JP2022143903A - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】温度センサが、温度推定箇所から離れた位置に取り付けられた場合でも、温度センサ以外の他のセンサの検出情報に依存せず、温度推定箇所の温度を精度よく推定することができる制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】温度推定対象物１０に取り付けられた温度センサ３の出力信号に基づいて、センサ温度を検出するセンサ温度検出部３２と、現在のセンサ温度の検出値又は現在のセンサ温度の補正値と、ステップ時間前のセンサ温度の検出値又はセンサ温度の補正値と、熱時定数と、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する温度推定部３３と、備えた制御装置３０。【選択図】図１

Description

本願は、制御装置及び制御方法に関するものである。
装置の温度上昇による損傷を避けるために、装置に温度センサを取り付ける構成が広く知られている。温度センサを、最も高温になる箇所、又は過熱保護が必要な箇所の近傍に取り付け、所定の温度を越えた場合に、装置の出力を制限又は停止する手法が用いられている。
しかしながら、以下のような理由で、装置の温度監視箇所と、温度センサ内のセンサ部との間に、温度の乖離が生じる。１つ目の理由は、温度センサ及びセンサ部自体に熱容量があるため、温度検出値に応答遅れが生じることである。２つ目の理由は、温度監視箇所とセンサ部の間に熱抵抗が存在し、定常状態でも温度差が生じることである。装置の構造上の制約で、装置の温度監視箇所の近くに、温度センサを配置できない場合がある。また、回転電機等の高電圧が生じるコイルの温度を測定する際には、温度センサとコイルとの間に、熱伝導率の小さい電気的絶縁部材が配置されるため、熱抵抗が大きくなる。
温度監視箇所とセンサ部との間に温度の乖離が生じた場合、装置の信頼性が低下してしまう。そのため出力を制限又は停止する温度を、装置の耐熱温度よりも低い温度に設定する必要があるが、マージンを大きくした場合、装置が大型化してしまう。特に車載用の回転電機において、高い信頼性を前提として、小型、高出力の要求が大きいため、信頼性と小型及び高出力化の両立が課題となっている。
これらの課題を解決するために、特許文献１の技術では、（１）損失の計算、（２）温度が上昇状態か下降状態かの条件判断、（３）速度指令値と電流指令値の条件判断による熱時定数の選択、（４）前記の（１）から（３）の情報に基づく温度推定、などにより推定温度の精度向上を図っている。
特開２０１７－６３５４０号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、条件判断のために、温度センサ以外に多くのセンサが必要であるため、コストが増加すると共に、多くのセンサを配置するための物理的スペースが必要となるため、装置が大型化する課題があった。また、制御装置への入力信号の数が多くなると共に温度推定の演算処理負荷が増加し、制御装置のコスト増加を招く課題があった。
また、特許文献１の技術では、温度推定において損失の計算が必要となるが、計算には様々な仮定を含むため、実際の損失と計算した損失との間に差が生じ、温度推定の誤差要因になる。特に、短絡等の想定外の発熱が生じた場合において、実際の損失と計算した損失との間に、大きな乖離が生じ、温度推定の誤差が大きくなる。そのため、異常発熱を考慮すると、装置の耐熱温度よりもかなり低い温度を、出力を制限する判定値に設定せざるを得ず、装置の大型化を招来する。
そこで、本願は、温度センサが、温度推定箇所から離れた位置に取り付けられた場合でも、温度センサ以外の他のセンサの検出情報に依存せず、温度推定箇所の温度を精度よく推定することができる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
本願に係る制御装置は、
温度推定対象物に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、センサ温度を検出するセンサ温度検出部と、
現在の前記センサ温度の検出値又は現在の前記センサ温度の検出値に基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値と、ステップ時間前の前記センサ温度の検出値又は前記ステップ時間前の前記センサ温度の補正値と、前記温度推定対象物の内部に設定された温度推定箇所の温度から前記センサ温度までの熱時定数と、に基づいて、前記温度推定箇所の推定温度を算出する温度推定部と、を備えたものである。
本願に係る制御方法は、
温度推定対象物に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、センサ温度を検出するセンサ温度検出ステップと、
現在の前記センサ温度の検出値又は現在の前記センサ温度の検出値に基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値と、ステップ時間前の前記センサ温度の検出値又は前記ステップ時間前の前記センサ温度の補正値と、前記温度推定対象物の内部に設定された温度推定箇所の温度から前記センサ温度までの熱時定数と、に基づいて、前記温度推定箇所の推定温度を算出する温度推定ステップと、を備えたものである。
本願の制御装置及び制御方法によれば、センサ温度の検出値を用いるだけで、ステップ時間前後のセンサ温度の変化又はセンサ温度の補正値、及び熱時定数により、過渡応答を含め、温度推定箇所の温度を推定することができる。温度推定箇所の温度からセンサ温度までの熱時定数が考慮されているので、温度推定箇所と温度センサとの間に距離があっても、精度よく温度を推定できる。よって、温度センサを、温度推定箇所の近くに配置できない場合でも、推定精度を維持できる。よって、温度センサの取り付け位置の自由度を高めることができる。
また、センサ温度の検出値以外の情報、例えば電流値等を用いて、発熱量を推定する必要がないため、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の推定誤差、短絡等の想定外の発熱による発熱量の推定誤差により、温度推定誤差が生じることを抑制できる。よって、各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、発熱量の変動が表れるセンサ温度の検出値に基づいて、温度を精度よく推定することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
センサ温度の検出値を用いるので、電流値等の他の情報を用いる必要がなく、制御装置への入力信号の数を少なくでき、装置の簡素化を図ることができる。また、センサ温度の検出値を用いた演算を行うので、電流値等の複数のパラメータを用いた複雑な演算を行う必要がなく、演算処理負荷を低減できる。
実施の形態１に係る温度推定対象物、温度センサ、及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る熱回路モデルを説明する図である。 実施の形態１に係る制御方法を説明するフローチャートである。 実施の形態２に係る温度推定挙動を説明するタイムチャートである。 実施の形態２に係る制御方法を説明するフローチャートである。 実施の形態３に係る回転電機、インバータ及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態３に係る回転電機の断面図である。 実施の形態３に係るインバータの回路図である。 実施の形態４に係る回転電機、インバータ及び制御装置の概略構成図である。
１．実施の形態１
以下、実施の形態１に係る制御装置３０について図面を参照して説明する。図１は、温度推定対象物１０、温度センサ３、及び制御装置３０等の概略構成図である。
温度センサ３が、装置１に設けられた温度推定対象物１０に取り付けられている。温度センサ３は、センサ部４と、センサ部４の周囲を覆い、保護するセンサ保護部５とを有している。センサ部４には、サーミスタ等が用いられる。センサ保護部５は、樹脂、金属ケース等で構成される。温度センサ３は、熱容量Ｃを有している。特に、センサ保護部５の熱容量が無視できないほど大きい。センサ保護部５の表面が、温度推定対象物１０の表面に当接し、取り付けられている。センサ部４の温度は、周囲のセンサ保護部５の温度に応じて変化する。温度センサ３の出力信号は、制御装置３０に入力される。
温度推定対象物１０は、電気回路を有しており、電気回路の発熱量の増減に応じて、温度が増減する。電気回路の発熱量は、電力消費量に応じて増減する。電気回路には、コイル、回路素子、配線等が用いられる。電気回路の消費電力は、制御装置３０により制御される。温度推定対象物１０の内部に、後述する温度推定部３３により温度が推定される温度推定箇所１１が設定されている。例えば、温度推定箇所１１は、最も温度が高くなる箇所又は過熱保護が必要な箇所に設定される。
１－１．制御装置３０
