JP6294375B2 - 冷媒の温度推定装置及び回転電機の温度推定装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機等のデバイスを冷却する冷媒の温度推定装置及び前記回転電機の温度推定装置に関し、例えば、異なる冷媒により冷却されるエンジンと回転電機を備えたハイブリッド自動車に適用して好適な冷媒の温度推定装置及び前記回転電機の温度推定装置に関する。

例えば、特許文献１には、永久磁石を有するロータの同心円状外側に、ステータコイルを備えるモータの前記永久磁石の温度を推定する磁石温度推定装置が開示されている。

この磁石温度推定装置では、モータの外部からモータ上部に流入された冷却油がステータコイルエンドの両円周に沿ってモータ下部まで落下し外部に流出することで、ステータコイルを冷却する（特許文献１［００４３］）。

さらに、この磁石温度推定装置では、冷却油から熱抵抗を介してロータコア（ロータヨーク）が熱的に接続され、前記ロータコアから熱抵抗を介して永久磁石が熱的に接続されている熱モデルを用いて、前記永久磁石の温度を推定する技術が開示されている（特許文献１の［００９１］）。

特開２０１４−０９３８６７号公報

特許文献１には、磁石に発生する渦電流損及びロータコアの鉄損からなるロータの損失量と、ステータコイルの銅損及びステータコアの鉄損からなるステータの損失量とを合算した損失量（Ｗとする）から、磁石から冷却油への抜熱量（Ｑとする。）を差し引いた値をロータの熱容量（Ｃ）で除することにより磁石の温度変化｛ΔＴｍａｇ（＝Ｗｍｏｔ−Ｑ）／Ｃ｝を算出している（特許文献１の［００７５］）。

特許文献１では、磁石から冷却油への前記抜熱量がロータ温度と冷却油温度との差に比例することに鑑み、ロータ温度は推定する一方、冷却油温度を実測している（特許文献１の［００７１］、［００７２］）。

特許文献１では、冷却油は、ロータ冷却後にオイルパンに貯留されて外部に放熱され、そのオイルパンに貯留される冷却油の温度を実測し、該冷却油温度が前記ロータに吐出される冷却油の温度と同定している（特許文献１の［００７１］、［００８７］）。

しかしながら、オイルパンに十分な放熱機構を持たない回転電機では、流路から回転電機のステータコイルに流入する前の冷却油温度（Ｔｂ）を測定する温度センサが必要になるが、温度センサは高価であり、温度センサの追加により、その部品コスト及び取付コストが増加してしまう。

また、ハイブリッド自動車では、通常、モータを冷却する冷却油専用のラジエータを設け、その冷却油専用のラジエータを車両の走行による冷却風で冷却して冷却油を冷却するが、前記冷却油専用（モータ専用）のラジエータの他に、前記冷却風でエンジンを冷却する冷媒を冷却するエンジン専用のラジエータを設けていることからコストが上昇する。

この場合、モータの冷却油をエンジン冷媒にて熱交換して冷却するラジエータ一体構造が考えられるが、モータのステータコイルに流入する前の冷却油の温度（前記冷却油温度Ｔｂ）を算出することはより困難になる。

この発明はこのような種々の課題を考慮してなされたものであって、第１のデバイス（例えば、回転電機）を冷却する第１冷媒を第２のデバイス（例えば、エンジン）を冷却する第２冷媒との熱交換によって冷却する第１冷媒放熱器から流出される冷却後の前記第１冷媒の温度（前記モータに流入する前の冷却油温度Ｔｂに対応する。）を精度よく算出（推定）することを可能とする冷媒の温度推定装置及び該冷媒温度推定装置を利用した回転電機の所定部品の温度を推定する温度推定装置を提供することを目的とする。

この発明に係る冷媒の温度推定装置は、第１のデバイスを冷却する第１冷媒を、第２のデバイスを冷却する第２冷媒との熱交換によって冷却する第１冷媒放熱器と、前記第１冷媒の流量に相関する第１物理量と、前記第２冷媒の流量に相関する第２物理量とから前記第１冷媒放熱器の冷却能力を算出する冷却能力算出器と、前記第２冷媒の温度及び前記熱交換前の前記第１冷媒の温度と、前記第１冷媒放熱器の前記冷却能力とに基づいて、前記第１冷媒放熱器での前記第１冷媒の放熱量を算出する放熱量算出器と、前記放熱量算出器によって算出された前記第１冷媒の前記放熱量に基づいて、前記熱交換後の前記第１冷媒の温度を算出する第１冷媒温度算出器と、を備える。

この発明によれば、第１のデバイスを冷却する第１冷媒を第２のデバイスを冷却する第２冷媒との熱交換によって冷却する第１冷媒放熱器における前記熱交換の後の第１冷媒の温度を、第１冷媒放熱器による熱交換の前の第１冷媒温度、第１冷媒との熱交換後の第２冷媒温度、及び第１冷媒の流量相関第１物理量と第２冷媒の流量相関第２物理量に基づき算出（推定）している。このため、第１冷媒放熱器から流出し第１のデバイスを冷却する前（第１のデバイスに流入する前）の第１冷媒の温度を精度よく算出（推定）することができる。
なお、流量相関物理量としては、冷媒の圧力を高めることで流量が設定されるポンプの回転数等を参照することができる。

