JP7192952B1 - モータ冷却システム及びモータ冷却監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの筐体の亀裂やシール部の経年劣化による冷却油の減少を検知してモータの過熱及び破損を防止すること。【解決手段】モータ冷却システム１において、判定部３３は、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐ若しくは回転速度Ｎｐの周期的なサンプリングを行い、この複数サンプリング点に対する駆動電流Ｉｐ若しくは回転速度Ｎｐの標準偏差が予め設定された閾値よりも大きいと判断するとモータ２の冷却油の減少を検知する。前記閾値は、冷却油が減少した状態でのモータ２の運転試験により得られたオイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐ若しくは回転速度Ｎｐの測定値に基づき設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、油冷式モータの冷却技術に関する。

車載用などのモータの冷却方法としては、モータの筐体内部のオイルパンに溜めた冷却油を電動式オイルポンプで循環させることで、ステータコイル等の部位の冷却が行われる（特許文献１）。前記冷却に供された冷却油はオイルクーラを介した冷却水により冷却される。

特開２０１８－１５２９４４号公報 特開２０１３－２４３８７６号公報

前記モータの冷却油量が当該モータの筐体の亀裂やシール部の経年劣化により減少し、オイルパンの冷却油吸い込み口以下まで油面が低下すると、冷却油と共にエアも吸い込まれる。これによりステータコイル等の被冷却部へ噴射される冷却油の比重が低下し冷却が不十分となる。この状態で使用を続けるとモータが過熱し寿命の短命化を招き、最悪時は故障を招く。

本発明は、以上の事情を鑑み、モータの筐体の亀裂やシール部の経年劣化による冷却油の減少を検知してモータの過熱及び破損を防止することを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、予め設定された閾値に対し、前記オイルポンプの駆動電流の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに前記冷却油の減少を検知する判定部と、を有するモータ冷却システムである。

本発明の一態様は、前記モータ冷却システムにおいて、前記モータを駆動するインバータをさらに有し、前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記駆動電流の標準偏差に応じたトルクリミット値を出力し、前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力する。

本発明の一態様は、モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、予め設定された標準駆動電流に対し、複数サンプリングした駆動電流の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知する判定部と、を有するモータ冷却システムである。

本発明の一態様は、前記モータ冷却システムにおいて、前記モータを駆動するインバータをさらに有し、前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記駆動電流の移動平均値に応じたトルクリミット値を出力し、前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力する。

本発明の一態様は、モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、予め設定された閾値に対し、前記オイルポンプの回転速度の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに前記冷却油の減少を検知する判定部と、を有するモータ冷却システムである。

本発明の一態様は、前記モータ冷却システムにおいて、前記モータを駆動するインバータをさらに有し、前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記回転速度の標準偏差に応じたトルクリミット値を出力し、前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力する。

本発明の一態様は、モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、予め設定された標準回転速度に対し、複数サンプリングした回転速度の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知する判定部と、を有するモータ冷却システムである。

本発明の一態様は、前記モータ冷却システムにおいて、前記モータを駆動するインバータをさらに有し、前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記回転速度の移動平均値に応じたトルクリミット値を出力し、前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力する。

本発明の一態様は、前記モータ冷却システムにおいて、前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると警報信号を外部に出力する。

本発明の一態様は、予め設定された閾値に対し、モータの冷却油を循環させるオイルポンプの駆動電流若しくは回転速度の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに当該モータの冷却油の減少を検知するモータ冷却監視方法である。

本発明の一態様は、モータの冷却油を循環させるオイルポンプを有するモータ冷却システムにおけるモータ冷却監視方法であって、予め設定された標準駆動電流若しくは標準回転速度に対し、複数サンプリングした駆動電流若しくは回転速度の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知する。

