JPWO2015199176A1 - 回転電機の巻線温度推定装置および回転電機の巻線温度推定方法 - Google Patents

Abstract

回転電機の巻線温度推定装置は、巻線を有するステータおよびロータを備える回転電機と、冷媒を供給する冷媒供給部と、前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する抜熱量算出部と、前記巻線の損失による発熱量を算出する発熱量算出部と、前記巻線からの抜熱量と前記巻線の損失による発熱量とを用いて前記巻線の温度を算出する巻線温度算出部と、を備える。

Description

この発明は、回転電機の巻線温度推定装置および回転電機の巻線温度推定方法に関する。
本願は、２０１４年６月２７日に出願された日本国特願２０１４−１３３１９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、巻線が挿入されるスロットが設けられたステータを有するモータとして、複数のセグメント化された導体（いわゆるＳＣ巻線：セグメントコンダクタ巻線）がスロット形状に応じてスロットを隙間なく埋めるようにスロットに挿入されるモータが知られている。このモータにおいては、スロット内の巻線の占積率が高くなることに起因して、スロット内の巻線温度を直接的に検出することが困難となり、スロット外部のコイルエンドなどにおいて検出する巻線温度から間接的にスロット内の巻線温度を推定する場合がある。しかしながら、巻線の占積率が高くなることに起因して発熱が増大するので、コイルエンドなどのスロット外部において冷媒による巻線の冷却が行われる場合があり、スロット外部の巻線温度からスロット内の巻線温度を精度良く推定することが困難になるという問題が生じる。

このような問題が生じることに対して、従来、モータの巻線抵抗値および巻線インダクタンスの各々の温度依存性が線形であること、およびモータの電圧方程式を用いて、巻線温度を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、車両のイグニッションスイッチのオンなどによる運転再開時にモータの巻線温度が高温になる場合などにおいて、巻線の周囲温度と巻線抵抗に基づく温度推定値との温度差を、温度上昇推定値の初期値とする温度推定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

日本国特開２０１３−１４６１５５号公報 日本国特許第５１９３０１２号公報

しかしながら、上記従来技術に係る装置において、モータの巻線抵抗値の温度依存性は、巻線抵抗値と巻線温度の平均温度との対応関係を示すだけである。このため、巻線の高温部における冷却およびステータコアの鉄損などによる巻線温度のばらつきに応じた適正な温度推定を行なうことが困難である。さらに、巻線インダクタンスの温度依存性に対して、磁石温度による寄与は相対的に高く、巻線温度の寄与は相対的に低いので、巻線の冷却およびステータコアの鉄損などに起因して変化する巻線の温度分布を適正に推定することが困難である。

また、上記従来技術に係る温度推定装置において、車両の再始動時などのようにモータおよびモータ周辺の機器が非駆動状態であることに応じて、巻線の周囲温度と巻線抵抗に基づく温度推定値とを用いて温度推定を行っているだけである。つまり、この温度推定装置によれば、車両の始動状態などにおける簡略化された動作条件に応じて巻線の銅損などを用いて温度推定を行なうだけである。このため、車両の実際の運転状態における複雑な動作条件に対応して温度推定を精度良く行なうことができないという問題が生じる。

本発明の態様は上記事情に鑑みてなされたもので、回転電機の巻線温度の推定精度を向上させることが可能な回転電機の巻線温度推定装置および回転電機の巻線温度推定方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る回転電機の巻線温度推定装置は、スロットが設けられ、前記スロットの形状に応じて前記スロットに挿入される複数の分割導線からなる巻線を有するステータ、およびロータを備える回転電機と、前記巻線および前記ステータに冷媒を供給する冷媒供給部と、前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の少なくとも一部における熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する抜熱量算出部と、前記巻線の損失による発熱量を算出する発熱量算出部と、前記巻線からの抜熱量と前記巻線の損失による発熱量とを用いて前記巻線の温度を算出する巻線温度算出部と、を備える。

（２）上記（１）の態様において、前記発熱量算出部は、前記ステータの鉄損による発熱量を算出するステータ発熱量算出部を備え、前記抜熱量算出部は、前記ステータの鉄損による発熱量と、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記ステータとの間の熱抵抗と、を用いて、前記ステータの温度を算出するステータ温度算出部を備え、前記ステータの温度と、前記ステータと前記巻線との間の熱抵抗と、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出してもよい。