図１に示すように、制御装置３０は、装置制御部３１、センサ温度検出部３２、及び温度推定部３３等を備えている。制御装置３０の各機能は、制御装置３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置３０は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の各種の記憶装置が備えられている。入力回路９２は、温度センサ３等の各種のセンサが接続され、これらセンサの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、温度推定対象物１０の電気回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
そして、制御装置３０が備える各制御部３１から３３等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置３０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１から３３等が用いる熱時定数τ、判定値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置３０の各機能について詳細に説明する。
１－１－１．装置制御部３１
装置制御部３１は、温度推定対象物１０の消費電力を制御する。本実施の形態では、装置制御部３１は、温度推定対象物１０の電気回路への通電電流量を変化させる。装置制御部３１は、温度推定部３３により推定された温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅに基づいて、温度推定対象物１０の発熱を抑制する。例えば、装置制御部３１は、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅが判定値を超えた場合に、温度推定箇所１１の温度が低下するように、温度推定対象物１０の消費電力を低下させる。
１－１－２．センサ温度検出部３２
センサ温度検出部３２は、温度センサ３の出力信号に基づいて、センサ温度Ｔ１を検出する。例えば、センサ温度検出部３２、所定の演算周期毎にセンサ温度Ｔ１ｄｅｔを検出する。
センサ温度検出部３２は、検出した各時点のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔを、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。後述する、温度推定部３３は、現在よりもステップ時間ΔＴだけ前に検出されたセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄを記憶装置９１から読み出す。
１－１－３．温度推定部３３
＜熱回路モデル＞
図３に、熱回路モデルを示す。ここで、Ｔ２は、温度推定箇所１１の温度であり、Ｔ１は、センサ部４の温度であり、Ｔ０は、温度センサ３の周囲温度である。温度センサの周囲温度Ｔ０は、温度センサ３の周囲の空気等の気体の温度、又は温度センサ３の周囲の水、油などの液体冷媒の温度とされる。
Ｒ２１は、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗［Ｋ／Ｊ・ｓ］であり、Ｒ１０は、センサ部４と温度センサの周囲との間の熱抵抗［Ｋ／Ｊ・ｓ］である。熱抵抗は、温度の伝わりにくさを表す値で、単位時間当たりの熱流量［Ｊ／ｓ］当たりの温度変化量［Ｋ］を意味する。
温度センサ３の熱容量Ｃは、センサ部４と一体的に構成されている温度センサ３の部材全体の熱容量［Ｊ／Ｋ］であり、本例では、センサ部４及びセンサ保護部５の熱容量である。温度センサ３の熱容量Ｃは、温度センサ３の質量ｍと比熱容量ｃとを乗算した値になる。
例えば、温度推定対象物１０の温度推定箇所１１は、最も温度が高くなる箇所又は過熱保護が必要な箇所に設定され、発熱源、又は発熱源の近くの箇所になる。
＜Ｒ２１＜＜Ｒ１０の場合の、推定方法の導出＞
センサ部４と温度センサの周囲との間の熱抵抗Ｒ１０が、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１に対して、十分大きい場合の温度推定方法について説明する。例えば、温度推定対象物１０との接触部を除いた温度センサ３の表面は、周囲の気体又は液体と熱絶縁されている。或いは、温度センサ３の全体が、温度推定対象物１０に取り囲まれており、周囲の気体又は液体と遮断されていてもよい。
この場合は、センサ部の温度Ｔ１は、温度センサの周囲温度Ｔ０に応じて変化せず、温度推定箇所の温度Ｔ２に応じて変化する。そのため、温度センサの周囲温度Ｔ０を考慮しなくてもよい。
定常状態では、Ｔ１≒Ｔ２になるが、過渡状態では、温度推定箇所の温度Ｔ２の変化に対して、センサ部の温度Ｔ１の変化に時間遅れが生じる。温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの時間遅れの時定数τ［ｓ］（以下、熱時定数τと称す）は、次式に示すように、温度センサの熱容量Ｃ［Ｊ／Ｋ］と、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１［Ｋ／Ｊ・ｓ］との乗算値になる。
τ＝Ｒ２１×Ｃ ・・・（１）
Ｃ＝ｍ×ｃ
ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度Ｔ１ｏｌｄ［Ｋ］から現在のセンサ温度Ｔ１ｎｏｗ［Ｋ］までの温度変化と、この間に温度センサ３に流入していた単位時間当たりの熱流量Ｗｄｔ［Ｊ／ｓ］との間には、温度センサ３の熱容量Ｃ［Ｊ／Ｋ］及びステップ時間ΔＴ［ｓ］を用いて、次式が成立する。
（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ１ｏｌｄ）×Ｃ／ΔＴ＝Ｗｄｔ ・・・（２）
また、現在の温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗ［Ｋ］と現在のセンサ温度Ｔ１ｎｏｗ［Ｋ］との間の温度差と、熱抵抗Ｒ２１に入力された単位時間当たりの熱流量Ｗｄｔ［Ｊ／ｓ］との間には、熱抵抗Ｒ２１［Ｋ／Ｊ・ｓ］を用いて、次式が成立する。
（Ｔ２ｎｏｗ－Ｔ１ｎｏｗ）／Ｒ２１＝Ｗｄｔ ・・・（３）
式（１）及び式（２）を、式（３）に代入し、現在の温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗについて整理すると、次式を得る。
Ｔ２ｎｏｗ＝Ｔ１ｎｏｗ＋τ×（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ１ｏｌｄ）／ΔＴ ・・・（４）
式（４）の元になっている式（２）に示したように、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化量（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ１ｏｌｄ）をステップ時間ΔＴで除算した値に基づいて、温度推定対象物１０から温度センサ３に流入している熱流量Ｗｄｔの相当値を推定することができる。なお、電流値等を用いて、発熱量を推定する方法の場合は、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の推定誤差、短絡等の想定外の発熱による発熱量の推定誤差により、温度推定誤差が生じる可能性がある。一方、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化量により、変動した熱流量Ｗｄｔの相当値を推定することができるので、各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、推定精度を維持できる。
そして、式（４）の元になっている式（３）に示したように、推定された熱流量Ｗｄｔの相当値、現在のセンサ温度Ｔ１ｎｏｗ、及び熱時定数τに基づいて、現在の温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗを逆算し、推定することができる。なお、式（４）の元になっている式（１）に示したように、熱時定数τには、温度センサの熱容量Ｃ及び熱抵抗Ｒ２１の乗算値に相当するため、式（４）の演算には、式（２）の熱容量Ｃ及び式（３）の熱抵抗Ｒ２１が考慮されていることになる。また、式（４）の算出には、熱時定数τによる応答遅れが考慮されていることになる。また、定常状態では、（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ１ｏｌｄ）＝０になり、Ｔ２ｎｏｗ＝Ｔ１ｎｏｗになる。よって、定常状態において、温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗと実温度とに定常偏差が生じることを抑制できる。
従って、式（４）により、各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ）、及び熱時定数τにより、過渡状態及び定常状態において、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを精度よく推定することができる。