以上の本発明によれば、モータの筐体の亀裂やシール部の経年劣化による冷却油の減少を検知してモータの過熱及び破損を防止できる。

本発明の一態様であるモータ冷却システムの概略構成図。 本発明の一態様であるモータ冷却システムの概略構成図。 本発明の一態様であるモータ冷却システムが適用されるモータの断面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１，２に示された本発明の一態様である実施形態１のモータ冷却システム１は、図３に例示した油冷式のモータ２に適用される。

モータ冷却システム１は、モータ２のロータ２１と同軸に配されたステータコイル２２に冷却油を循環供給することによりステータコイル２２を冷却する。前記冷却油は、モータ２に設けられたオイルポンプ２３により供給され、モータ２の筐体２０に形成された油路２５を介して筐体２０内のステータコイル２２に噴射される。前記冷却油の流量はオイルポンプ２３の回転速度により制御される。回転速度は、オイルポンプ２３に具備された図示省略の専用モータより制御される。前記冷却に供された冷却油は、筐体２０に形成されたオイルパン２４に移行する。オイルパン２４に貯留した冷却油は、オイルポンプ２３により油路２５に供給されると共に、モータ２のオイルクーラ２６を介した冷却水により冷却される。

以下、モータ冷却システム１の具体的な態様例について説明する。

［実施形態１］
図１に示された実施形態１のモータ冷却システム１は、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐを周期的に監視し、駆動電流Ｉｐの複数サンプリング点に対する標準偏差に基づき冷却油の減少を検知する判定部３３を備える。

判定部３３は、例えば、インバータ３またはインバータ３と独立して備えられる。尚、インバータ３は、モータ２を駆動する主回路３１と、モータ２のモータ電流Ｉに基づくゲート信号を主回路３１に出力する制御部３２と、を備える。

モータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因り、冷却油が減少してオイルパン２４の油面が低下し、エアが混入するとオイルポンプ２３への負荷が変動してオイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐが不規則に変化する。

判定部３３は前記負荷の変動に因る駆動電流Ｉｐの変化の現象を利用して冷却油の減少を検知する。すなわち、判定部３３は、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの周期的なサンプリングを行い、この複数サンプリング点に対する駆動電流Ｉｐの標準偏差が閾値よりも大きいと判断すると冷却油の減少を検知する。前記閾値は、冷却油が減少した状態でのモータ２の運転試験により得られたオイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの測定値とその時の標準偏差計算値に基づき予め設定される。

以上のモータ冷却システム１によれば、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの変動を監視することでモータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因る冷却油の減少を検知できる。よって、前記亀裂や経年劣化に因るモータ２の冷却油の減少及び不十分な循環を防止できるので、モータ２の過熱や破損を予防でき、モータ２の寿命低下や故障を未然に防止できる。

［実施形態２］
実施形態２の判定部３３は、実施形態１の駆動電流Ｉｐの代わりにオイルポンプ２３の回転速度Ｎｐを周期的に監視し、回転速度Ｎｐの複数サンプリング点に対する標準偏差に基づき冷却油の減少を検知する。

モータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因り、冷却油が減少してオイルパン２４の油面が低下し、エアが混入するとオイルポンプ２３への負荷が変動しオイルポンプ２３の回転速度Ｎｐが不規則に変化する。

判定部３３は前記負荷の変動に因る回転速度Ｎｐの変化の現象を利用して冷却油の減少を検知する。すなわち、判定部３３は、オイルポンプ２３の回転速度Ｎｐの周期的なサンプリングを行い、この複数サンプリング点に対する回転速度Ｎｐの標準偏差が閾値よりも大きいと判断すると冷却油の減少を検知する。前記閾値は、実施形態１と同様に、冷却油が減少した状態でのモータ２の運転試験により得られたオイルポンプ２３の回転速度Ｎｐの測定値とその時の標準偏差計算値に基づき予め設定される。

以上のモータ冷却システム１によれば、オイルポンプ２３の回転速度Ｎｐの変動を監視することでモータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因る冷却油の減少を検知できる。よって、実施形態１と同様に、モータ２の過熱や破損を予防でき、モータ２の寿命低下や故障を未然に防止できる。