（３）上記（１）または（２）の態様において、前記抜熱量算出部は、前記各熱抵抗を前記冷媒の流量および前記回転電機の回転数に応じて算出してもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つの態様において、前記発熱量算出部は、前記巻線の銅損および渦電流損による発熱量を算出してもよい。

（５）本発明の一態様に係る回転電機の巻線温度推定方法は、スロットが設けられ、前記スロットの形状に応じて前記スロットに挿入される複数の分割導線からなる巻線を有するステータ、およびロータを備える回転電機と、前記巻線および前記ステータに冷媒を供給する冷媒供給部と、前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の少なくとも一部における熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する抜熱量算出部と、前記巻線の損失による発熱量を算出する発熱量算出部と、に対して、制御装置が実行する回転電機の巻線温度推定方法であって、前記制御装置が、前記巻線からの抜熱量と前記巻線の損失による発熱量とを用いて前記巻線の温度を算出するステップを含む。

上記（１）に記載の態様に係る回転電機の巻線温度推定装置は、巻線およびステータに供給される冷媒の温度を用いて巻線の温度を算出する巻線温度算出部を備える。そのため、巻線の温度の算出精度を向上させることができる。また、上記（１）に記載の態様に係る回転電機の巻線温度推定装置は、冷媒がスロットの外部などにおける巻線およびステータを冷却する熱モデルを用いる巻線温度算出部を備える。そのため、回転電機における冷媒の冷却経路、並びに冷媒による巻線およびステータの冷却の状態に応じて、巻線の温度を精度良く算出することができる。

さらに、上記（２）の態様においては、スロット内の巻線と熱的関係が強いステータの温度を用いて巻線からの抜熱量（つまり放熱量）を算出する抜熱量算出部を備えてもよい。そのため、冷媒による巻線からの放熱量を精度良く算出することができる。

さらに、上記（３）の態様においては、冷媒と巻線との間の少なくとも一部における熱抵抗を、冷媒の流量および回転電機の回転数に応じて算出する抜熱量算出部を備えてもよい。そのため、冷媒が巻線およびステータを冷却する熱モデルにおいて熱抵抗を精度良く算出することができる。

さらに、上記（４）の態様においては、巻線の銅損および渦電流損による発熱量を算出する発熱量算出部を備えてもよい。そのため、巻線の発熱量に応じた温度変化を精度良く算出することができる。

上記（５）に記載の態様に係る回転電機の巻線温度推定方法では、巻線およびステータに供給される冷媒の温度を用いて巻線の温度を算出するステップを含むので、巻線の温度の算出精度を向上させることができる。冷媒がスロットの外部などにおける巻線およびステータを冷却する熱モデルを用いるステップを含むので、回転電機における冷媒の冷却経路、並びに冷媒による巻線およびステータの冷却の状態に応じて、巻線の温度を精度良く算出することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置における駆動用モータの一部の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置における駆動用モータのステータの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の駆動用モータにおけるステータの分割導線（セグメントコイル）の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の駆動用モータにおけるステータの分割導線（セグメントコイル）の突出部の構成に関して、（Ａ）は複数の分割導線（セグメントコイル）の一部を示し、（Ｂ）はＵ相の分割導線（セグメントコイル）の一部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置におけるステータの熱モデルを模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の駆動用モータにおいて、回転数、トルク、およびコイルの渦電流損の相互関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の駆動用モータにおいて、回転数、トルク、およびステータコアの鉄損の相互関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置における発電用モータの回転数および冷媒の流量の相互関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の駆動用モータにおいて、冷媒とステータコアの間の熱抵抗および冷媒の流量の相互関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置の動作を示すフローチャートである。 図１１に示すコイル及びステータ発熱量の算出処理を示すフローチャートである。 図１１に示す冷媒抜熱量の算出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る回転電機の巻線温度推定装置および回転電機の巻線温度推定方法について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０は、例えばハイブリッド車両または電動車両などの車両１に搭載されている。車両１は、図１に示すように、駆動用モータ（Ｍ）１１（回転電機）、発電用モータ（Ｇ）１２、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１３、冷媒循環部１４（冷媒供給部）、電力変換部１５、バッテリ１６、および制御装置１７を備えている。

駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、例えば３相交流のブラシレスＤＣモータなどである。駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々は、トランスミッション１３に接続された回転軸を備えている。発電用モータ１２の回転軸は、後述する冷媒循環部１４の機械式ポンプに連結されている。