＜温度推定部３３の構成＞
そこで、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
この構成によれば、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔを用いるだけで、ステップ時間ΔＴ前後のセンサ温度の検出値の変化、及び熱時定数τにより、過渡応答を含み、温度推定箇所の温度Ｔ２を推定することができる。温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τが考慮されているので、温度推定箇所１１と温度センサ３との間に距離があっても、精度よく温度を推定できる。よって、温度センサ３を、温度推定箇所１１の近くに配置できない場合でも、推定精度を維持できる。よって、温度センサ３の取り付け位置の自由度を高めることができる。
また、温度検出値以外の情報、例えば電流値等を用いて、発熱量を推定する必要がないため、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の推定誤差、短絡等の想定外の発熱による発熱量の推定誤差により、温度推定誤差が生じることがない。よって、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、発熱量の変動が表れるセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに基づいて、温度を精度よく推定することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
センサ温度の検出値を用いるので、電流値等の他の情報を用いる必要がなく、制御装置３０への入力信号の数を少なくでき、装置の簡素化を図ることができる。また、センサ温度の検出値を用いた演算を行うので、電流値等の複数のパラメータを用いた複雑な演算を行う必要がなく、演算処理負荷を低減できる。
本実施の形態では、温度推定部３３は、式（４）に対応する次式を用い、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ、及びステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄに基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
Ｔ２ｅ＝Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ＋τ×（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ）／ΔＴ
・・・（５）
式（５）の元になっている式（２）に示したように、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化量（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ）をステップ時間ΔＴで除算した値に基づいて、温度推定対象物１０から温度センサ３に流入している熱流量Ｗｄｔの相当値を推定することができる。そのため、上述したように、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化量により、変動した熱流量Ｗｄｔの相当値を推定することができるので、発熱量の変動に対して推定精度を維持できる。
そして、式（５）の元になっている式（３）に示したように、推定された熱流量Ｗｄｔの相当値、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ、及び熱時定数τに基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを逆算し、推定することができる。なお、式（５）の元になっている式（１）に示したように、熱時定数τには、温度センサの熱容量Ｃ及び熱抵抗Ｒ２１の乗算値に相当するため、式（５）の演算には、式（２）の熱容量Ｃ及び式（３）の熱抵抗Ｒ２１が考慮されていることになる。また、式（５）の算出には、熱時定数τによる応答遅れが考慮されていることになる。具体的には、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに対して、熱時定数τに対応する一次進み処理を行って、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出することになる。また、定常状態では、（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ）＝０になり、Ｔ２ｅ＝Ｔ１ｄｅｔｎｏｗになる。よって、定常状態において、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅと実温度とに定常偏差が生じることを抑制できる。
従って、式（５）により、各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の変化（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ）、及び熱時定数τにより、過渡状態及び定常状態において、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを精度よく推定することができる。
ステップ時間ΔＴは、センサ温度の検出周期又は推定温度Ｔ２ｅの演算周期に設定されてもよいし、センサ温度の検出周期又は推定温度Ｔ２ｅの演算周期よりも長い周期に設定されてもよい。
＜熱時定数τの設定＞
熱時定数τは、温度センサの熱容量Ｃと、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１とを用い、式（１）により算出された値に設定される。この構成によれば、温度センサの熱容量Ｃ及び熱抵抗Ｒ２１は、部品の諸元に基づいて、比較的容易に取得することができるため、装置全体の実験をすることなく、熱時定数τを設定でき、開発コストを低減できる。
或いは、熱時定数τは、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定されてもよい。例えば、熱抵抗Ｒ２１の中に、接触熱抵抗などのモデル化が難しいものが含まれる場合があり、測定データに基づいて設定されてもよい。温度推定対象物１０の発熱量をステップ変化させることができる場合は、ステップ変化後、温度センサの検出値Ｔ１ｄｅｔが、最終値の約６３．２％になるまでの経過時間を測定し、測定した経過時間が、熱時定数τに設定される。温度推定部３３は、オンラインで、ステップ変化後の経過時間の測定を行い、熱時定数τを設定してもよい。或いは、オフラインで、予め実験により、ステップ変化後の経過時間の測定を行い、熱時定数τが予め設定されてもよい。
＜過熱保護＞
式（１）による熱時定数τの設定、及び測定データよる熱時定数τの設定のいずれが用いられてもよいが、熱時定数τを用いた温度推定は、温度推定対象物１０の過熱保護を行う場合に有効である。具体的には、短絡等による異常発熱が生じた場合の温度変化は早いため、精度よく推定された温度推定箇所１１の推定温度が判定値を超えた場合に、消費電力を低下させた場合においても、温度推定箇所の温度のオーバーシュートが生じる。そのため、異常発熱を考慮すると、装置の耐熱温度よりもかなり低い温度を判定値に設定せざるを得ず、装置の大型化を招来する。
このような異常発熱による急激な温度上昇が生じた場合、温度センサ３の温度が局所的に上昇し、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔが、センサ全体の平均温度よりも大きくなり、熱容量が小さくふるまう。このとき、温度推定部３３が用いる熱時定数τが、実際の熱時定数よりも大きくなるため、後述する実施の形態２の図５の場合と同様に、温度推定箇所１１の温度Ｔ２の実値よりも、推定温度Ｔ２ｅの方が大きくなる。よって、温度変化が大きい場合には、温度推定箇所１１の温度Ｔ２の実値が、判定値を超える前に、推定温度Ｔ２ｅが判定値を超え、消費電力を低下させることができる。よって、装置の耐熱温度に対応する温度を、判定値に設定しても、温度のオーバーシュートを抑制でき、装置の信頼性を維持できる。よって、装置の大型化を抑制できる。
なお、通常想定される、比較的緩やかな温度変化の場合は、温度推定部３３が用いる熱時定数τが、実際の応答時定数に一致するため、推定精度が維持される。この比較的緩やかな温度変化の場合は、消費電力の低下後も、温度のオーバーシュート量が大きくならない。よって、装置の耐熱温度に対応する温度を判定値に設定しても、装置の信頼性を維持でき、装置の大型化を抑制できる。
以上のように、熱時定数τを用いた温度推定によれば、異常発熱時に、実際の熱時定数が、温度推定部３３が用いる熱時定数τよりも小さくなる物理現象を利用し、異常発熱及び通常発熱の双方向を考慮しても、判定値を、装置の耐熱温度に対応する温度に設定することができ、装置の信頼性を維持でき、装置の大型化を抑制できる。
