JP7363529B2 - モータの磁石温度推定装置、及びそれを備えるハイブリッド車 - Google Patents
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Description
(1-1)全体構成
図1は、移動体としての自動車1の構成を例示する概略図である。図1に示す自動車1は、4輪のハイブリッド車である。ハイブリッド車としての自動車1は、駆動源として、モータ3と、このモータ3と協働するエンジン2と、を備える。エンジン2及びモータ3は、互いに協働することで、4つの車輪4F,4F,4R,4Rのうち、車体の後側に位置する駆動輪4R,4Rを回転駆動する。この回転駆動によって、自動車1が移動(走行)する。
エンジン2は、例えばガソリンを燃料にして燃焼を行う内燃機関である。エンジン2は、いわゆる4サイクルエンジンである。すなわち、本実施形態に係るエンジン2は、吸気、圧縮、膨張及び排気の各サイクルを繰り返すことで回転動力を発生させる。なお、エンジン2の種類及び形態は、本実施形態に示すものに限定されない。エンジン2は、ディーゼルエンジン等、様々な形態を取り得る。
D1≧D2/4 …(A)
の関係が満足される。式(A)は、回転方向における空隙38の寸法の下限を規定する。また、図2Bに示す断面上で、回転方向における磁石35同士の間隔をD3とすると、
D3≧2×D1 …(B)
の関係が満足される。式(B)は、回転方向における空隙38の寸法の上限を規定する。
また、各空隙38は、回転方向において磁石35から離間するにつれて、径方向における寸法が短くなる。すなわち、各空隙38は、図2Bに例示するように先細に形成される。同図に示すように、各空隙38の先端部は、回転方向において互いに向かい合う。
自動車1は、該自動車1の走行をコントロールするために、前述したECU20、MCU21、TCU22、BCU23及びGCU24を備える。これらのユニットのうち、ECU20は、エンジン2の作動を主に制御するユニットである。MCU21は、モータ3の作動を主に制御するユニットである。TCU22は、第1クラッチ5、第2クラッチ7及び変速機8の作動を主に制御するユニットである。BCU23は、ブレーキ14の作動を主に制御するユニットである。GCU24は、ECU20、MCU21、TCU22及びBCU23と電気的に接続され、これらのユニットを総合的に制御する上位ユニットである。
MCU21は、磁石温度を判定するための制御ロジックとして、2種類の推定ロジックを単体で又は組み合わせて実行することができる。すなわち、MCU21は、「モータの磁石温度推定装置」を構成する。モータの磁石温度推定装置としてのMCU21の構成は、図4に示す通りである。
図5は、コイル36に生じる誘起電圧を例示するグラフである。図6は、空隙面積と電圧安定性及び機械強度との関係を例示するグラフである。ここでは、図5及び図6を参照しながら、第1の推定ロジックについて説明する。
図7は、誘起電圧の高速フーリエ変換によって得られる振幅及び位相を例示する図である。図8は、磁石35の磁束密度と磁石温度との関係を例示するグラフである。ここでは、図7及び図8を参照しながら、第2の推定ロジックについて説明する。
f0=Np×Rm …(D)
f1=Nm×f0 …(E)
の関係が満足される。本実施形態の場合、Np=8であり、Nm=2である。したがって、最低次高調波は、基本波に対し2倍の周波数を有する2次高調波となる。なお、前記磁石35の代わりに分割磁石を用いた場合、Nmは4以上の整数となり得る。
図4は、モータの磁石温度推定装置の構成を例示するブロック図である。
推定方法選択部214は、ロータ33の回転数に基づいて、第1推定部215によって第1の推定ロジックを実行するか、或いは、第2推定部216によって第2の推定ロジックを実行するかを選択する。
第1推定部215は、第1の推定ロジックを実行するための機能ブロックとして、誘起電圧検出部21aと、平均電圧算出部21bと、磁束密度算出部21cと、磁石温度推定部21dと、制限量算出部21eと、を有する。
Bp=Vs/(Rm×Nc×c) …(G)
上式(F),(G)において、Rmはモータ回転数であり、Ncはコイル巻き数であり、cは定数である。モータ回転数Rmは、モータ回転センサ51によって都度検出される。コイル巻き数Ncと定数cは、メモリ212に予め記憶され、磁束密度Bn,Bpの算出に際して読み込まれる。磁束密度算出部21cによって推定された磁束密度Bn,Bpは、磁石温度推定部21dに入力される。
上式(H)において、定数Kは、メモリ212に予め記憶されており、パワー制限量の算出に際して読み込まれる。制限量算出部21eにより算出されたパワー制限量は、モータ制御部217に入力される。
第2推定部216は、第2の推定ロジックを実行するための機能ブロックとして、誘起電圧検出部21fと、FFT実行部21gと、温度ばらつき算出部21hと、磁束密度算出部21iと、磁石温度推定部21jと、制限量算出部21kと、を有する。
上式(I)に示すように、温度ばらつき算出部21hは、基本波の振幅Faと、最低次高調波の振幅Fbと、を加算することで最大振幅Fmaxを算出する。温度ばらつき算出部21hによって算出された最大振幅Fmaxは、磁束密度算出部21iに入力される。
引数Rm、Nc、cが意味するところは、上式(J),(G)と共通である。磁束密度算出部21cによって推定された磁束密度Bn,Bpは、磁石温度推定部21dに入力される。
上式(K)において、定数K2は、メモリ212に予め記憶されており、パワー制限量の算出に際して読み込まれる。制限量算出部21kにより算出されたパワー制限量は、モータ制御部217に入力される。
モータ制御部217は、第1推定部215又は第2推定部216によって算出されたパワー制限量に基づいた制御を実行する。具体的に、モータ制御部217は、パワー制限量とモータ3の要求出力とを比較し、要求出力がパワー制限量を上回っているか否かを判定する。