駆動用モータ１１は、図２に示すように、コイル２１を有するステータ２２と、磁石２３を有するロータ２４とを備えている。駆動用モータ１１は、インナーロータ型であり、円筒状のステータ２２の内部にロータ２４を備えている。

コイル２１は、ＳＣ（セグメントコンダクタ）巻線である。コイル２１は、ステータコア２２ａの隣り合うティース２２ｂ間に形成されるスロット２２ｃに装着されている。コイル２１は、後述する電力変換部１５に接続されている。磁石２３は、例えば永久磁石などである。

磁石２３は、ロータヨーク２４ａを回転軸２４ｃの軸方向の両側から挟み込む一対の端面板２４ｂとは直接に接触しないように、ロータヨーク２４ａの内部に保持されている。

発電用モータ１２は、例えば、駆動用モータ１１と同一の構成を備えている。

ステータコア２２ａの外形は、図３に示すように、円筒形状に形成されている。ステータコア２２ａは、径方向の内周部に複数のティース２２ｂを備えている。複数のティース２２ｂの各々は、ステータコア２２ａの内周部において、周方向に所定間隔をおいて内周側に突出している。ステータコア２２ａの内周部にはステータコア２２ａを回転軸方向に貫通する複数のスロット２２ｃが設けられている。各スロット２２ｃは、周方向で隣り合うティース２２ｂの間に形成されている。各スロット２２ｃは、ステータコア２２ａの径方向における断面形状がステータコア２２ａの内周側から外周側に向かって放射状に延びるように形成されている。各スロット２２ｃは、隣り合うティース２２ｂの内周側先端に設けられるスリット２２ｅを介してステータコア２２ａの内周面に接続されている。なお、スリット２２ｅは省略されてもよい。

コイル２１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルである。コイル２１は、複数のセグメントコイル２１ａを備えている。各セグメントコイル２１ａは、図４に示すように、断面形状が長方形状の複数（例えば、５本など）の導線（例えば、平角線など）を備えている。複数の導線は、例えば各導線の幅方向の表面を対向させるように１列に整列して、１つの束を形成している。各セグメントコイル２１ａの外形は、各スロット２２ｃの形状に応じて各スロット２２ｃを隙間無く埋めるように、Ｕ字形状に形成されている。

各セグメントコイル２１ａは、一対の脚部２５と、一対の脚部２５を連結する頭部２６とを備えている。各セグメントコイル２１ａにおいて、一対の脚部２５は、周方向に所定間隔を置いた２つのスロット２２ｃ内にステータコア２２ａの軸方向から挿入されている。一対の脚部２５の各々は、各スロット２２ｃ内から外部に突出する突出部２５ａを備えている。各突出部２５ａは各スロット２２ｃの外部において周方向に捩り曲げられている。頭部２６は、複数の導線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部２６ａを備えている。

複数のスロット２２ｃ内から外部に突出する複数の突出部２５ａのうち所定の組み合わせの突出部２５ａ同士は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＴＩＧ溶接などによって接合されている。複数のスロット２２ｃに挿入される複数の脚部２５は、周方向に順次、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｕ相、…の順に配列されている。

トランスミッション１３は、例えばＡＴ（オートマチックトランスミッション）などである。トランスミッション１３は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々と駆動輪Ｗとに接続されている。トランスミッション１３は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々と駆動輪Ｗとの間の動力伝達を制御する。

冷媒循環部１４は、冷媒が循環する冷媒流路１４ａ、および冷媒を冷却する冷却器１４ｂを備えている。冷媒循環部１４は、例えばＡＴ（オートマチックトランスミッション）のトランスミッション１３において潤滑および動力伝達などを行なう作動油を冷媒として用いている。

冷媒流路１４ａは、トランスミッション１３の内部における作動油の流路、並びに駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の内部に接続されている。冷媒流路１４ａは、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々に冷媒を吐出する吐出口（図示略）と、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の内部を流通した冷媒を吸入する吸入口（図示略）とを備えている。

冷媒流路１４ａの吐出口は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の鉛直方向上方に配置されている。冷媒流路１４ａの吸入口は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々の鉛直方向下方に設けられる冷媒貯留部（図示略）に配置されている。

冷却器１４ｂは、冷媒流路１４ａに設けられ、発電用モータ１２の回転軸に連結された機械式ポンプを備えている。機械式ポンプは、発電用モータ１２の駆動によって吸引力を発生し、冷媒流路１４ａの吸入口から冷媒を吸引するとともに冷媒流路１４ａ内の冷媒を吐出口に向かい流動させる。冷却器１４ｂは、冷媒流路１４ａ内を流通する冷媒を冷却する。