この場合、前記第１冷媒放熱器は、走行風によって前記第２冷媒を冷却する第２冷媒放熱器内に設けられていてもよい。

第１のデバイスを冷却する第１冷媒放熱器と、第１冷媒を熱交換により冷却する第２冷媒を走行風によって冷却する第２冷媒放熱器とを一体的に構成（製作）できるので、部品点数を削減できる。結果として、冷媒放熱器の総材料コスト、総取付コスト及び総重量を低減することができる。

さらに、この発明に係る回転電機の温度推定装置は、冷媒の温度推定装置と、前記第１のデバイスが回転電機とされ、前記第１冷媒温度算出器により算出された前記熱交換後の前記第１冷媒の温度に基づき、該熱交換後の該第１冷媒により冷却される前記回転電機を構成する所定部品の温度を算出する回転電機温度推定器と、を備える。

この発明によれば、第１冷媒温度算出器により算出された熱交換後の第１冷媒の温度に基づき、回転電機を構成する所定部品の温度を算出しているので、前記第１冷媒の熱交換後の温度を計測する温度センサがなくとも精度よく前記回転電機を構成する所定部品の温度を算出することができる。温度センサを必要としないので、その分、コストを低減することができる。

なお、所定部品を回転電機の界磁用の永久磁石とすることで、温度上昇による劣化が最も懸念される回転電機の永久磁石の減磁を回避することができる。

この発明によれば、第１のデバイスを冷却する第１冷媒を第２冷媒との熱交換によって冷却する第１冷媒放熱器における熱交換後の前記第１冷媒温度を、前記第１冷媒放熱器による熱交換前の第１冷媒温度、前記第１冷媒との熱交換後の前記第２冷媒温度、及び前記第１冷媒の流量相関第１物理量と前記第２冷媒の流量相関第２物理量に基づき算出（推定）している。このため、第１冷媒放熱器から流出し第１のデバイスを冷却する前（第１のデバイスに流入する前）の第１冷媒の温度を精度よく算出（推定）することができる。

また、この発明によれば、第１冷媒温度算出器により算出された熱交換後の第１冷媒温度に基づき、回転電機を構成する所定部品の温度を算出（推定）することができる。

この実施形態に係る冷媒の温度推定装置が適用された回転電機の温度推定装置を搭載した車両の概略構成図である。 冷却対象としての電動機の概略構成を示す一部断面図である。 制御装置による回転電機の温度推定装置の機能ブロック図である。 磁石温度推定器で利用に供される概念的な熱回路図である。 制御装置による冷却後オイル温度推定器の機能ブロック図である。

以下、この発明に係る冷媒の温度推定装置が適用された回転電機の温度推定装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この実施形態に係る冷媒の温度推定装置が適用された回転電機の温度推定装置１０を搭載した車両１２の概略構成図である。図１中、太い実線は機械連結を示し、二重実線は電力配線を示し、二重実線内に破線を施した線は冷媒流路を示す。

この車両１２は、基本的には、エンジン１４と、このエンジン１４により回転軸１７を通じて回転駆動される発電機１６と、この発電機１６により充電される高圧バッテリ１８と、発電機１６又は高圧バッテリ１８の出力のＶ２電圧とＩ２電流による電力によりインバータ等の駆動ユニット（ＰＤＵ：Power Drive Unit）２０を介して駆動される電動機２２と、この電動機２２により減速機２４を介して回転駆動される走行用の駆動輪Ｗとを備える。この実施形態において、車両１２は、シリーズハイブリッド車両であるが、この発明はシリーズハイブリッド車両に限られない。

車両１２は、さらに、発電機１６及び電動機２２を潤滑・冷却する潤滑・冷媒であるＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）オイル等のオイルＯａｔｆを矢印方向に循環させるオイル循環機構３１と、エンジン１４を冷却する冷媒であるＬＬＣ（Long Life Coolant）等の冷媒Ｗｌｌｃを矢印方向に循環させる冷媒循環機構３２と、を備える。オイル循環機構３１と冷媒循環機構３２とにより電動機２２、発電機１６及びエンジン１４の冷却機構（発熱源冷却機構）３３が構成される。

図２は、冷却対象としての電動機２２の概略構成を示す一部断面図である。なお、冷却対象としての発電機１６も同様の構成になっているので図示を省略する。

電動機２２は、ハウジング（不図示）に固定された固定子としてのステータ１１８と、このステータ１１８に対し、空隙１２０を空けて内側に配置された回転子としてのロータ１２２とから構成される。

ステータ１１８は、ティースであるステータコア１４２と該ステータコア１４２に巻回されたコイル１４４とから構成される。この場合、ステータ１１８には、コイル１４４の温度（ステータコイル温度Ｔｃｏｉｌという。）を検出する温度センサ１４６が設けられている。

