磁石温度選択部４６が各々設けられている。各部の動作は以下に説明する。

図９において、ステップＳ０３１では、発熱演算部４１は、トルクセンサ１３から入力されるモータトルクと、回転数センサ１４から入力されるモータ回転数とに基づいて、モータ２の各部（ロータ２０、磁石２１、軸受２３、コイル２４、ステータ２５等の各部）の発熱量を計算する。インバータ電源３からモータ２に入力される交流電流は、モータトルクおよびモータ回転数に対して概ね決まった大きさおよび周波数となる。従って、モータ２の各部の発熱量は、モータ２の駆動状態であるモータトルクおよびモータ回転数から計算することができる。モータトルクおよびモータ回転数とモータ２の各部の発熱量との対応関係は、制御演算部８が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップＳ０３１では、この数値マップを検索することで、モータ２の各部の発熱量を計算する。

ステップＳ０３２では、温度演算部４２は、外気温センサ１２から入力される外気温と、冷却水温度センサ１５から入力される冷却水温度と、発熱演算部４１で計算されたモータ２の各部の発熱量と、後述する温度補正部４５で計算されたモータ２の各部の前ステップの補正温度に基づいて、モータ２各部の現在の温度を計算する。

上述したとおり、モータ２の各部の温度は、モータ２の各部の発熱と、モータ２の各部の熱の移動と、ケース２２から外気への放熱と、ケース２２から冷却水２６への放熱と、の収支で決まる。ここで、モータ２の各部間での熱の移動量は、各部間の温度差で決まる。また、ケース２２から外気への放熱量は、ケース２２と外気の温度差で決まる。ケース２２から冷却水２６への放熱量は、ケース２２と冷却水２６の温度差で決まる。従って、モータ２の各部の発熱量と外気温度と冷却水温度と前ステップのモータ２各部の温度から、モータ２の各部の現在の温度を計算することができる。

ステップＳ０３３では、コイル温度センサ失陥判定部４３は、コイル温度センサ１６が失陥しているか否かを判定する。コイル温度センサ１６には例えばサーミスタが使用される。サーミスタは断線を生じると、電気抵抗が急増する。したがって電気抵抗を監視することで、サーミスタの断線による失陥を検出することができる。このようにしてコイル温度センサ１６が失陥しているか否かを判定する。コイル温度センサ１６が失陥していないと判定された場合には、ステップＳ０３３においてＮＯと判定されて、ステップＳ０３４へ進む。一方、ステップＳ０３３においてコイル温度センサ１６が失陥していると判定された場合にはステップＳ０３５へ進む。

ステップＳ０３４では、温度補正部４５は、温度演算部４２が計算したモータ２各部の温度のうち、コイル２４の推定温度と、コイル温度センサ１６から入力されたコイル２４の計測温度を比較する。推定温度が計測温度よりも大きい場合は、モータ２各部の温度が実際より大きく計算されていると判断し、モータ２各部の推定温度をより小さく補正する。推定温度が計測温度よりも小さい場合には、モータ２各部の温度が実際より小さく計算されていると判断し、モータ２各部の推定温度をより大きく補正する。

ステップＳ０３５では、内気温度センサ失陥判定部４４は、内気温度センサ１７が失陥しているか否かを判定する。内気温度センサ１７の失陥判定も上述したコイル温度センサ１６の失陥判定と同様の方法で実施する。すなわち、内気温度センサ１７にサーミスタが使用されている場合に、その電気抵抗を監視し、サーミスタの断線による失陥を検出する。内気温度センサ１７が失陥していないと判定された場合には、ステップＳ０３５においてＮＯと判定されて、ステップＳ０３６へ進む。一方、ステップＳ０３５において内気温度センサ１７が失陥していると判定された場合にはステップＳ０３７へ進む。

ステップＳ０３６では、温度補正部４５は、モータ２各部の推定温度のうち、内気２７の推定温度と、内気温度センサ１７から入力された内気２７の計測温度を比較する。推定温度が計測温度よりも大きい場合は、モータ２各部の温度が実際より大きく計算されていると判断し、モータ２各部の推定温度をより小さく補正する。推定温度が計測温度よりも小さい場合には、モータ２各部の温度が実際より小さく計算されていると判断し、モータ２各部の推定温度をより大きく補正する。