冷媒循環部１４は、駆動用モータ１１に対して、冷却器１４ｂの機械式ポンプの作動に伴い、冷媒流路１４ａの吐出口からコイル２１のコイルエンド（ステータコア２２ａのスロット２２ｃから軸方向外方に突出する部位）に向かい冷媒を吐出する。

冷媒は、重力の作用によってコイル２１のコイルエンドおよびステータコア２２ａの表面上を鉛直方向下方に流動する。冷媒は、重力の作用によってステータ２２とロータ２４との間の空隙を介して、コイル２１のコイルエンドまたはステータコア２２ａから端面板２４ｂに滴下されるように鉛直方向下方に流動する。端面板２４ｂの表面に滴下された冷媒（滴下冷媒）は、ロータ２４の回転による遠心力および重力の作用によって端面板２４ｂの表面上を端面板２４ｂの外部に向かい流動する。滴下冷媒は、重力の作用によって端面板２４ｂの外部から冷媒貯留部に流動する。

冷媒循環部１４は、冷媒貯留部に貯留している冷媒を、機械式ポンプの吸引によって吸入口から冷媒流路１４ａに吸入し、冷却器１４ｂによって冷却する。これにより冷媒循環部１４は、図６に示すように、冷媒によってコイル２１およびステータコア２２ａを冷却する。冷媒循環部１４は、滴下冷媒によって端面板２４ｂを直接的に冷却するとともに、滴下冷媒によって端面板２４ｂを介して間接的に、順次、ロータヨーク２４ａと、磁石２３とを冷却する。

電力変換部１５は、バッテリ１６の出力電圧を昇圧する昇圧器３１と、駆動用モータ１１の通電を制御する第２パワードライブユニット（ＰＤＵ２）３３と、発電用モータ１２の通電を制御する第１パワードライブユニット（ＰＤＵ１）３２とを備えている。

昇圧器３１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータなどを備えている。昇圧器３１は、バッテリ１６と、第１および第２パワードライブユニット３２，３３との間に接続されている。
昇圧器３１は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、バッテリ１６の出力電圧を昇圧することによって、第１および第２パワードライブユニット３２，３３への印加電圧を生成する。昇圧器３１は、バッテリ１６の出力電圧の昇圧によって生成した印加電圧を、第１および第２パワードライブユニット３２，３３に出力する。

第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、例えばインバータ装置などを備えている。第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、インバータ装置として、例えば、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）を複数用いてブリッジ接続して成るブリッジ回路と平滑コンデンサとを備えている。第１および第２パワードライブユニット３２，３３は、後述する制御装置１７から出力される制御信号に応じて、昇圧器３１の直流出力電力を３相交流電力に変換する。第１パワードライブユニット３２は、発電用モータ１２への通電を順次転流させるように、３相の交流電流を３相のコイル２１に通電する。また、第２パワードライブユニット３３は、駆動用モータ１１への通電を順次転流させるように、３相の交流電流を３相のコイル２１に通電する。

制御装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの各種の記憶媒体と、タイマーとなどの電子回路により構成されている。制御装置１７は、トランスミッション１３および電力変換部１５を制御するための制御信号を出力する。制御装置１７は、電圧センサ４１、第１電流センサ４２、第２電流センサ４３、第１回転数センサ４４、第２回転数センサ４５、トルクセンサ４６、および冷媒温度センサ４７に接続されている。

電圧センサ４１は、昇圧器３１から第１および第２パワードライブユニット３２，３３の各々に印加される印加電圧を検出する。第１電流センサ４２は、第１パワードライブユニット３２と発電用モータ１２の各コイル２１との間に流れる交流電流（相電流）を検出する。第２電流センサ４３は、第２パワードライブユニット３３と駆動用モータ１１の各コイル２１との間に流れる交流電流（相電流）を検出する。

第１回転数センサ４４は、駆動用モータ１１の回転軸の回転角度を逐次検出することによって、駆動用モータ１１の回転数を検知する。第２回転数センサ４５は、発電用モータ１２の回転軸の回転角度を逐次検出することによって、発電用モータ１２の回転数を検知する。

トルクセンサ４６は、駆動用モータ１１のトルクを検出する。冷媒温度センサ４７は、冷媒流路１４ａにおいて冷却器１４ｂから出力される冷媒の温度（冷却器通過後の冷媒温度）を検出する。