＜大きい熱時定数τの設定＞
なお、式（１）により算出された熱時定数の値、及び温度上昇時の測定データに基づいて算出された熱時定数の値のいずれかよりも大きい値が、熱時定数τに設定されてもよい。温度推定部３３が用いる熱時定数τを実際の熱時定数よりも大きくすれば、位相が進み、通常発熱時でも、温度推定箇所１１の温度Ｔ２の実値よりも、推定温度Ｔ２ｅの方が大きくなる。よって、早期に消費電力を低下させることができ、装置の信頼性を更に向上させることができる。
なお、装置の温度マージンを調整する設計事項として、式（１）又は測定データにより算出された熱時定数に、０．５～２程度の係数を乗算した値が、熱時定数τに設定されてもよい。また、熱容量Ｃに温度依存性等があり、温度等の動作状態により熱時定数が変化する場合は、温度推定部３３は、推定温度Ｔ２ｅ等の動作状態に応じて、熱時定数τを変化させてよい。
＜制御方法＞
図４に、本実施の形態の制御方法に係るフローチャートを示す。ステップＳ０１で、上述したように、熱時定数τを、式（１）により算出された値に設定する時定数設定ステップが実行される。時定数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
或いは、ステップＳ０１で、上述したように、熱時定数τを、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定する時定数設定ステップが実行されてもよい。時定数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
ステップＳ０２で、上述したように、センサ温度検出部３２は、温度センサ３の出力信号に基づいて、センサ温度Ｔ１を検出するセンサ温度検出ステップを実行する。
ステップＳ０３で、上述したように、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する温度推定ステップを実行する。本実施の形態では、温度推定部３３は、式（５）を用い、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ、及びステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄに基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
ステップＳ０４で、上述したように、装置制御部３１は、装置制御部３１は、温度推定対象物１０の消費電力を制御する装置制御ステップを実行する。装置制御部３１は、温度推定部３３により推定された温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅに基づいて、温度推定対象物１０の発熱を抑制する。
ステップＳ０２からステップＳ０４は、演算周期毎に繰り返し実行される。一方、ステップＳ０１は、演算周期毎、設計段階、又は温度上昇時に実行される。
２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置３０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、温度推定方法が実施の形態１と異なる。
＜Ｒ１０を無視できない場合の、推定方法の導出＞
実施の形態１と異なり、センサ部４と温度センサの周囲との間の熱抵抗Ｒ１０が、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１に対して、十分大きくなく、無視できない場合の温度推定方法について説明する。例えば、温度センサ３の表面が、周囲の気体又は液体と熱絶縁されておらず、温度センサ３と温度センサの周囲との間の伝熱を無視できない。
この場合は、センサ温度Ｔ１は、温度センサの周囲温度Ｔ０及び温度推定箇所の温度Ｔ２に応じて変化する。そのため、温度センサの周囲温度Ｔ０を考慮する必要がある。
この場合は、定常状態でも、Ｔ１≠Ｔ２になるため、実施の形態１の式（４）又は式（５）を用いた推定方法では、誤差が生じる。そこで、以下で式導出を行うように、式（４）又は式（５）における、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔの代わりに、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒを用いる。
定常状態では、温度推定対象物１０から温度センサ３への熱流量、及び温度センサ３から温度センサの周囲への熱流量が一定値になる。そのため、次式に示すように、現在の温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗ［Ｋ］と現在のセンサ温度Ｔ１ｎｏｗ［Ｋ］との間の温度差を、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１［Ｋ／Ｊ・ｓ］で除算して算出される熱流量Ｗｄｔ［Ｊ／ｓ］と、現在のセンサ温度Ｔ１ｎｏｗ［Ｋ］と現在の温度センサの周囲温度Ｔ０ｎｏｗ［Ｋ］との間の温度差を、センサ部４と温度センサの周囲との間の熱抵抗Ｒ１０［Ｋ／Ｊ・ｓ］で除算して算出される熱流量Ｗｄｔ［Ｊ／ｓ］と、が等しくなる。
（Ｔ２ｎｏｗ－Ｔ１ｎｏｗ）／Ｒ２１＝（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ０ｎｏｗ）／Ｒ１０＝Ｗｄｔ
・・・（６）
式（６）を、現在の温度推定箇所の温度Ｔ２ｎｏｗについて整理すると、次式を得る。
Ｔ２ｎｏｗ＝Ｔ１ｎｏｗ＋（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ０ｎｏｗ）×Ｒ２１／Ｒ１０
＝Ｔ１ｃｒｎｏｗ ・・・（７）
よって、式（７）を用いれば、センサ温度Ｔ１に基づいて、定常状態における温度推定箇所の温度Ｔ２を推定することができる。この定常状態における温度推定箇所の温度Ｔ２は、センサ温度Ｔ１を、温度推定箇所の温度Ｔ２の相当値に比例的に換算した温度と解釈できるため、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒと称する。すなわち、式（４）及び式（５）の場合と同様に、定常状態で、Ｔ２＝Ｔ１ｃｒになるようなセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒが算出される。一方、過渡状態では、実際の温度推定箇所の温度から定常状態における温度推定箇所の温度Ｔ２までには、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τに対応する応答遅れが存在する。
よって、式（４）のセンサ温度Ｔ１の代わりに、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒを用いた次式により、定常状態及び過渡状態の温度推定箇所の温度Ｔ２を推定することができる。ここで、Ｔ１ｃｒｎｏｗは、現在のセンサ温度の補正値であり、Ｔ１ｃｒｏｌｄは、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値である。
Ｔ２ｎｏｗ＝Ｔ１ｃｒｎｏｗ＋τ×（Ｔ１ｃｒｎｏｗ－Ｔ１ｃｒｏｌｄ）／ΔＴ
Ｔ１ｃｒｎｏｗ＝Ｔ１ｎｏｗ＋（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ０ｎｏｗ）×Ｒ２１／Ｒ１０
・・・（８）
式（８）によれば、熱抵抗Ｒ１０が熱抵抗Ｒ２１に対して無視できず、定常状態でＴ１≠Ｔ２になる場合でも、熱抵抗Ｒ１０に対する熱抵抗Ｒ２１の比を用いて、センサ温度Ｔ１を、定常状態の温度推定箇所の温度Ｔ２の相当値に換算したセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒを用いて、温度推定箇所の温度Ｔ２を推定できる。よって、定常状態で、Ｔ２＝Ｔ１ｃｒになり、定常状態の推定精度を向上させることができる。また、式（４）と同様に、熱時定数τを用いているので、熱容量Ｃ及び熱抵抗Ｒ２１による応答遅れを模擬できる。
＜温度推定部３３の構成＞
そこで、本実施の形態では、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
この構成によれば、温度センサ３と温度センサの周囲との間の伝熱を無視できない場合でも、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに基づいて算出したセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒを用いるだけで、ステップ時間ΔＴ前後のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗ、Ｔ１ｃｒｏｌｄ、及び熱時定数τにより、温度推定箇所の温度Ｔ２の定常及び過渡応答を推定することができる。温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τが考慮されているので、温度推定箇所１１と温度センサ３との間に距離があっても、精度よく温度を推定できる。よって、温度センサ３を、温度推定箇所１１の近くに配置できない場合でも、推定精度を維持できる。よって、温度センサ３から周囲への伝熱度合い、及び温度推定箇所１１と温度センサ３との距離により、温度センサ３の取り付け位置が制限されることなく、取り付け位置の自由度を高めることができる。