ロータ１２２は、前記ハウジングに対し回転可能に支持された主軸（回転軸）１２４と、積層磁性鋼板中に永久磁石１２６が埋め込み固定された円筒状のロータコア１２８と、該ロータコア１２８の軸方向側面を支持する一対のエンドプレート１３０と、一方のエンドプレート１３０を支持するカラー１３４と、を備える永久磁石埋込型同期モータである。

なお、電動機２２のハウジングに設けられたレゾルバステータ１３８ｂと主軸１２４に設けられたレゾルバロータ１３８ａからなるレゾルバ１３８によりロータ１２２の回転位置θ及び回転数（電動機回転数、回転電機回転数）Ｎ［ｒｐｍ］が検出される。

図１において、オイル循環機構３１は、オイル吸入口５１ｍ、５１ｇと、オイル吐出口５２ｍ、５２ｇを備えるオイル流路５３と、オイル吸入口５１ｍ、５１ｇ側に設けられる機械式のポンプ（機械式ポンプ）６１と、オイル流路５３内を流れるオイルＯａｔｆを熱交換作用により冷却する熱交換器（ＨＥＸ）４１とを備える。

機械式のポンプ６１は、エンジン１４により回転駆動される発電機１６の回転軸１７に連結され、発電機１６の回転数（発電機回転数、回転電機回転数）Ｎｇに応じた駆動力を受けて作動する。なお、発電機１６の回転数Ｎｇ（発電機回転数）［ｒｐｍ］は、発電機１６に設けられた回転数センサ１４８により検出される。

機械式のポンプ６１は、オイル流路５３のオイル吸入口５１ｍ、５１ｇからオイルＯａｔｆを吸引するとともに、オイル流路５３内のオイルＯａｔｆをオイル吐出口５２ｍ、５２ｇに向けて、発電機１６の回転数Ｎｇ（機械式のポンプ６１の回転数に対応）に応じた流量で流動させる。

一方、冷媒循環機構３２は、冷却対象であるエンジン１４のシリンダのウォータジャケットからの冷媒流出口７２と、前記シリンダのウォータジャケットへの冷媒流入口７４とを備える冷媒流路７３と、冷媒流出口７２の近傍に設けられる電動式のポンプ（電動ポンプ）８２と、冷媒流路７３内を流れる冷媒Ｗｌｌｃを走行風である冷却風により冷却（熱交換）するラジエータ４２とを備える。ラジエータ４２は、走行風を取り込み易くするために車両１２の前面グリル近傍に配置される。なお、冷媒流路７３を流れる冷媒は、電動ポンプ８２の回転数Ｎｗｐに応じた流量で流動する。

オイルＯａｔｆの熱交換器４１は、インタンククーラーとしてラジエータ４２内に配置固定されている。すなわち、熱交換器４１とラジエータ４２とが一体構造にされている。一体構造であるので、材料コスト、車両１２への取付コストが低減されるとともに、体積、重量を低減することができる。

図１に示す熱交換器一体型のラジエータ４２では、熱交換器４１内を流れるオイルＯａｔｆが、ラジエータ４２内を流れる冷媒Ｗｌｌｃと熱交換することによって冷却され、且つラジエータ４２内を流れる冷媒Ｗｌｌｃが、走行風である冷却風と熱交換することによって冷却される。

ラジエータ４２の出口側には、ラジエータ４２で冷却された後の冷媒Ｗｌｌｃの温度（冷却後冷媒温度）Ｔｌｌｃａを検出する既存の温度センサ８６が取り付けられている。

ポンプ６１の吸引側には、熱交換器４１による熱交換（冷却）前のオイルＯａｔｆの温度（冷却前オイル温度）Ｔａｔｆｂを検出する温度センサ８５が取り付けられている。

この実施形態に係る温度推定装置１０は、基本的には、オイル循環機構３１及び冷媒循環機構３２とこれらを制御する制御装置５０とから構成される。

制御装置５０は、演算器と記憶装置とカウンタタイマと入出力インタフェースを有し、前記演算器が各種入力信号（発電機１６の回転数Ｎｇ、電動機２２の回転数Ｎ、電動機２２への供給電力（Ｖ２電圧とＩ２電流）、熱交換器４１による冷却前の冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂ、ラジエータ４２による冷却後の冷却後冷媒温度Ｔｌｌｃａ、ステータコイル温度Ｔｃｏｉｌ、電動ポンプ８２の回転数Ｎｗｐ等）に基づき、前記記憶装置に記憶されているプログラムを読み出し実行することで各出力装置、ここでは電動機２２、エンジン１４、オイル循環機構３１、及び冷媒循環機構３２等を制御する各種機能実現器（機能実現手段）として機能する。前記演算器が構成する各種機能実現器は、ハードウエアにより構成することもできる。

この実施形態において、制御装置５０は、磁石温度推定器（各部品推定器）５０ａ及び冷却後オイル温度推定器５０ｂ等として機能する。

磁石温度推定器５０ａは、磁石１２６の温度（磁石温度）Ｔｍａｇ［Ｋ］を算出（推定）する際に、ロータコア１２８、エンドプレート１３０等の温度を算出（推定）するので、回転電機（電動機２２と発電機１６）を構成する所定部品の温度を算出する回転電機（電動機２２と発電機１６）の温度推定装置として機能する。したがって、以下の説明では、磁石温度推定器５０ａを各温度推定器５０ａともいう。