制御装置１７は、図１に示すように、発熱量算出部５１（ステータ発熱量算出部）と、抜熱量算出部５２（ステータ温度算出部）と、巻線温度算出部５３と、モータ制御部５４と、記憶部５５とを備えている。

発熱量算出部５１は、駆動用モータ１１および発電用モータ１２の各々において、各部の損失による発熱量を算出する。

発熱量算出部５１は、例えば、駆動用モータ１１において、３相のコイル２１の銅損および渦電流損、並びにステータコア２２ａの鉄損の各々の発熱量（以下、単に、銅損Ｗ１_ｃｏｉｌおよび渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌ、並びに鉄損Ｗ_ｓｔａと呼ぶ。）を算出する。

発熱量算出部５１は、下記数式（１）に示すように、第２電流センサ４３により検出される駆動用モータ１１の３相の相電流Ｉと、予め記憶部５５に記憶している３相のコイル２１の抵抗値Ｒと、コイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}と、所定係数ａおよび所定温度Ｔ_０と応じて、３相のコイル２１の銅損Ｗ１_ｃｏｉｌを算出する。

発熱量算出部５１は、電圧センサ４１により検出される印加電圧と、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数と、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクとに応じて、コイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌを算出する。
発熱量算出部５１は、印加電圧に応じて、図７に示すように、回転数、トルク、およびコイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌの相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。発熱量算出部５１は、各センサ４１，４４，４６により検出される印加電圧、回転数、およびトルクを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、コイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌを算出する。発熱量算出部５１は、例えば、複数の異なる印加電圧および回転数（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４）の組み合わせに対してトルクおよびコイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌの相互関係を示すマップを用いて、印加電圧および回転数に対する線形補間などを行ないつつ、コイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌを算出する。

発熱量算出部５１は、電圧センサ４１により検出される印加電圧と、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数と、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクとに応じて、ステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａを算出する。
発熱量算出部５１は、印加電圧に応じて、図８に示すように、回転数、トルク、およびステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａの相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。発熱量算出部５１は、各センサ４１，４４，４６により検出される印加電圧、回転数、およびトルクを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、ステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａを算出する。発熱量算出部５１は、例えば、複数の異なる印加電圧および回転数（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４）の組み合わせに対してトルクおよびステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａの相互関係を示すマップを用いて、印加電圧および回転数に対する線形補間などを行ないつつ、ステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａを算出する。

抜熱量算出部５２は、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度と、第２回転数センサ４５により検出される発電用モータ１２の回転数とに応じて、コイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌを算出する。

抜熱量算出部５２は、第２回転数センサ４５により検出される発電用モータ１２の回転数に応じて、冷媒循環部１４で循環する冷媒の流量を検出する。巻線温度算出部５３は、図９に示すように、発電用モータ１２の回転数および冷媒の流量の相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。巻線温度算出部５３は、第２回転数センサ４５により検出される回転数を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、冷媒の流量を算出する。

抜熱量算出部５２は、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度Ｔ_ａｔｆと、ステータコア２２ａの温度（前回値）Ｔ_{ｓｔａ（ｐｒｅ）}と、コイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}と、冷媒の流量とに応じて、冷媒のステータコア２２ａからの受熱量Ｑ_{ｓｔａ−ａｔｆ}およびステータコア２２ａのコイル２１からの受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}を算出する。

抜熱量算出部５２は、例えば図１０に示すように、冷媒とステータコア２２ａとの間の熱抵抗Ｒ_{ｓｔａ−ａｔｆ}および冷媒の流量の相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。抜熱量算出部５２は、ステータコア２２ａとコイル２１の間の熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}および冷媒の流量の相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。