また、実施の形態１と同様に、センサ温度の検出値以外の情報、例えば電流値等を用いて、発熱量を推定する必要がないため、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の推定誤差、短絡等の想定外の発熱による発熱量の推定誤差により、温度推定誤差が生じることがない。よって、製造バラツキ、経年変化、条件変化等の各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、発熱量の変動が表れるセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに基づいて、温度を精度よく推定することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
センサ温度の検出値を用いるので、電流値等の他の情報を用いる必要がなく、制御装置３０への入力信号の数を少なくでき、装置の簡素化を図ることができる。また、センサ温度の検出値を用いた演算を行うので、電流値等の複数のパラメータを用いた複雑な演算を行う必要がなく、演算処理負荷を低減できる。
本実施の形態では、温度推定部３３は、式（８）に対応する次式を用い、現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗ、及びステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄに基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
Ｔ２ｅ＝Ｔ１ｃｒｎｏｗ＋τ×（Ｔ１ｃｒｎｏｗ－Ｔ１ｃｒｏｌｄ）／ΔＴ
・・・（９）
式（９）によれば、定常状態では、（Ｔ１ｃｒｎｏｗ－Ｔ１ｃｒｏｌｄ）＝０になり、Ｔ２ｅ＝Ｔ１ｃｒｎｏｗになる。よって、定常状態において、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅと実温度とに定常偏差が生じることを抑制できる。また、式（９）の算出には、熱時定数τによる応答遅れが考慮されている。具体的には、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒに対して、熱時定数τに対応する一次進み処理を行って、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出することになる。
従って、各種のバラツキ要因による発熱量の変動が生じた場合、短絡等の想定外の発熱が生じた場合でも、ステップ時間ΔＴの間のセンサ温度の補正値の変化（Ｔ１ｃｒｎｏｗ－Ｔ１ｃｒｏｌｄ）、及び熱時定数τにより、過渡状態及び定常状態において、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを精度よく推定することができる。
温度推定部３３は、次式を用い、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて、現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗを算出する。
Ｔ１ｃｒｎｏｗ＝Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ＋（Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ－Ｔ０）×α
・・・（１０）
温度推定部３３は、算出した各時点のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗを、ＲＡＭ等の記憶装置９１に記憶する。そして、温度推定部３３は、現在よりもステップ時間ΔＴだけ前に算出されたセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄを記憶装置９１から読み出す。
温度センサの周囲温度Ｔ０は、所定の温度に予め設定される。例えば、周囲温度Ｔ０は、周囲の気体又は液体の標準状態の温度（例えば、２５℃）に設定されるとよい。周囲に液体の冷媒が存在する場合は、周囲温度Ｔ０は、冷却機構の定格の温度に設定されるとよい。或いは、周囲温度Ｔ０は、周囲の気体又は液体の温度を計測する温度センサにより検出された温度に設定されてもよい。
また、式（１０）において、αは、係数である。係数αは、センサ部４と温度センサの周囲との間の熱抵抗Ｒ１０、及び温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１に基づいて、次式により算出された値に設定される。
α＝Ｒ２１／Ｒ１０ ・・・（１１）
或いは、係数αは、式（６）を変形した次式を用い、定常状態における、温度センサの周囲温度Ｔ０ｓｔ、センサ温度Ｔ１ｓｔ、温度推定箇所の温度Ｔ２ｓｔに基づいて、算出された値に設定されてもよい。定常状態の各温度は、実験により取得される。
α＝（Ｔ２ｓｔ－Ｔ１ｓｔ）／（Ｔ１ｓｔ－Ｔ０ｓｔ） ・・・（１２）
＜熱時定数τの設定＞
実施の形態１と同様に、熱時定数τは、温度センサの熱容量Ｃと、温度推定箇所１１とセンサ部４との間の熱抵抗Ｒ２１とを用い、式（１）により算出された値に設定される。或いは、熱時定数τは、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定されてもよい。
＜過熱保護＞
実施の形態１と同様に、熱時定数τを用いた温度推定により、短絡等の異常発熱時に、実際の熱時定数が、温度推定部３３が用いる熱時定数τよりも小さくなる物理現象を利用し、異常発熱及び通常発熱の双方向を考慮しても、判定値を、装置の耐熱温度に対応する温度に設定することができ、装置の信頼性を維持でき、装置の大型化を抑制できる。
＜大きい熱時定数τの設定＞
実施の形態１と同様に、式（１）により算出された熱時定数の値、及び温度上昇時の測定データに基づいて算出された熱時定数の値のいずれかよりも大きい値が、熱時定数τに設定されてもよい。また、装置の温度マージンを調整する設計事項として、式（１）又は測定データにより算出された熱時定数に、０．５～２程度の係数を乗算した値が、熱時定数τに設定されてもよい。また、熱容量Ｃに温度依存性等があり、温度等の動作状態により熱時定数が変化する場合は、温度推定部３３は、動作状態に応じて、熱時定数τを変化させてよい。
＜推定挙動＞
図５に、温度の推定挙動の例を示す。実験用に、温度推定箇所１１に温度センサが取り付けられ、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値が検出されている。時刻ｔ０１までは、温度推定対象物１０が発熱していない状態で、定常状態になっており、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔ及び温度推定箇所の温度Ｔ２の実値が、温度センサの周囲温度Ｔ０の実値に一致している。このとき、式（１０）により、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔと温度センサの周囲温度Ｔ０との偏差が０になり、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒは、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに一致する。よって、式（９）により、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅは、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに一致し、精度よく温度を推定できている。
時刻ｔ０１で、温度推定対象物１０の発熱量がステップ的に増加している。時刻ｔ０１以降、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値が、遅れを有して増加している。そして、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔは、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値に対して、熱時定数の遅れを有して増加している。
センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔが、温度センサの周囲温度Ｔ０から増加していくと、式（１０）により、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒは、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔと周囲温度Ｔ０との偏差に応じた増加量だけ、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔから増加している。温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅは、センサ温度の補正値Ｔ１ｃｒに対して、熱時定数τに対応する一次進み処理が行われて算出されるので、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値に近くなっている。図５の例では、急速な温度上昇又は大きい熱時定数τの設定により、熱時定数τが、実際の熱時定数よりも大きくなっている。よって、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅは、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値よりも位相が進んでおり、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値よりも大きくなっている。よって、早期に、温度推定箇所の温度上昇を検出でき、早期に過熱保護を行うことができる。なお、熱時定数τを、実際の熱時定数に一致させれば、推定温度Ｔ２ｅを実値に合わせることができる。
一方、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値が定常状態に近づくと、式（６）及び式（７）を用いて説明したように、定常状態の熱流量が考慮されたセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒは、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値に一致している。よって、定常状態でセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒに一致する温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅは、温度推定箇所の温度Ｔ２の実値に一致している。従って、温度センサ３と温度センサの周囲との間の伝熱を無視できず、定常状態でＴ１ｄｅｔ≠Ｔ２になる場合でも、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔに基づいて、定常状態の温度推定箇所の温度を精度よく推定することができる。
＜制御方法＞
図６に、本実施の形態に係る制御方法に係るフローチャートを示す。ステップＳ１１で、上述したように、熱時定数τを、式（１）により算出された値に設定する時定数設定ステップが実行される。時定数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
或いは、ステップＳ１１で、上述したように、熱時定数τを、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定する時定数設定ステップが実行されてもよい。時定数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
ステップＳ１２で、上述したように、係数αを、式（１１）により算出された値に設定する係数設定ステップが実行される。係数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
或いは、ステップＳ１２で、上述したように、係数αを、式（１２）を用い、定常状態における、温度センサの周囲温度Ｔ０ｓｔ、センサ温度Ｔ１ｓｔ、温度推定箇所の温度Ｔ２ｓｔに基づいて、算出された値に設定する係数設定ステップが実行されてもよい。係数設定ステップは、温度推定部３３により実行されてもよいし、設計者により予め実行されてもよい。
ステップＳ１３で、上述したように、センサ温度検出部３２は、温度センサ３の出力信号に基づいて、センサ温度Ｔ１を検出するセンサ温度検出ステップを実行する。
ステップＳ１４で、上述したように、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する温度推定ステップを実行する。本実施の形態では、温度推定部３３は、式（９）を用い、現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗ、及びステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄに基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。また、温度推定部３３は、式（１０）を用い、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて、現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗを算出する。
ステップＳ１５で、上述したように、装置制御部３１は、装置制御部３１は、温度推定対象物１０の消費電力を制御する装置制御ステップを実行する。装置制御部３１は、温度推定部３３により推定された温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅに基づいて、温度推定対象物１０の発熱を抑制する。
ステップＳ１３からステップＳ１５は、演算周期毎に繰り返し実行される。一方、ステップＳ１１及びステップＳ１２は、演算周期毎、設計段階、又は温度上昇時に実行される。
３．実施の形態３
実施の形態３に係る制御装置３０について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、制御装置３０が、回転電機を制御し、温度推定対象物１０が回転電機である点が実施の形態１又は２と異なる。図７は、回転電機５０、インバータ５１、及び制御装置３０等の概略構成図である。
３－１．回転電機５０
図８に、回転軸心を通る平面で切断した回転電機５０の断面図を示す。回転電機５０は、円筒状の固定子１００と、固定子１００の径方向内側に配置され、軸受２０４、２０５により回転可能に支持された円筒状の回転子２００と、を有している。本実施の形態では、回転電機５０は、永久磁石型の同期モータとされており、固定子１００にはコイル１０２が巻装され、回転子２００には永久磁石２０２が設けられている。回転電機５０は、油冷式とされている。
固定子１００は、円環板状の電磁鋼板が軸方向に積層された固定子コア１０１と、固定子コア１０１の各ティースに巻装されたコイル１０２と、を備えている。ティースは、周方向に均等間隔で複数備えられている。コイル１０２は、固定子コア１０１内（スロット内）に配置されたコイル部分１０４（コア内コイル部１０４）と、固定子コア１０１から軸方向両側に突出したコイルエンド部１０３と、を有している。コイル１０２として、複数相のコイル（本例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗ）が設けられており、各相のコイルの端部は、インバータ５１に接続されている。なお、３相のコイルが複数組（例えば、２組）設けられてもよい。
温度推定対象物１０は、コイル１０２とされており、温度センサ３は、コイル１０２に取り付けられている。本実施の形態では、温度センサ３は、軸方向一方側のコイルエンド部１０３に取り付けられる。なお、温度センサ３は、コイルエンド部１０３以外のコイル１０２の部分に取り付けられてもよい。
回転子２００は、円環板状の電磁鋼板が軸方向に積層された回転子コア２０１と、回転子コア２０１の各スロットに装着された永久磁石２０２と、回転子コア２０１の内周面に固定された回転軸２０３と、を備えている。なお、永久磁石２０２は、回転子コア２０１の外周面に固定されてもよい。回転軸２０３には、回転子２００の回転角度を検出するための回転センサ５３（図８には不図示）が備えられている。回転センサ５３には、レゾルバ、エンコーダ、ＭＲセンサ等が用いられる。回転センサ５３の出力信号は、制御装置３０に入力される。
固定子１００及び回転子２００は、ハウジング内に収容され、液密状態にシールされている。ハウジングとして、底の深い有底円筒状の第１ハウジング３００と、第１ハウジング３００の開口部を塞ぐ、底の浅い有底円筒状の第２ハウジング３０１と、を備えている。第１ハウジング３００の周壁の内周面に、固定子１００（固定子コア１０１）が固定されている。第１ハウジング３００の底壁及び第２ハウジング３０１の底壁には、回転軸２０３が貫通する貫通孔が設けられており、第１ハウジング３００の底壁の貫通孔の内周面が、第１軸受２０４を介して、回転軸２０３の軸方向の一方側を回転可能に支持し、第２ハウジング３０１の底壁の貫通孔の内周面が、第２軸受２０５を介して、回転軸２０３の軸方向の他方側を回転可能に支持している。第１軸受２０４及び第２軸受２０５は、シール付き軸受であり、ハウジング内の冷却油を外部に漏らさない構造になっている。