なお、制御装置５０と、センサ及び出力装置等の構成要素との間の信号線及び制御線は、煩雑となるので図示を省略している。

［発熱源冷却機構３３の動作］
次に、基本的には以上のように構成される車両１２の発熱源冷却機構３３の動作について説明する。

車両１２のパワースイッチ（不図示）がオン状態にされると、制御装置５０は、エンジン１４を駆動して発電機１６を回転させるとともに、電動機２２のロータ１２２を回転可能状態乃至回転状態とし、電動ポンプ８２を作動させる。ここで、発電機１６が回転すると同時に回転軸１７を介して機械式ポンプ６１が作動する。

機械式ポンプ６１が作動するとオイルＯａｔｆの圧力が高められて送りだされる。この場合、機械式ポンプ６１は、電動機２２及び発電機１６の鉛直方向下方内部に設けられているオイルパン（不図示）からオイルＯａｔｆをオイル吸入口５１ｍ、５１ｇを介して吸入し、オイル流路５３を循環させて、オイル吐出口５２ｍ、５２ｇから吐出させる。

図２に示すように、電動機２２の上部側に設けられたオイル吐出口５２ｍ（図１）から吐出されたオイルＯａｔｆは、電動機２２内部の電機子として銅損等により発熱するステータ１１８と、鉄損等により発熱するロータコア１２８が一体的に組み込まれたロータ１２２と、を冷却して（熱交換して）前記オイルパン内に落下する。この際、オイル吐出口５２ｍから吐出されたオイルＯａｔｆは、主軸１２４の軸受（不図示）等の潤滑材としても機能して前記オイルパン内に落下する。

同様に、発電機１６上部から吐出して内部を冷却したオイルＯａｔｆは、発電機１６内のオイルパン内に落下する。

各前記オイルパンに落下して貯留されたオイルＯａｔｆは、機械式ポンプ６１の作動下にオイル吸入口５１ｍ、５１ｇから吸入され、オイル流路５３内の熱交換器４１によりラジエータ４２内の冷媒Ｗｌｌｃと熱交換（冷却）されて、オイル吐出口５２ｍ、５２ｇに至り、循環する。このようにして、電動機２２及び発電機１６が、オイルＯａｔｆにより冷却される。

なお、オイル吐出口５２ｍ、５２ｇ、電動機２２及び発電機１６の適宜の箇所（温度上昇部、潤滑必要部）に複数設けてもよい。

回転電機（電動機２２と発電機１６）を冷却することで加熱された（熱交換された）オイルＯａｔｆの温度である（熱交換器４１による）冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂが制御装置５０により検出される。

その一方、エンジン１４を冷却する冷媒Ｗｌｌｃが制御装置５０により駆動される電動ポンプ８２により冷媒Ｗｌｌｃの圧力が高められて送りだされると、冷媒Ｗｌｌｃは、エンジン１４の冷媒流出口７２から吸入され、冷媒流路７３を介し、ラジエータ４２を通じて外気の冷却風により冷却され、冷却された後の冷媒Ｗｌｌｃが冷媒流路７３を介して、冷媒流入口７４に至り循環する。このようにしてエンジン１４が、冷媒Ｗｌｌｃにより冷却される。

［電動機２２を構成する所定部品（永久磁石１２６等）の温度推定手順］
次に、磁石温度推定器（各温度推定器）５０ａによる永久磁石１２６の温度Ｔｍａｇ（推定磁石温度Ｔｍａｇ）等を推定する手順について説明する。なお、永久磁石１２６は、減磁温度を上回ると減磁してしまい電動機２２が規定のトルクを発生できなくなる。このため、推定磁石温度Ｔｍａｇが規定の減磁温度を上回らないように電動機２２の出力を制御する前提として、永久磁石１２６の温度Ｔｍａｇを推定することが重要である。なお、発電機１６の永久磁石も同様であるが、煩雑となるので、ここでは電動機２２を例として説明する。

図３の制御装置５０による回転電機の温度推定装置１０の機能ブロック図に示すように、推定磁石温度Ｔｍａｇは、ステータコイル温度Ｔｃｏｉｌと、冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａとが分かれば、以下に説明するように、算出式（又はマップ）により磁石温度推定器５０ａで一意に算出（推定）することができる。

図４は、磁石温度推定器５０ａで利用に供される概念的な熱回路図であり、熱抵抗で各要素を接続した熱回路（熱モデル）を示している。

ここで、磁石１２６の温度を推定する際には、ステータコア１４２、エンドプレート１３０、ロータコア１２８、滴下冷媒１４０の各温度を推定する必要があり、磁石１２６の温度を推定することは、それら各温度を算出（推定）することにもなる。