ステップＳ０３７では、磁石温度選択部４６は、温度演算部４２により計算され、コイル温度センサ１６、内気温度センサ１７が失陥していない場合に補正されたモータ２各部の推定温度から磁石２１の温度を選択して、後述するトルク制限演算部３３および回転数制限演算部３４へ出力する。

図７に戻って、ステップＳ０４では、トルク制限演算部３３は、コイル温度センサ１６から入力されたコイル２４の温度と、磁石温度演算部３２から入力された磁石２１の推定温度とに基づいて、コイル２４と磁石２１を過度な温度上昇から保護するためのトルク制限を計算する。なお、コイル２４の温度と磁石２１の温度からトルク制限までの対応関係は、制御演算部８が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップＳ０４ではこの数値マップを検索することで、トルク制限を計算する。トルク制限は正数であり、力行側はトルク制限以下となるようにモータトルクを制限し、回生側はトルク制限の正負反転値以上となるようにモータトルクを制限する。

ステップＳ０５では、回転数制限演算部３４は、磁石温度演算部３２から入力された磁石２１の推定温度に基づいて、磁石２１を過度な温度上昇から保護するための回転数制限を計算する。なお、磁石２１の温度から回転数制限までの対応関係は、制御演算部８が備えるメモリ内に数値マップとして格納されている。ステップＳ０５ではこの数値マップを検索することで、回転数制限を計算する。

ステップＳ０６では、トルク指令演算部３５は、トルク要求演算部３０から入力されたモータ２の要求トルクと、トルク制限演算部３３から入力されたモータ２のトルク制限とに基づいて、インバータ電源３へ送信するトルク指令を計算する。トルク制限は正数であり、力行側はトルク制限以下となるようにトルク要求を制限し、回生側はトルク制限の正負反転値以上となるようにトルク要求を制限する。トルク要求が力行側でかつトルク制限以下の場合にはトルク要求をトルク指令とする。トルク要求が力行側でかつトルク制限以上の場合にはトルク制限をトルク指令とする。トルク要求が回生側でかつトルク制限以上の場合にはトルク要求をトルク指令とする。トルク要求が回生側でかつトルク制限以下の場合にはトルク制限をトルク指令とする。

ステップＳ０７では、制動力指令演算部３６は、制動力要求演算部３１から入力された制動装置７の制動力要求と、トルク制限演算部３３から入力されたモータ２のトルク制限と、回転数センサ１４から入力されたモータ２の回転数信号と、回転数制限演算部３４から入力されたモータ２の回転数制限とに基づいて、制動装置７へ送信する制動力指令を計算する。トルク制限がゼロであるにも関わらず、モータ回転数が上昇する場合には、モータ回転数が回転数制限以下となる指令値を制動力指令とする。上記以外の場合には、制動力要求を制動力指令とする。これにより、モータ回転数を低下させ、磁石２１の過度な温度上昇を避けることができる。

以上説明したように、第１の実施の形態では、図６に示すように、磁石温度演算部３２、トルク制限演算部３３、回転数制限演算部３４を設け、磁石２１の温度を推定するとともに、モータトルクがトルク制限演算部３３によるトルク制限以下となるようなトルク指令を出力し、モータ回転数が回転数制限演算部３４による回転数制限以下となるような制動力指令を出力するようにしたので、コイル２４の温度および磁石２１の温度の過度な上昇を防止することができる。

図１０はロータ２０の実温度と磁石温度演算部３２による推定温度を比較した結果である。実線はロータ２０の実温度、破線は磁石温度演算部３２によるロータ２０の推定温度で温度補正部４５による補正を実施した場合、点線は磁石温度推定部３２によるロータ２０の推定温度で温度補正部４５による補正を実施しなかった場合（コイル温度センサ１６と内気温度センサ１７が失陥した場合に相当）である。温度補正４５による補正を実施しなかった場合と比較して、温度補正４５による補正を実施した場合は、ロータ２０の温度の推定誤差が低減されている。

また、内気温度センサ１７が失陥した場合でも、コイル温度センサ１６の検出温度と、モータの駆動状態、すなわち外気温信号、冷却水温度信号、トルク信号、回転数信号とに基づいてモータ各部の温度情報を算出することができる。

＜第２の実施の形態＞
図１１は、本発明の第２の実施の形態におけるモータ２の概略構成を示す図である。第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の一部の構成（モータ２の構造）を変更したものである。図１に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。