ハウジングには、外部の冷媒循環冷却装置から供給された冷却油をハウジング内に供給する冷媒供給孔４０１と、ハウジング内の冷却油を冷媒循環冷却装置に排出する冷媒排出孔４０２とが設けられている。ハウジング内に供給された冷却油は、固定子１００及び回転子２００の各部を冷却した後、ハウジング内から排出される。冷媒循環冷却装置は、回転電機５０を冷却する冷媒（本例では、冷却油）を、ラジエータ等により冷却し、循環させる。
冷却油は、回転子２００の回転により攪拌され、固定子１００及び回転子２００の各部に供給される。温度センサ３の周囲にも冷却油が供給され、温度センサの周囲温度Ｔ０は、冷却油の温度になる。よって、温度センサの周囲温度Ｔ０は、冷媒循環冷却装置の定格温度に設定されてもよいし、冷媒循環冷却装置に設けられた温度センサにより検出された温度とされてもよい。或いは、空冷式の場合は、温度センサ３の周囲温度Ｔ０は、空気の温度になる。
３－２．インバータ５１
図９に示すように、インバータ５１は、直流電源５２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰと直流電源５２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相に対応して３セット設けている。そして、各相の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相のコイルに接続されている。
スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置３０に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置３０から出力されたスイッチング信号によりオン又はオフされる。
直流電源５２は、インバータ５１に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源５２として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等の直流電圧を出力する機器であれば、どのような機器であってもよい。直流電源５２には、直流電源５２の直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ５５が設けられ、電圧センサ５５の出力信号が制御装置３０に入力される。
各相のコイルに流れる電流を検出する電流センサ５４が設けられている。電流センサ５４は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路と各相のコイルとを接続する電線上に備えられている。電流センサ５４の出力信号は、制御装置３０に入力される。なお、電流センサ５４は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路に備えられてもよい。
３－３．制御装置３０
本実施の形態では、装置制御部３１は、インバータ５１を介して回転電機５０を制御する。入力回路９２には、回転センサ５３、電流センサ５４、電圧センサ５５、温度センサ３等が接続され、これらセンサの出力信号をＡ／Ｄ変換して、演算処理装置９０に入力する。出力回路９３には、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続されている。
装置制御部３１は、各センサの検出信号に基づいて、回転電機５０の３相コイルに印加する印加電圧を制御して、回転電機５０のトルクを制御する。例えば、装置制御部３１は、トルク指令値、回転センサ５３により検出した回転速度、及び電圧センサ５５により検出した直流電圧Ｖｄｃに基づいて、電流指令値を算出する。装置制御部３１は、電流センサ５４により検出した電流検出値が、電流指令値に近づくように、電圧指令値を変化させる。装置制御部３１は、電圧指令値に基づいて、スイッチング素子をオンオフ駆動し、３相コイルに電圧を印加する。
装置制御部３１は、温度推定部３３により推定された温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅに基づいて、コイルの発熱を抑制する。例えば、装置制御部３１は、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅが判定値を超えた場合に、回転電機５０の出力トルクを低下させ、消費電力を低下させる。
コイルは、樹脂等により絶縁されており、絶縁を確保するためには、過熱を抑制する必要がある。そこで、本実施の形態では、温度推定箇所１１は、コイルの内、最も温度が高くなる箇所又は過熱保護が必要な箇所に設定されている。過熱保護が必要な箇所は、コイルの内、冷却され難く、特に温度が上昇し易い箇所に設定される。例えば、温度推定箇所は、固定子コア内に配置されたコア内コイル部１０４（例えば、軸方向の中心部分）に設定される。固定子コア内に配置されたコア内コイル部１０４に直接、温度センサ３を取り付けるのは容易でない。よって、温度センサ３は、コア内コイル部１０４から離れたコイルエンド部１０３に取り付けられている。また、温度センサ３とコイルとの間には、絶縁及び固定のための樹脂が存在するため、熱抵抗が生じる。そのため、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔと温度推定箇所の温度Ｔ２との間には乖離が生じ、温度を精度よく推定する必要がある。
コイルとの接触部を除いた温度センサ３の表面が、断熱材などにより周囲の冷媒と熱絶縁されている場合は、実施の形態１と同様に、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
一方、温度センサ３と温度センサの周囲との間の伝熱を無視できない場合は、実施の形態２と同様に、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
いずれの方法においても、熱時定数τ、係数α、熱容量Ｃ、熱抵抗Ｒ２１、Ｒ１０、及び判定値等の各設定値は、回転電機５０に合わせて設定される。推定方法自体は、実施の形態１又は２と同様であるので、説明を省略する。
４．実施の形態４
実施の形態４に係る制御装置３０について説明する。上記の実施の形態３と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置３０の基本的な構成は実施の形態３と同様であるが、温度推定対象物１０が電力変換装置（本例では、インバータ５１）である点が実施の形態３と異なる。図１０は、回転電機５０、インバータ５１、及び制御装置３０等の概略構成図である。
温度推定対象物１０は、インバータ５１とされており、温度センサ３は、インバータ５１に取り付けられている。本実施の形態では、温度推定箇所１１は、インバータ５１の内、最も温度が高くなる箇所又は過熱保護が必要な箇所に設定されている。例えば、温度推定箇所１１はスイッチング素子とされる。しかし、スイッチング素子に直接、温度センサ３を取り付けるのは容易ないため、温度センサ３は、スイッチング素子から離れた箇所に取り付けられる。そのため、センサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔと温度推定箇所の温度Ｔ２との間には乖離が生じ、温度を精度よく推定する必要がある。
インバータ５１も、回転電機５０と同様に、冷却油又は冷却水の液体、又は空気により冷却される。
インバータ５１との接触部を除いた温度センサ３の表面が、断熱材などにより周囲の冷媒と熱絶縁されている場合は、実施の形態１と同様に、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
一方、温度センサ３と温度センサの周囲との間の伝熱を無視できない場合は、実施の形態２と同様に、温度推定部３３は、現在のセンサ温度の検出値Ｔ１ｄｅｔｎｏｗに基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｎｏｗと、ステップ時間ΔＴ前のセンサ温度の補正値Ｔ１ｃｒｏｌｄと、温度推定箇所の温度Ｔ２からセンサ温度Ｔ１までの熱時定数τと、に基づいて、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅを算出する。
いずれの方法においても、熱時定数τ、係数α、熱容量Ｃ、熱抵抗Ｒ２１、Ｒ１０、及び判定値等の各設定値は、インバータ５１に合わせて設定される。推定方法自体は、実施の形態１又は２と同様であるので、説明を省略する。
装置制御部３１は、温度推定部３３により推定された温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅに基づいて、インバータ５１の発熱を抑制する。例えば、装置制御部３１は、温度推定箇所の推定温度Ｔ２ｅが判定値を超えた場合に、回転電機５０の出力トルクを低下させ、インバータ５１の消費電力を低下させる。
＜転用例＞