オイル循環機構３１の吐出口５２ｍ、５２ｇから吐出された冷媒であるオイルＯａｔｆによってコイル１４４のコイルエンド及びステータコア１４２が直接的に冷却される（図２も参照）。そして、さらに、ステータ１１８からエンドプレート１３０に滴下される滴下冷媒１４０（図２中、エンドプレート１３０の両側に模式的に描いた矢印で示す冷媒Ｏａｔｆ）によってエンドプレート１３０が直接的に冷却され、さらに、滴下冷媒１４０によって、図４に示すように、熱抵抗Ｒ１、エンドプレート１３０、熱抵抗Ｒ２、ロータコア１２８、及び熱抵抗Ｒ３を介して、順次、ロータコア１２８と、磁石１２６とが間接的に冷却される。

（発熱量の算出）
各温度を推定する際には、まず、公知の要領にて、コイル１４４の発熱量（銅損）、ロータコア１２８の発熱量（鉄損）、及び磁石１２６の発熱量（渦電流損）を算出する。

コイル１４４の発熱量（損失）は、ＰＤＵ２０を介して電動機２２に流れ込むＩ２電流とコイル１４４の抵抗値（既知）から算出する。

ロータコア１２８の発熱量（鉄損）は、電動機回転数Ｎと電動機２２のトルク（算出値、もしくは実測値）、及びＶ２電圧をパラメータとして予め求めてある特性（マップ）を参照して算出する。

磁石１２６の発熱量（渦電流損）も、同様に、電動機回転数Ｎと電動機２２のトルク（算出値、もしくは実測値）、及びＶ２電圧をパラメータとして予め求めてある特性（マップ）を参照して算出する。

（滴下冷媒１４０の温度Ｔｄａｔｆの算出）
滴下冷媒１４０の温度Ｔｄａｔｆは、次の（１）式に示すように、温度センサ１４６による実測値であるコイル温度Ｔｃｏｉｌから温度センサ８５による実測値である冷却後オイル温度Ｔａｔｆｂを差し引いた温度差（Ｔｃｏｉｌ−Ｔａｔｆｂ）を、コイル１４４とオイルＯａｔｆ間の熱抵抗Ｒｃｏａｔｆで除した受熱量Ｑｃｏａｔｆ＝｛（Ｔｃｏｉｌ−Ｔａｔｆｂ）／Ｒｃｏａｔｆ｝を、オイルＯａｔｆの熱容量Ｃａｔｆで除した温度上昇ΔＴａｔｆ＝（Ｑｃｏａｔｆ／Ｃａｔｆ）と、冷却後オイル温度Ｔａｔｆｂと、を加算した値として算出される。なお、コイル１４４とオイルＯａｔｆ間の熱抵抗Ｒｃｏａｔｆは、オイルＯａｔｆの流量（機械式のポンプ６１の回転数に対応する発電機１６の回転数Ｎｇに比例する。）に略反比例する予め得られている特性を参照して求める。また、オイルＯａｔｆの熱容量Ｃａｔｆは、冷媒Ｏａｔｆの流量（冷媒流量）ｆｌｌｃに冷媒Ｏａｔｆの比熱及び予め求めた係数を乗算することで算出される。
Ｔｄａｔｆ
＝Ｔａｔｆｂ＋ΔＴａｔｆ
＝Ｔａｔｆｂ＋（Ｑｃｏａｔｆ／Ｃａｔｆ）
＝Ｔａｔｆｂ
＋［｛（Ｔｃｏｉｌ−Ｔａｔｆｂ）／Ｒｃｏａｔｆ｝／Ｃａｔｆ］ …（１）

（部品温度及び熱抵抗の算出）
エンドプレート１３０と滴下冷媒１４０との間の熱抵抗Ｒ１は、モータ回転数Ｎと冷媒Ｏａｔｆの流量（冷媒流量）ｆｌｌｃ［Ｌ／ｍｉｎ］に応じて予め求めておいた特性（マップ）（不図示）を参照して算出される。この熱抵抗Ｒ１を算出する特性は、モータ回転数Ｎ及び冷媒流量ｆｌｌｃに負比例する特性である。

なお、冷媒流量ｆｌｌｃは、発電機回転数Ｎｇに比例する特性（マップ）９２（後述する図５）を参照して算出できる。

滴下冷媒温度Ｔｄａｔｆと、熱抵抗Ｒ１（滴下冷媒１４０とエンドプレート１３０間の熱抵抗）と、熱抵抗Ｒ２（エンドプレート１３０とロータコア１２８間の熱抵抗）と、ロータコア１２８の鉄損と、熱抵抗Ｒ３（ロータコア１２８と磁石１２６との間の熱抵抗）と、磁石１２６の渦電流損とから磁石１２６の温度Ｔｍａｇを推定することができる。同時に、エンドプレート１３０、及びロータコア１２８の温度Ｔｅｐ、Ｔｃｏｒｅを推定することができる。

磁石温度推定器（各温度算出器）５０ａにより、エンドプレート１３０の温度Ｔｅｐは、（２）式に示すように、前回値（前回推定値）Ｔｅｐｐｒｅｖに温度変化ΔＴｅｐを加算した次の（２）式により算出（推定）される。
Ｔｅｐ＝Ｔｅｐｐｒｅｖ＋ΔＴｅｐ …（２）