抜熱量算出部５２は、算出した冷媒の流量を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、流量に対する線形補間などを行ないつつ、冷媒とステータコア２２ａとの間の熱抵抗Ｒ_{ｓｔａ−ａｔｆ}およびステータコア２２ａとコイル２１の間の熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}を算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（２）に示すように、算出した熱抵抗Ｒ_{ｓｔａ−ａｔｆ}、冷却器通過後の冷媒温度Ｔ_ａｔｆ、およびステータコア２２ａの温度（前回値）Ｔ_{ｓｔａ（ｐｒｅ）}を用いて、受熱量Ｑ_{ｓｔａ−ａｔｆ}を算出する。抜熱量算出部５２は、下記数式（３）に示すように、算出した熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}、ステータコア２２ａの温度（前回値）Ｔ_{ｓｔａ（ｐｒｅ）}、およびコイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を用いて、受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ（ｐｒｅ）}を算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（４）に示すように、算出した受熱量Ｑ_{ｓｔａ−ａｔｆ}および受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ（ｐｒｅ）}と、ステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａとに応じて、ステータコア２２ａの受熱量Ｑ_ｓｔａを算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（５）に示すように、算出したステータコア２２ａの受熱量Ｑ_ｓｔａと、予め記憶部５５に記憶しているステータコア２２ａの熱容量Ｃ_ｓｔａとを用いて、ステータコア２２ａの温度変化ΔＴ_ｓｔａを算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（６）に示すように、ステータコア２２ａの温度変化ΔＴ_ｓｔａおよびステータコア２２ａの温度（前回値）Ｔ_{ｓｔａ（ｐｒｅ）}を用いて、ステータコア２２ａの温度Ｔ_ｓｔａを算出する。

抜熱量算出部５２は、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度Ｔ_ａｔｆと、算出したステータコア２２ａの温度Ｔ_ｓｔａと、コイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}と、冷媒の流量とに応じて、コイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌを算出する。

抜熱量算出部５２は、冷媒とコイル２１との間の熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}および冷媒の流量の相互関係を示すマップなどのデータを、予め記憶部５５に記憶している。抜熱量算出部５２は、算出した冷媒の流量を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、流量に対する線形補間などを行ないつつ、冷媒とコイル２１との間の熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}およびステータコア２２ａとコイル２１の間の熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}を算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（７）に示すように、算出した熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}、冷却器通過後の冷媒温度Ｔ_ａｔｆ、およびコイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を用いて、冷媒のコイル２１からの受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}を算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（８）に示すように、算出した熱抵抗Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}、算出したステータコア２２ａの温度Ｔ_ｓｔａ、およびコイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を用いて、受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}を算出する。

抜熱量算出部５２は、下記数式（９）に示すように、算出した受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}および受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}をコイル２１の抜熱量（放熱量）として、コイル２１の銅損Ｗ１_ｃｏｉｌおよび渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌに応じて、コイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌを算出する。

巻線温度算出部５３は、下記数式（１０）に示すように、算出したコイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌと、予め記憶部５５に記憶しているコイル２１の熱容量Ｃ_ｃｏｉｌとを用いて、コイル２１の温度変化ΔＴ_ｃｏｉｌを算出する。

巻線温度算出部５３は、下記数式（１１）に示すように、コイル２１の温度変化ΔＴ_ｃｏｉｌおよびコイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を用いて、コイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを算出する。

モータ制御部５４は、巻線温度算出部５３により算出されたコイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌに基づいて、トランスミッション１３および電力変換部１５を制御するための制御信号を出力することによって、駆動用モータ１１および発電用モータ１２を制御する。

本実施の形態による回転電機の巻線温度推定装置１０は上記構成を備えており、次に、この回転電機の巻線温度推定装置１０の動作、つまり回転電機の巻線温度推定方法について説明する。
以下に、制御装置１７が、駆動用モータ１１のコイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを算出して、駆動用モータ１１を制御する処理について説明する。

先ず、制御装置１７は、図１１に示すように、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクと、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数とを取得する（ステップＳ０１）。
次に、制御装置１７は、コイル２１およびステータコア２２ａの損失による発熱量を算出する（ステップＳ０２）。
次に、制御装置１７は、冷媒によるコイル２１からの抜熱量（放熱量）を算出する（ステップＳ０３）。
次に、制御装置１７は、コイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを算出する（ステップＳ０４）。
次に、制御装置１７は、算出したコイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌが所定の出力制限温度未満か否かを判定する（ステップＳ０５）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御装置１７は、駆動用モータ１１の出力制限を行なわずに、処理を終了させる（ステップＳ０５のＹＥＳ）。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、制御装置１７は、処理をステップＳ０６に進める（ステップＳ０５のＮＯ）。

そして、制御装置１７は、駆動用モータ１１の許容トルク上限を算出する（ステップＳ０６）。
次に、制御装置１７は、駆動用モータ１１のトルクを許容トルク上限以下にすることを指示する制御信号を電力変換部１５に出力する（ステップＳ０７）。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