［実施形態３］
実施形態３の判定部３３は、冷却油温度とオイルポンプ２３の駆動制御電圧との関係に基づく標準駆動電流に対し、数点サンプリングしたオイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの移動平均値に基づき冷却油の減少を検知する。

モータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因り、冷却油が減少してオイルパン２４の油面が低下し、エアが混入するとオイルポンプ２３の負荷が軽くなるので、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐが不規則な変化をしながら低下する。

判定部３３は、前記標準駆動電流に対し、複数サンプリングした駆動電流Ｉｐの移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると判断すると冷却油の減少を検知する。前記標準駆動電流は、前記冷却油が減少した状態で前記モータを運転する事前試験時での前記オイルポンプ２３の駆動電流測定値に基づき予め設定される。また、移動平均値演算の周期は、実施形態１での「オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐが不規則に変化する周期」よりも長く設定される。

以上のモータ冷却システム１によれば、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの移動平均値を監視することでモータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因る冷却油の減少を検知できる。よって、実施形態１，２と同様に、モータ２の過熱や破損を予防でき、モータ２の寿命低下や故障を未然に防止できる。

［実施形態４］
実施形態４の判定部３３は、実施形態３の標準駆動電流の代わりに適用されたオイルポンプ２３の標準回転速度に対し、数点サンプリングしたオイルポンプ２３の回転速度Ｎｐの移動平均値に基づき冷却油の減少を検知する。

モータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因り、冷却油が減少してオイルパン２４の油面が低下し、エアが混入するとオイルポンプ２３の負荷が軽くなるので、オイルポンプ２３の回転速度Ｎｐが不規則な変化をしながら低下する。

判定部３３は、前記標準回転速度に対し、複数サンプリングした回転速度Ｎｐの移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると判断すると冷却油の減少を検知する。前記標準回転速度は、前記冷却油が減少した状態で前記モータを運転する事前試験時での前記オイルポンプ２３の回転速度測定値に基づき予め設定される。また、移動平均値演算の周期は、実施形態３と同様に実施形態２での「オイルポンプ２３の回転速度Ｎｐが不規則に変化する周期」よりも長く設定される。

以上のモータ冷却システム１によれば、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐの移動平均値を監視することでモータ２の筐体２０の亀裂やシール部の経年劣化に因る冷却油の減少を検知できる。よって、実施形態１～３と同様に、モータ２の過熱や破損を予防でき、モータ２の寿命低下や故障を未然に防止できる。

［実施形態５］
実施形態５の判定部３３は、実施形態１～４において、前記冷却油の減少を検知すると、当該減少を示す警報信号をインバータ３の外部へ出力してユーザに警告を行う。したがって、本実施形態によれば、モータ２の筐体の亀裂やシール部の経年劣化による冷却油の減少を知ることができる。

尚、実施形態５は、異常判定時（冷却油の減少の判定時）にインバータ３に対して特別な制御を行わないので、判定部３３をインバータ３内に設ける必要はないことから、インバータ３を有しないモータ２を駆動するシステムにおいても、適用できる。

［実施形態６］
図２に示された実施形態６のインバータ３は、実施形態１～５のいずれかの方法により冷却油の減少を検知した際に、モータ２のトルク抑制を行うことで、モータ２に供される電流を低減し、モータ２の異常加熱による寿命の低下、故障を未然に防ぐ。

判定部３３は、モータ２のモータ電流Ｉ、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐ若しくは回転速度Ｎｐを検知し、実施形態１～４のいずれかの方法により冷却油の減少を判定する。そして、冷却油の減少を検知すると、判定部３３はトルクリミット値Ｔｌｍｔを制御部３２に出力する。尚、トルクリミット値Ｔｌｍｔは、オイルポンプ２３の駆動電流Ｉｐ若しくは回転速度Ｎｐの標準偏差や移動平均値に応じた適正値を事前試験に基づき予め設定され、さらにデータテーブル化され、判定部３３内のメモリに格納される。