エンドプレート温度Ｔｅｐの前回値（前回推定値）Ｔｅｐｐｒｅｖの初期値は、例えば、ソーク状態（運転停止状態）にあった車両１２のイグニッションスイッチ（パワースイッチ）をオン状態にしたときの均熱化されているステータコイル温度Ｔｃｏｉｌとしてもよい。以下、他の初期値も同様に取得することができる。

温度変化ΔＴｅｐは、例えば適宜の演算などによって推定する。

滴下冷媒１４０のエンドプレート１３０からの受熱量Ｑｅｐｄａｔｆは、次の（３）式に示すように、エンドプレート温度Ｔｅｐから滴下冷媒温度Ｔｄａｔｆを差し引いた値を熱抵抗Ｒ１（エンドプレート１３０と滴下冷媒１４０との間の熱抵抗）で除した値として算出（推定）される。
Ｑｅｐｄａｔｆ＝（Ｔｅｐ−Ｔｄａｔｆ）／Ｒ１ …（３）

ここで、（４）式に示すように、滴下冷媒１４０のエンドプレート１３０からの受熱量Ｑｅｐｄａｔｆと、エンドプレート１３０のロータコア１２８からの受熱量Ｑｃｏｒｅｅｐとは等しいものと仮定する。
Ｑｅｐｄａｔｆ＝Ｑｃｏｒｅｅｐ …（４）

この仮定は、空間的に分離されているステータコア１４２とエンドプレート１３０との間の熱抵抗Ｒ４と、空間的に略分離されているエンドプレート１３０とハウジング間の熱抵抗Ｒ５が、熱抵抗Ｒ１に対して非常に大きな値になっていることから首肯できる。

次に、磁石温度推定器（各温度算出器）５０ａは、磁石温度Ｔｍａｇの前回値（前回推定値）Ｔｍａｇｐｒｅｖ及びロータコア１２８と磁石１２６との間の熱抵抗Ｒ３と、ロータコア１２８の温度の推定値Ｔｃｏｒｅとを用いて、ロータコア１２８の磁石１２６からの受熱量Ｑｍａｇｃｏｒｅを次の（５）式により算出する。
Ｑｍａｇｃｏｒｅ＝（Ｔｍａｇｐｒｅｖ−Ｔｃｏｒｅ）／Ｒ３ …（５）

磁石温度Ｔｍａｇの前回値（前回推定値）Ｔｍａｇｐｒｅｖの初期値は、上述したように、例えば、ソーク状態（運転停止状態）にあった車両１２のイグニッションスイッチ（パワースイッチ）をオン状態にしたときのステータコイル温度Ｔｃｏｉｌとしてもよい。

ここで、ロータコア１２８の受熱量Ｑｃｏｒｅは、ロータコア１２８の磁石１２６からの受熱量Ｑｍａｇｃｏｒｅから、エンドプレート１３０のロータコア１２８からの受熱量Ｑｃｏｒｅｅｐを差し引いた値に、ロータコア１２８の鉄損Ｗｃｏｒｅを加算した次の（６）式により算出される。
Ｑｃｏｒｅ＝Ｗｃｏｒｅ＋Ｑｍａｇｃｏｒｅ−Ｑｃｏｒｅｅｐ …（６）

ロータコア１２８の温度変化ΔＴｃｏｒｅは、ロータコア１２８の受熱量Ｑｃｏｒｅをロータコア１２８の熱容量Ｃｃｏｒｅで除した次の（７）式の値として得られる。
ΔＴｃｏｒｅ＝Ｑｃｏｒｅ／Ｃｃｏｒｅ …（７）

したがって、ロータコア１２８の温度Ｔｃｏｒｅは、ロータコア温度Ｔｃｏｒｅの前回値（前回推定値）をＴｃｏｒｅｐｒｅｖとして、次の（８）式により算出（推定）できる。
Ｔｃｏｒｅ＝Ｔｃｏｒｅｐｒｅｖ＋ΔＴｃｏｒｅ …（８）

次に、磁石１２６からの放熱量（抜熱量）Ｑｍａｇは、前回の磁石温度Ｔｍａｇｐｒｅｖからロータコア温度Ｔｃｏｒｅを差し引いた値を磁石１２６とロータコア１２８との間の熱抵抗Ｒ３で除した次の（９）式に示す値として算出される。
Ｑｍａｇ＝（Ｔｍａｇｐｒｅｖ−Ｔｃｏｒｅ）／Ｒ３ …（９）

磁石１２６の温度変化ΔＴｍａｇは、次の（１０）式に示すように、磁石１２６で発生した発生熱量である渦電流損Ｗｍａｇから放熱量Ｑｍａｇを引いた熱量を磁石１２６の熱容量Ｃｍａｇで除することにより算出（推定）できる。
ΔＴｍａｇ＝（Ｗｍａｇ−Ｑｍａｇ）／Ｃｍａｇ …（１０）

したがって、磁石温度Ｔｍａｇは、前回値Ｔｍａｇｐｒｅｖに温度変化ΔＴｍａｇを加算した次の（１１）式により算出（推定）することができる。
Ｔｍａｇ＝Ｔｍａｇｐｒｅｖ＋ΔＴｍａｇ …（１１）