以下に、上述したステップＳ０２のコイル２１及びステータコア２２ａの発熱量算出処理について説明する。
先ず、制御装置１７は、図１２に示すように、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクと、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数とを取得する（ステップＳ２１）。
次に、制御装置１７は、第２電流センサ４３により検出される駆動用モータ１１の３相の相電流（つまり、３相のコイル２１の交流電流）Ｉを取得する（ステップＳ２２）。
次に、制御装置１７は、コイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を取得する（ステップＳ２３）。
次に、制御装置１７は、取得した３相のコイル２１の相電流Ｉと、予め記憶部５５に記憶している３相のコイル２１の抵抗値Ｒとに応じて、３相のコイル２１の銅損Ｗ１_ｃｏｉｌを算出する（ステップＳ２４）。
次に、制御装置１７は、電圧センサ４１により検出される印加電圧と、第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転数と、トルクセンサ４６により検出される駆動用モータ１１のトルクとに応じて、コイル２１の渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌを算出する。（ステップＳ２５）。
次に、制御装置１７は、取得したトルク、回転数、および印加電圧を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、ステータコア２２ａの鉄損Ｗ_ｓｔａを算出する（ステップＳ２６）。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

以下に、上述したステップＳ０３の冷媒抜熱量算出処理について説明する。
先ず、制御装置１７は、図１３に示すように、冷媒温度センサ４７により検出される冷却器通過後の冷媒温度Ｔ_ａｔｆを取得する（ステップＳ３１）。
次に、制御装置１７は、第２回転数センサ４５により検出される回転数を用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、冷媒の流量Ｆ_ａｔｆを算出する、または流量センサなどから冷媒の流量Ｆ_ａｔｆを取得する（ステップＳ３２）。
次に、制御装置１７は、冷媒の流量Ｆ_ａｔｆを用いて、予め記憶部５５に記憶しているデータを参照して、各熱抵抗Ｒ_{ｓｔａ−ａｔｆ}、Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}、Ｒ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}を算出する。
そして、制御装置１７は、上記数式（２）〜（８）に示すように、冷媒によるコイル２１の抜熱量（つまりコイル２１の放熱量）として受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}および受熱量Ｑ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}を算出する。
そして、制御装置１７は、コイル２１の抜熱量（放熱量）と、コイル２１の銅損Ｗ１_ｃｏｉｌおよび渦電流損Ｗ２_ｃｏｉｌとに応じて、コイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌを算出する（ステップＳ３３）。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

以下に、上述したステップＳ０４のコイル温度算出処理について説明する。
制御装置１７は、上記数式（１０）に示すように、算出したコイル２１の受熱量Ｑ_ｃｏｉｌと、予め記憶部５５に記憶しているコイル２１の熱容量Ｃ_ｃｏｉｌとを用いて、コイル２１の温度変化ΔＴ_ｃｏｉｌを算出する。

制御装置１７は、上記数式（１１）に示すように、コイル２１の温度変化ΔＴ_ｃｏｉｌおよびコイル２１の温度（前回値）Ｔ_{ｃｏｉｌ（ｐｒｅ）}を用いて、コイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを算出する。そして、制御装置１７は、処理を終了させる。

上述したように、本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０および巻線温度推定方法は、冷媒の温度Ｔ_ａｔｆを用いてコイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを算出する制御装置１７を備える。そのため、コイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌの算出精度を向上させることができる。

また、本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０および巻線温度推定方法は、冷媒がスロット２２ｃの外部におけるコイル２１の少なくとも一部およびステータコア２２ａを冷却する熱モデルを用いる制御装置１７を備える。そのため、駆動用モータ１１における冷媒の冷却経路、並びに冷媒によるコイル２１およびステータコア２２ａの冷却の状態に応じて、コイル２１の温度Ｔ_ｃｏｉｌを精度良く算出することができる。

さらに、本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０および巻線温度推定方法は、スロット２２ｃ内のコイル２１と熱的関係が強いステータコア２２ａの温度Ｔ_ｓｔａを用いてコイル２１からの抜熱量（つまり放熱量）を算出する制御装置１７を備える。そのため、冷媒によるコイル２１からの放熱量を精度良く算出することができる。

さらに、本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０および巻線温度推定方法は、コイル２１の銅損および渦電流損による発熱量を算出する制御装置１７を備える。そのため、コイル２１の発熱量に応じた温度変化を精度良く算出することができる。