以下、MCU21が実行するモータ制御の具体例を説明する。図9は、第1及び第2推定制御に関連する処理を例示するフローチャートである。また、図10は、第1推定部215による磁石温度の推定手順を例示するフローチャートであり、図11は、第2推定部216による磁石温度の推定手順を例示するフローチャートであうr。
前記実施形態では、第1推定部215は、サーチコイル55の検出信号に基づいて第1の推定ロジックを実行するように構成されていたが、本開示は、その構成には限定されない。第1推定部215は、例えば、電圧センサ56の検出信号に基づいて第1の推定ロジックを実行することができる。
2 エンジン
21 MCU(コントローラ)
214 推定方法選択部
215 第1推定部
216 第2推定部
217 モータ制御部
21g FFT実行部
3 モータ
35 磁石
35a S磁石(第1磁石)
35b N磁石(第2磁石)
36 コイル
36u U相コイル
36v V相コイル
36w W相コイル
37 収容スペース
37a 支持面
37b 支持面
38 空隙
51 モータ回転センサ
55 サーチコイル(センサ)
56 電圧センサ(センサ)
57 バンドパスフィルタ
6 インバータ
Lc 中心軸線
Ts 所定期間
Claims (8)
- 磁石を有しかつ回転動力を出力するロータと、前記ロータに対しギャップを隔てて対向する複数のコイルを有するステータと、を備えるモータの磁石温度推定装置であって、
前記ロータの回転に応じて生じる誘起電圧を検出するセンサと、
前記センサの検出信号が入力され、前記複数のコイルへの通電を通じて前記モータを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記誘起電圧を構成する周波数成分のうち、所定周波数に対応した周波数スペクトルの振幅に基づいて前記磁石の温度を推定し、
前記磁石は、
前記ステータにS極を向けた第1磁石と、
前記ロータの回転方向において前記第1磁石と隣接しかつ前記ステータにN極を向けた第2磁石と、を含み、
前記コントローラは、前記周波数スペクトルの振幅に基づいて、隣り合う前記第1磁石と前記第2磁石との間の温度差を推定するとともに、該温度差に基づいて、前記磁石の温度を推定する
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項1に記載されたモータの磁石温度推定装置において、
前記周波数スペクトルの振幅と、前記磁石の温度と、は直線状の関係をなし、
前記コントローラには、前記直線状の関係が予め記憶される
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 磁石を有しかつ回転動力を出力するロータと、前記ロータに対しギャップを隔てて対向する複数のコイルを有するステータと、を備えるモータの磁石温度推定装置であって、
前記ロータの回転に応じて生じる誘起電圧を検出するセンサと、
前記センサの検出信号が入力され、前記複数のコイルへの通電を通じて前記モータを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記誘起電圧を構成する周波数成分のうち、所定周波数に対応した周波数スペクトルの振幅に基づいて前記磁石の温度を推定し、
前記コントローラは、前記周波数スペクトルの位相に基づいて、前記磁石のうち、相対的に高温又は低温な磁石を特定する
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載されたモータの磁石温度推定装置において、
前記所定周波数は、前記磁石の個数に応じて規定される高調波のうち、最低次高調波の周波数である
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項4に記載されたモータの磁石温度推定装置において、
前記コントローラは、前記誘起電圧を構成する周波数成分のうち、前記最低次高調波の振幅と、基本波の振幅と、を特定し、
前記コントローラは、前記最低次高調波の振幅と、前記基本波の振幅と、を加算するとともに、該加算値に基づいて前記磁石の温度を推定する
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載されたモータの磁石温度推定装置において、
前記ロータの回転数を検出するとともに、その検出信号を前記コントローラに入力するモータ回転センサを備え、
前記コントローラは、
前記ロータの回転に伴って前記磁石と前記複数のコイルのいずれか1つとが向かい合う際に検出される前記誘起電圧に基づいて、前記磁石の温度を推定する第1推定部と、
前記周波数スペクトルの振幅に基づいて、前記磁石の温度を推定する第2推定部と、を有し、
前記コントローラは、前記モータ回転センサからの検出信号に基づいて、
前記回転数が所定閾値未満の場合は、前記第1推定部を介して前記磁石の温度を推定し、
前記回転数が所定閾値以上の場合は、前記第2推定部を介して前記磁石の温度を推定する
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載されたモータの磁石温度推定装置において、
前記コントローラは、前記磁石の温度の推定結果に基づいて、該磁石の温度状態を判定し、
前記コントローラは、前記温度状態が異常であると判定される場合、前記モータの出力を制限する
ことを特徴とするモータの磁石温度推定装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載されたモータの磁石温度推定装置と、
前記モータと、
前記モータと協働するエンジンと、を備える
ことを特徴とするハイブリッド車。
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