次いで、制御部３２は、モータ２の上位系から受信したトルク指令値Ｔrefに対して、トルクリミット値Ｔｌｍｔを超えないリミット処理を行い、このリミット処理した後のトルク指令値に基づき主回路３１のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を生成する。この制御部３２の処理においては特許文献２のトルク制御技術を適用すればよい。

そして、主回路３１は、制御部３２から出力された前記ゲート信号に基づき各スイッチング素子をオンオフ制御することで、所望のモータ電流Ｉを通流する。

以上の動作により、モータ２のトルクと電流を低減（つまり、モータ２が発生する銅損を低減）できるため、実施形態１～５の効果に加え、モータ２のコイルの温度上昇を抑制でき、モータ２の寿命の低下及び故障を防止できる。尚、本実施形態においては、トルクリミット値Ｔｌｍｔの代わりに、制御部３２で演算する電流指令値のリミット値Ｉｌｍｔを設定して出力する構成としてもよい。

１…モータ冷却システム
２…モータ、２０…筐体、２１…ロータ、２２…ステータコイル、２３…オイルポンプ、２４…オイルパン、２５…油路、２６…オイルクーラ
３…インバータ、３１…主回路、３２…制御部、３３…判定部

Claims (11)

1. モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、
   予め設定された閾値に対し、前記オイルポンプの駆動電流の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに前記冷却油の減少を検知する判定部と、
   を有することを特徴とするモータ冷却システム。
2. 前記モータを駆動するインバータをさらに有し、
   前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記駆動電流の標準偏差に応じたトルクリミット値を出力し、
   前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力すること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ冷却システム。
3. モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、
   予め設定された標準駆動電流に対し、複数サンプリングした駆動電流の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知する判定部と、
   を有することを特徴とするモータ冷却システム。
4. 前記モータを駆動するインバータをさらに有し、
   前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記駆動電流の移動平均値に応じたトルクリミット値を出力し、
   前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力すること
   を特徴とする請求項３に記載のモータ冷却システム。
5. モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、
   予め設定された閾値に対し、前記オイルポンプの回転速度の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに前記冷却油の減少を検知する判定部と、
   を有することを特徴とするモータ冷却システム。
6. 前記モータを駆動するインバータをさらに有し、
   前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記回転速度の標準偏差に応じたトルクリミット値を出力し、
   前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力すること
   を特徴とする請求項５に記載のモータ冷却システム。
7. モータの冷却油を循環させるオイルポンプと、
   予め設定された標準回転速度に対し、複数サンプリングした回転速度の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知する判定部と、
   を有することを特徴とするモータ冷却システム。
8. 前記モータを駆動するインバータをさらに有し、
   前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると、前記回転速度の移動平均値に応じたトルクリミット値を出力し、
   前記インバータの制御部は、前記モータの上位系から受信したトルク指令値に対して前記トルクリミット値を超えないリミット処理した後のトルク指令値に基づき当該インバータの主回路のスイッチング素子をオンオフさせるゲート信号を出力することを特徴とする請求項７に記載のモータ冷却システム。
9. 前記判定部は、前記冷却油の減少を検知すると警報信号を外部に出力することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ冷却システム。
10. 予め設定された閾値に対し、モータの冷却油を循環させるオイルポンプの駆動電流若しくは回転速度の複数サンプリング点に対する標準偏差が大きいときに当該モータの冷却油の減少を検知することを特徴とするモータ冷却監視方法。
11. モータの冷却油を循環させるオイルポンプを有するモータ冷却システムにおけるモータ冷却監視方法であって、
    予め設定された標準駆動電流若しくは標準回転速度に対し、複数サンプリングした駆動電流若しくは回転速度の移動平均値が一定量過少な状態が所定時間継続すると前記冷却油の減少を検知することを特徴とするモータ冷却監視方法。

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