このようにして、図３に示したように、推定磁石温度Ｔｍａｇは、ステータコイル温度Ｔｃｏｉｌと推定（算出）可能な冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａが判明すれば、磁石温度推定器５０ａにて算出（推定）することができる。

上述したように、ステータコイル温度Ｔｃｏｉｌは、温度センサ１４６により実測値として取得される。

［冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａの推定手順］
そこで、次に、制御装置５０の冷却後オイル温度推定器５０ｂによる冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａの推定手順について図３の回転電機の温度推定装置１０の機能ブロック図及び図５の冷却後オイル温度推定器５０ｂの機能ブロック図を参照して説明する。

熱交換器４１により冷媒Ｗｌｌｃと熱交換されて冷却された冷却後オイル温度Ｔａｔｆａは、温度センサ８５により検出される冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂと、温度センサ８６により検出される冷媒温度Ｔｌｌｃａと、機械式のポンプ６１を作動させる発電機１６の発電機回転数Ｎｇ（すなわちオイルＯａｔｆの流量）と、電動ウォータポンプ８２の回転数Ｎｗｐ（すなわちエンジン冷却水である冷媒ｌｌｃの流量と、に基づき推定（算出）することができる（図３）。

冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａは、実測値の冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂから推定値の熱交換器４１による放熱温度Ｔｈｅｘを減算器９７で差し引くことにより算出できる｛（１２）式参照｝。
Ｔａｔｆａ＝Ｔａｔｆｂ−Ｔｈｅｘ …（１２）

ここで、熱交換器４１によるオイルＯａｔｆの放熱温度Ｔｈｅｘは、次の（１３）式に示すように、ラジエータ４２内に設けられた熱交換器４１の放熱量Ｑｈｅｘ［Ｊ］をオイルＯａｔｆの熱容量Ｃａｔｆ［J／Ｋ］で除算器９６により除することにより算出することができる。
Ｔｈｅｘ＝Ｑｈｅｘ／Ｃａｔｆ …（１３）

したがって、オイルＯａｔｆの熱容量Ｃａｔｆは既知であるので、熱交換器４１の前記放熱量Ｑｈｅｘを算出することができれば、冷却後推定オイル温度Ｔａｔｆａ［Ｋ］を算出することができる。

次の（１４）式に示すように、熱交換器４１の放熱量Ｑｈｅｘは、冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂから冷却後冷媒温度Ｔｌｌｃａを減算器９５により差し引いた温度に冷却係数Ｋ［Ｊ／Ｋ］を乗算することにより算出することができる。
Ｑｈｅｘ＝Ｋ×（Ｔａｔｆｂ−Ｔｌｌｃａ） …（１４）

ここで、冷却係数Ｋは、冷媒流量ｆｌｌｃ［Ｌ／ｍｉｎ］を入力値とし、オイル流量ｆａｔｆ［Ｌ／ｍｉｎ］をパラメータとする特性（マップ）９３を参照して出力値として求めることができる。

特性（マップ）９３で参照されるオイル流量ｆａｔｆ［Ｌ／ｍｉｎ］は、機械式ポンプ６１を回転軸１７により回転する発電機１６の回転数Ｎｇ［ｒｐｍ］に概ね比例する特性（マップ）９１を参照し、回転数Ｎｇを入力として求めることができる。同様に、冷媒流量ｆｌｌｃ［Ｌ／ｍｉｎ］は、電動ポンプ８２の回転数Ｎｗｐ［ｒｐｍ］に概ね比例する特性（マップ）９２を参照し、回転数Ｎｗｐを入力として求めることができる。

特性（マップ）９３は、予め実験あるいはシミュレーションにより作成することが可能である。冷却係数Ｋ［Ｊ／Ｋ］は、冷媒流量ｆｌｌｃ［Ｌ／ｍｉｎ］が大きい程、オイル流量ｆａｔｆ［Ｌ／ｍｉｎ］が大きい程、値が大きくなる特性になっている。

このようにして、冷却後オイル温度推定器５０ｂは、冷却前オイル温度Ｔａｔｆｂと、冷媒温度Ｔｌｌｃａと、発電機回転数Ｎｇと、電動ポンプ回転数Ｎｗｐに基づき冷却後オイル温度Ｔａｔｆａを推定（算出）することができる。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態によれば、温度推定装置１０は、第１冷媒放熱器（熱交換器４１）と、冷却能力算出器（特性９３）と、放熱量算出器（乗算器９５）と、第１冷媒温度算出器（除算器９６と減算器９７）と、回転電機温度推定器（磁石温度推定器５０ａ）とを備える。

ここで、第１冷媒放熱器（熱交換器４１）は、回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）を冷却する第１冷媒（オイルＯａｔｆ）を、第２冷媒（冷媒Ｗｌｌｃ）との熱交換によって冷却する

冷却能力算出器（特性９３）は、第１冷媒放熱器（熱交換器４１）と、前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の流量に相関する第１物理量（発電機回転数Ｎｇ）と、前記第２冷媒（冷媒Ｗｌｌｃ）の流量に相関する第２物理量（電動ポンプ回転数Ｎｗｐ）とから前記第１冷媒放熱器（熱交換器４１）の冷却能力（冷却係数Ｋ）を算出する。