（１）上記の各実施の形態では、温度推定箇所１１が、１箇所に設定されている場合を例に説明した。しかし、温度推定箇所が、複数個所に設定され、各温度推定箇所について、上記の各実施の形態の推定処理が実行され、各温度推定箇所の温度が推定されてもよい。
（２）上記の各実施の形態では、温度センサ３が、１つ設けられ、１つの温度センサ３により１つの温度推定箇所の温度が推定されている場合を例に説明した。しかし、温度センサ３が、複数設けられ、各温度センサ３により、１つ又は複数の温度推定箇所の温度が推定されてもよい。
（３）上記の各実施の形態では、温度推定対象物１０が、１つの物である場合を例に説明した。温度推定対象物１０が、複数の異なる物とされ、各温度推定対象物１０に温度センサ３が取り付けられ、各温度センサ３により、各温度推定対象物１０の内部に設定された温度推定箇所の温度が推定されてもよい。
（４）上記の実施の形態３では、温度推定箇所１１は、回転電機５０のコイルとされている場合を例に説明した。しかし、温度推定箇所１１は、回転電機５０のコイル以外の部分（例えば、ロータの永久磁石）とされてもよい。
（５）上記の実施の形態４では、温度推定対象物１０は、インバータ５１とされている場合を例に説明した。しかし、温度推定対象物１０が、インバータ５１以外の各種の電力変換装置（例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ）とされてもよい。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
３ 温度センサ、４ センサ部、１０ 温度推定対象物、１１ 温度推定箇所、３０ 制御装置、３１ 装置制御部、３２ センサ温度検出部、３３ 温度推定部、５０ 回転電機、５１ インバータ（電力変換装置）、Ｃ 温度センサの熱容量、Ｒ１０ センサ部と温度センサの周囲との間の熱抵抗、Ｒ２１ 温度推定箇所とセンサ部との間の熱抵抗、Ｔ０ 温度センサの周囲温度、Ｔ１ センサ温度、Ｔ１ｃｒ センサ温度の補正値、Ｔ１ｃｒｎｏｗ 現在のセンサ温度の補正値、Ｔ１ｃｒｏｌｄ ステップ時間前のセンサ温度の補正値、Ｔ１ｄｅｔ センサ温度の検出値、Ｔ１ｄｅｔｎｏｗ 現在のセンサ温度の検出値、Ｔ１ｄｅｔｏｌｄ ステップ時間前のセンサ温度の検出値、Ｔ２ 温度推定箇所の温度、Ｔ２ｅ 温度推定箇所の推定温度、ΔＴ ステップ時間、α 係数、τ 熱時定数

Claims (17)

  1. 温度推定対象物に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、センサ温度を検出するセンサ温度検出部と、
    現在の前記センサ温度の検出値又は現在の前記センサ温度の検出値に基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値と、ステップ時間前の前記センサ温度の検出値又は前記ステップ時間前の前記センサ温度の補正値と、前記温度推定対象物の内部に設定された温度推定箇所の温度から前記センサ温度までの熱時定数と、に基づいて、前記温度推定箇所の推定温度を算出する温度推定部と、を備えた制御装置。
  2. 前記温度推定部は、現在の前記センサ温度の検出値又は現在の前記センサ温度の補正値を、Ｔ１ｎｏｗとし、前記ステップ時間前の前記センサ温度の検出値又は前記ステップ時間前の前記センサ温度の補正値を、Ｔ１ｏｌｄとし、前記熱時定数をτとし、前記ステップ時間をΔＴとし、前記温度推定箇所の推定温度をＴ２ｅとし、
    Ｔ２ｅ＝Ｔ１ｎｏｗ＋τ×（Ｔ１ｎｏｗ－Ｔ１ｏｌｄ）／ΔＴ
    の算出式を用い、前記温度推定箇所の推定温度を算出する請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記温度推定部は、前記温度センサの周囲温度をＴ０とし、前記センサ温度の検出値をＴ１ｄｅｔとし、係数をαとし、前記センサ温度の補正値をＴ１ｃｒとし、
    Ｔ１ｃｒ＝Ｔ１ｄｅｔ＋（Ｔ１ｄｅｔ－Ｔ０）×α
    の算出式を用い、前記センサ温度の補正値を算出する請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 前記係数は、前記温度センサのセンサ部と前記温度センサの周囲との間の熱抵抗をＲ１０とし、前記温度推定箇所と前記センサ部との間の熱抵抗をＲ２１とし、
    α＝Ｒ１０／Ｒ２１
    の算出式により算出された値に設定されている請求項３に記載の制御装置。
  5. 前記係数は、定常状態における、前記温度センサの周囲温度をＴ０ｓｔとし、前記センサ温度をＴ１ｓｔとし、前記温度推定箇所の温度をＴ２ｓｔとし、
    α＝（Ｔ２ｓｔ－Ｔ０ｓｔ）／（Ｔ１ｓｔ－Ｔ０ｓｔ）
    の算出式により算出された値に設定されている請求項３に記載の制御装置。
  6. 前記熱時定数は、前記熱時定数をτとし、前記温度センサの熱容量をＣとし、前記温度推定箇所と前記温度センサのセンサ部との間の熱抵抗をＲ２１とし、
    τ＝Ｃ×Ｒ２１
    の算出式により算出された値に設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
  7. 前記熱時定数は、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
  8. 前記温度推定箇所の推定温度に基づいて、前記温度推定対象物の発熱を抑制する発熱抑制部を備え、
    前記熱時定数をτとし、前記温度センサの熱容量をＣとし、前記温度推定箇所と前記温度センサのセンサ部との間の熱抵抗をＲ２１とし、
    τ＝Ｃ×Ｒ２１
    の算出式により算出された前記熱時定数の値と、
    温度上昇時の測定データに基づいて算出された前記熱時定数の値と、
    のいずれかよりも大きい値が、前記熱時定数に設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
  9. 前記温度推定対象物の消費電力を制御する装置制御部を備え、
    前記装置制御部は、前記温度推定箇所の推定温度に基づいて、前記温度推定対象物の発熱を抑制する請求項１から７のいずれか一項に記載の制御装置。
  10. 回転電機を制御する装置制御部を備え、
    前記温度推定部は、前記回転電機に設定された前記温度推定対象物の内部に設定された前記温度推定箇所の前記推定温度を算出し、
    前記装置制御部は、前記温度推定箇所の推定温度に基づいて、前記回転電機の発熱を抑制する請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置。
  11. 電力変換装置を制御する装置制御部を備え、
    前記温度推定部は、前記電力変換装置に設定された前記温度推定対象物の内部に設定された前記温度推定箇所の前記推定温度を算出し、
    前記装置制御部は、前記温度推定箇所の推定温度に基づいて、前記電力変換装置の発熱を抑制する請求項１から９のいずれか一項に記載の制御装置。
  12. 温度推定対象物に取り付けられた温度センサの出力信号に基づいて、センサ温度を検出するセンサ温度検出ステップと、
    現在の前記センサ温度の検出値又は現在の前記センサ温度の検出値に基づいて算出した現在のセンサ温度の補正値と、ステップ時間前の前記センサ温度の検出値又は前記ステップ時間前の前記センサ温度の補正値と、前記温度推定対象物の内部に設定された温度推定箇所の温度から前記センサ温度までの熱時定数と、に基づいて、前記温度推定箇所の推定温度を算出する温度推定ステップと、を備えた制御方法。
  13. 前記温度推定ステップでは、前記温度センサの周囲温度をＴ０とし、前記センサ温度の検出値をＴ１ｄｅｔとし、係数をαとし、前記センサ温度の補正値をＴ１ｃｒとし、
    Ｔ１ｃｒ＝Ｔ１ｄｅｔ＋（Ｔ１ｄｅｔ－Ｔ０）×α
    の算出式を用い、前記センサ温度の補正値を算出する請求項１２に記載の制御方法。
  14. 前記係数を、前記温度センサのセンサ部と前記温度センサの周囲との間の熱抵抗をＲ１０とし、前記温度推定箇所と前記センサ部との間の熱抵抗をＲ２１とし、
    α＝Ｒ１０／Ｒ２１
    の算出式により算出された値に設定する係数設定ステップを備えた請求項１３に記載の制御方法。
  15. 前記係数を、定常状態における、前記温度センサの周囲温度をＴ０ｓｔとし、前記センサ温度をＴ１ｓｔとし、前記温度推定箇所の温度をＴ２ｓｔとし、
    α＝（Ｔ２ｓｔ－Ｔ０ｓｔ）／（Ｔ１ｓｔ－Ｔ０ｓｔ）
    の算出式により算出された値に設定する係数設定ステップを備えた請求項１３に記載の制御方法。
  16. 前記熱時定数を、前記熱時定数をτとし、前記温度センサの熱容量をＣとし、前記温度推定箇所と前記温度センサのセンサ部との間の熱抵抗をＲ２１とし、
    τ＝Ｃ×Ｒ２１
    の算出式により算出された値に設定する時定数設定ステップを備えた請求項１２から１５のいずれか一項に記載の制御方法。
  17. 前記熱時定数を、温度上昇時の測定データに基づいて算出された値に設定する時定数設定ステップを備えた請求項１２から１５のいずれか一項に記載の制御方法。
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