第２の実施の形態は、図２に示す第１の実施の形態におけるモータ２において、内気温度センサ１７を、ケース２２よりも熱伝達率の低い内気温度検出点断熱部材５０を介してケース２２に固定したものである。内気温度センサ１７を、内気温度検出点断熱部材５０介してケース２２に直接固定することで、振動等による故障を防止し、内気温度センサ１７の信頼性を向上できる。またケース２２よりも熱伝達率の低い内気温度検出点断熱部材５０を介しているため、ケース２２と内気温度センサ１７の間での熱の授受を低減し、内気２７の温度を高精度に検出できる。このように、内気温度センサ１７の計測精度と信頼性を両立できる。

＜第３の実施の形態＞
図１２は、本発明の第３の実施の形態におけるモータ２の概略構成を示す図である。第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の一部の構成（モータ２の構造）を変更したものである。図１に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。

第３の実施の形態は、図２に示す第１の実施の形態におけるモータ２において、内気温度センサ１７を、内気温度検出点支持部材１８を介してステータ２５に取り付けたものである。内気体温度センサ１７とステータ２５を直接接触させず、間に間隔を設けることで、ステータ２５の温度の影響を受けず、内気２７の温度を高精度に計測でき、ロータ２０および磁石２１の温度をより高精度に推定できる。

また内気温度センサ１７をステータ２５に取り付けることで、コイル温度センサ１６の信号線であるコイル温度センサ信号線５１と、内気温度センサ１７の信号線である内気温度センサ信号線５２をまとめることが可能となり、モータ２の組み立て性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、内気温度検出点支持部材１８にセラミックの構造物を用いたが、これに代えて、内気温度検出点支持部材１８を内気温度センサ１７の計測情報を伝える信号線とし、この信号線を延ばすことで内気温度センサ１７とケース２２が直接接触しないように取り付けてもよい。

＜第４の実施の形態＞
図１３は、本発明の第４の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略構成を示す図である。第４の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の一部の構成（制御演算部８の構成）を変更したものである。図１に示す要素と同様の要素に対しては同一の符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。

第４の実施の形態における制御演算部８は、モータ２に通電する電流の大きさや交流電流の周波数を演算する第１の制御演算部６１と、モータ２のトルク指令を演算する第２の制御演算部６２と、から構成される。第１の制御演算部６１と第２の制御演算部６２は、それぞれ別のＣＰＵやメモリで構成され、第１および第２の制御演算部６１、６２間で信号の授受が可能となっている。

第２の制御演算部６２は主に、モータ２によらない演算を実行する。第２の制御演算部６２には、車速センサ９、アクセルセンサ１０、ブレーキセンサ１１、などが接続されている。第２の制御演算部６２は、モータ２のトルク指令を演算して第１の制御演算部６１に送信し、制動力指令を演算して制動装置７に送信する。

第１の制御演算部６１は主に、モータ２に固有の演算を実行する。第１の制御演算部６１には、外気温センサ１２、トルクセンサ１３、回転数センサ１４、冷却水温度センサ１５、コイル温度センサ１６、内気温度センサ１７、などが接続されている。第１の制御演算部６１は、第２の制御演算部６２が送信したトルク指令から、モータ２に通電する電流の大きさや交流電流の周波数を演算し、インバータ電源３へ指令するとともに、ロータ２０や磁石２１の温度を演算し、第２の制御演算部６２へ送信する。

したがって、第１の制御演算部６１は図６の磁石温度演算部３２の機能を有し、第２の制御演算部６２は、図６のトルク要求演算部３０、制動力要求演算部３１、トルク制限演算部３３、回転数制限演算部３４、トルク指令演算部３５、制動力指令演算部３６の各機能を有するものである。

このように、モータ２に固有の演算と、モータ２によらない演算と、の実行部分を別に構成することで、プログラムのメンテナンス性を向上させることができる。例えば車両のスペックが変更になり、モータ２の特性が変わった場合には、第１の制御演算部６１のみを修正すればよい。

１…バッテリ
２…モータ
３…インバータ電源
４…減速機
５…差動機構
６…駆動輪
７…制動装置
８…制御演算部
９…車速センサ
１０…アクセルセンサ
１１…ブレーキセンサ
１２…外気温センサ
１３…トルクセンサ
１４…回転数センサ
１５…冷却水温度センサ
１６…コイル温度センサ
１７…内気温度センサ
１８…内気温度検出点支持部材
２０…ロータ
２１…磁石
２２…ケース
２３…軸受
２４…コイル
２５…ステータ
２６…冷却水
２７…内気
３０…トルク要求演算部
３１…制動力要求演算部
３２…磁石温度演算部
３３…トルク制限演算部
３４…回転数制限演算部
３５…トルク指令演算部
３６…制動力指令演算部
４１…発熱演算部
４２…温度演算部
４３…コイル温度センサ失陥判定部
４４…内気温度センサ失陥判定部
４５…温度補正部
４６…磁石温度選択部
５０…内気温度検出点断熱部材
５１…コイル温度センサ信号線
５２…内気温度センサ信号線
６１…第１の制御演算部
６２…第２の制御演算部