放熱量算出器（乗算器９５）は、前記第２冷媒（冷媒Ｗｌｌｃ）の温度（冷媒温度Ｔｌｌｃａ）及び第１放熱器（熱交換器４１）による熱交換前の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度（Ｔａｔｆｂ）と、前記第１冷媒放熱器（熱交換器４１）の前記冷却能力（冷却係数Ｋ）とに基づいて、前記第１冷媒放熱器（熱交換器４１）での前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の放熱量Ｑｈｅｘ｛（４）式｝を算出する。

第１冷媒温度算出器（除算器９６と減算器９７）は、前記放熱量算出器（乗算器９５）によって算出された前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の前記放熱量Ｑｈｅｘに基づいて、熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度Ｔａｔｆａ｛（４）式｝を算出する。

さらに、回転電機温度推定器（磁石温度推定器５０ａ）は、熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度（Ｔａｔｆａ）に基づき、熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）により冷却される前記回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）の所定部品（磁石１２６）の温度Ｔｍａｇを推定する。

この実施形態によれば、第１のデバイスとしての回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）を冷却する第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の熱交換器４１による熱交換前の温度（Ｔａｔｆｂ）と、前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）を第２のデバイスとしてのエンジン１４を冷却する第２冷媒（Ｗｌｌｃ）との熱交換によって冷却する第２冷媒（Ｗｌｌｃ）の温度（Ｔｌｌｃａ）と、前記第１及び第２冷媒の流量（オイル流量ｆａｔｆと冷媒流量ｆｌｌｃ）に基づき算出された前記第１冷媒放熱器（熱交換器４１）での前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の放熱量Ｑｈｅｘと、に基づいて熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度（Ｔａｔｆａ）を算出し、算出された熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度（Ｔａｔｆａ）に基づき、熱交換器４１による熱交換後の前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）により冷却される前記回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）の所定部品（磁石１２６）の温度（Ｔｍａｇ）を推定するようにしたので、前記回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）を冷却する前記第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の熱交換器４１による熱交換後の温度を計測する温度センサを必要とせずに精度よく、熱交換器４１による熱交換後の第１冷媒（オイルＯａｔｆ）の温度Ｔａｔｆａを算出（推定）することができる。温度センサを必要としないので、その分、コストを低減することができる。

この場合において、前記第１冷媒放熱器（熱交換器４１）は、走行風によって前記第２冷媒（Ｗｌｌｃ）を冷却する第２冷媒放熱器（ラジエータ４２）内に設けられていることから、回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）を冷却する第１冷媒放熱器（熱交換器４１）と第２冷媒放熱器（ラジエータ４２）とを一体的に製作できるので、トータルな材料コスト及び重量を低減することができる。

なお、前記所定部品が前記回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）の界磁用の永久磁石（磁石１２６）であるとしている。この実施形態によれば、温度上昇による劣化が最も懸念される回転電機（電動機２２及び又は発電機１６）の永久磁石（磁石１２６）の減磁を回避することができる。前記所定部品としては、磁石１２６の他、ロータコア１２８等の温度をも推定することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…温度推定装置 １２…車両
１４…エンジン １６…発電機
２２…電動機 ３１…オイル循環機構
３２…冷媒循環機構 ３３…発熱源冷却機構
４１…熱交換器 ４２…ラジエータ
５０…制御装置 ５０ａ…磁石温度推定器
５０ｂ…冷却後オイル温度推定器 ６１…機械式ポンプ
８２…電動ポンプ Ｏａｔｆ…オイル
Ｗｌｌｃ…冷媒

Claims (3)

1. 第１のデバイスを冷却する第１冷媒を、第２のデバイスを冷却する第２冷媒との熱交換によって冷却する第１冷媒放熱器と、
   前記第１冷媒の流量に相関する第１物理量と、前記第２冷媒の流量に相関する第２物理量とから前記第１冷媒放熱器の冷却能力を算出する冷却能力算出器と、
   前記第２冷媒の温度及び前記熱交換前の前記第１冷媒の温度と、前記第１冷媒放熱器の前記冷却能力とに基づいて、前記第１冷媒放熱器での前記第１冷媒の放熱量を算出する放熱量算出器と、
   前記放熱量算出器によって算出された前記第１冷媒の前記放熱量に基づいて、前記熱交換後の前記第１冷媒の温度を算出する第１冷媒温度算出器と、
   を備えることを特徴とする冷媒の温度推定装置。
2. 請求項１に記載の冷媒の温度推定装置において、
   前記第１冷媒放熱器は、
   走行風によって前記第２冷媒を冷却する第２冷媒放熱器内に設けられている
   ことを特徴とする回転電機を冷却する冷媒の温度推定装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷媒の温度推定装置と、
   前記第１のデバイスが回転電機とされ、前記第１冷媒温度算出器により算出された前記熱交換後の前記第１冷媒の温度に基づき、該熱交換後の該第１冷媒により冷却される前記回転電機を構成する所定部品の温度を算出する回転電機温度推定器と、
   を備えることを特徴とする回転電機の温度推定装置。

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