さらに、本実施形態による回転電機の巻線温度推定装置１０および巻線温度推定方法は、各熱抵抗Ｒ_{ｓｔａ−ａｔｆ}、Ｒ_{ｃｏｉｌ−ｓｔａ}、Ｒ_{ｃｏｉｌ−ａｔｆ}を冷媒の流量に応じて取得する制御装置１７を備える。そのため、スロット２２ｃの外部におけるコイル２１の少なくとも一部およびステータコア２２ａでの冷媒の状態に応じて各熱抵抗を精度良く算出することができる。

なお、上述した実施形態において、制御装置１７は、冷媒循環部１４の機械式ポンプが発電用モータ１２の回転軸に連結されているので、発電用モータ１２の回転数から冷媒の流量を取得するとしたが、これに限定されない。例えば、冷媒循環部１４が冷媒流路１４ａにおける冷媒の流量を検出する流量センサを備えている場合には、流量センサによって検出される冷媒の流量を取得してもよい。さらに、冷媒循環部１４は、機械式ポンプの代わりに電動ポンプを備えてもよい。

なお、上述した実施形態において、回転電機の巻線温度推定装置１０は、トルクセンサ４６を備えるとしたが、これに限定されず、トルクセンサ４６は省略されてもよい。制御装置１７は、第２電流センサ４３により検出される駆動用モータ１１の各コイル２１に流れる交流電流および第１回転数センサ４４により検出される駆動用モータ１１の回転角度に応じてトルク指示値を取得してもよい。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述の新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…回転電機の巻線温度推定装置、１１…駆動用モータ（回転電機）、１２…発電用モータ、１３…トランスミッション、１４…冷媒循環部（冷媒供給部）、１４ｂ…冷却器（冷却部）、１５…電力変換部、１６…バッテリ、１７…制御装置、２１…コイル、２１ａ…セグメントコイル、２２…ステータ、２２ａ…ステータコア、２２ｂ…ティース、２２ｃ…スロット、２３…磁石、２４…ロータ、２４ａ…ロータヨーク、２４ｂ…端面板、５１…発熱量算出部、５２…抜熱量算出部、５３…巻線温度算出部、５４…モータ制御部、５５…記憶部

Claims (6)

1. スロットが設けられ、前記スロットの形状に応じて前記スロットに挿入される複数の分割導線からなる巻線を有するステータ、およびロータを備える回転電機と、
   前記巻線および前記ステータに冷媒を供給する冷媒供給部と、
   前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
   前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の少なくとも一部における熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する抜熱量算出部と、
   前記巻線の損失による発熱量を算出する発熱量算出部と、
   前記巻線からの抜熱量と前記巻線の損失による発熱量とを用いて前記巻線の温度を算出する巻線温度算出部と、
   を備える、
   ことを特徴とする回転電機の巻線温度推定装置。
2. 前記発熱量算出部は、
   前記ステータの鉄損による発熱量を算出するステータ発熱量算出部を備え、
   前記抜熱量算出部は、
   前記ステータの鉄損による発熱量と、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記ステータとの間の熱抵抗と、を用いて、前記ステータの温度を算出するステータ温度算出部を備え、
   前記ステータの温度と、前記ステータと前記巻線との間の熱抵抗と、前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の巻線温度推定装置。
3. 前記抜熱量算出部は、
   前記各熱抵抗を前記冷媒の流量および前記回転電機の回転数に応じて算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の巻線温度推定装置。
4. 前記抜熱量算出部は、
   前記各熱抵抗を前記冷媒の流量および前記回転電機の回転数に応じて算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の巻線温度推定装置。
5. 前記発熱量算出部は、
   前記巻線の銅損および渦電流損による発熱量を算出する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の回転電機の巻線温度推定装置。
6. スロットが設けられ、前記スロットの形状に応じて前記スロットに挿入される複数の分割導線からなる巻線を有するステータ、およびロータを備える回転電機と、
   前記巻線および前記ステータに冷媒を供給する冷媒供給部と、
   前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
   前記冷媒の温度と、前記冷媒と前記巻線との間の少なくとも一部における熱抵抗と、を用いて、前記巻線からの抜熱量を算出する抜熱量算出部と、
   前記巻線の損失による発熱量を算出する発熱量算出部と、
   に対して、制御装置が実行する回転電機の巻線温度推定方法であって、
   前記制御装置が、前記巻線からの抜熱量と前記巻線の損失による発熱量とを用いて前記巻線の温度を算出するステップを含む、
   ことを特徴とする回転電機の巻線温度推定方法。