Claims (15)

1. コイルが設けられたステータと、前記ステータを固定するケースと、軸受を介して前記ケースに支持されたロータと、前記ケースの内部に充填された空気である内気の温度を検出する内気温度検出部を有することを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記内気温度検出部は、前記ケースに固定され、該ケースから前記内気が充填された空間方向に向かって延設された検出点支持部材と、前記検出点支持部材の前記空間側の部位であって、前記ケースから間隔を隔てた部位に配置された温検出点を備えていることを特徴とするモータ。
3. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記内気温度検出部は、断熱部材を介して前記ケースに固定されていることを特徴とするモータ。
4. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記コイルの温度を検出するコイル温度検出部を有し、
   前記内気温度検出部は、前記ステータに固定され、前記ステータから前記内気が充填された空間方向に向かって延設された検出点支持部材と、前記検出点支持部材の前記空間側の部位であって、前記ステータから間隔を隔てた部位に配置された温度検出点を備えていることを特徴とするモータ。
5. モータを駆動制御する制御装置であって、前記モータの内部に充填された空気である内気の温度を検出する内気温度検出手段を有し、前記内気温度検出手段の検出値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする制御装置。
6. 請求項５に記載の制御装置において、
   前記モータの駆動状態を取得する駆動状態取得手段を有し、
   前記駆動状態取得手段の取得値と前記内気温度検出手段の検出値に基づいて前記モータのロータ温度情報を算出し、
   前記算出されたロータ温度情報に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とする制御装置。
7. モータと、前記モータを駆動制御する制御演算部と、を有するモータ駆動装置において、
   前記モータは、コイルが設けられたステータと、前記ステータを固定するケースと、軸受を介して前記ケースに支持されたロータと、前記ケースの内部に充填された空気である内気の温度を検出する内気温度検出部を有し、
   前記制御演算部は、内気温度検出部の検出値に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ駆動装置。
8. 請求項７に記載のモータ駆動装置において、
   前記制御演算部は、前記モータの駆動状態と前記内気温度検出部の検出値に基づいて前記ロータの温度情報を算出し、
   前記算出された温度情報に基づいて前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ駆動装置。
9. 請求項８に記載のモータ駆動装置において、
   前記モータは前記コイルの温度を検出するコイル温度検出部を有し、
   前記制御演算部は、前記駆動状態と、前記内気温度検出部の検出値と、前記コイル温度検出部の検出値と、に基づいて前記温度情報を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
10. 請求項９に記載のモータ駆動装置において、
    前記制御演算部は、前記内気温度検出部の失陥を検知する失陥検知手段を有し、
    前記失陥検知手段が失陥を検知したとき、前記制御演算部は、前記駆動状態と、前記コイル温度検出部の検出値と、に基づいて前記温度情報を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
11. 請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
    前記ロータは磁石を備えており、
    前記温度情報は前記磁石の温度であることを特徴とするモータ駆動装置。
12. 請求項１１に記載のモータ駆動装置において、
    前記温度情報として算出された前記磁石の温度が所定値以上となったとき、前記制御演算部は前記モータのトルクまたは回転数を低下させることを特徴とするモータ駆動装置。
13. 請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
    前記駆動状態は前記モータのトルクおよび回転数であることを特徴とするモータ駆動装置。
14. 請求項８乃至１３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
    前記温度情報を演算する第１の演算部と、前記モータのトルク指令を演算する第２の演算部を備え、
    前記第１の演算部から前記第２の演算部へ前記温度情報を送信することを特徴とするモータ駆動装置。
15. 請求項８乃至１４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
    前記制御演算部は、前記モータの駆動状態からモータ各部の熱の流れに従って前記ロータを含むモータ各部の温度を推定し、該温度推定値と前記内気温度検出部の検出値との差に応じて前記温度推定値を補正することによって、前記ロータの温度情報を算出することを特徴とするモータ駆動装置。

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