JP2000023421A

JP2000023421A - ロータ温度推定方法

Info

Publication number: JP2000023421A
Application number: JP10184934A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Shimizu; 英史清水; Tetsuya Miura; 徹也三浦; Yasushi Suga; 裕史菅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】モータを小型でかつ安価に信頼性の高くするた
めのロータ側温度を推定する方法を提供する。【解決手段】ステータ１２側の油冷系２２とロータ１０
側の油冷系２０とを分離し、各油冷系２２，２０はそれ
ぞれポンプ３２，３０により冷却油が循環され、それぞ
れステータ１２およびロータ１０を冷却している。ポン
プ３０内には、流量調節計が内蔵されており、油冷系２
０の冷却油の流量を検出する。ロータ１０を冷却する前
の冷却油が通過する油冷系２０の部分には、熱電対４０
が接点を介して設置され、またロータ１０を冷却した後
の冷却油が通過する油冷系２０の部分には、熱電対４２
が接点を介して設置され、それぞれ冷却油の流入温度、
冷却油の流出温度を測定する。モータのトルクと回転数
との関係から、ロータ運転状況の重みを求め、推定式を
用いてロータの温度を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータ温度推定方
法、特にロータの温度測定の精度を向上させるロータ温
度推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ステータおよびロータの温度が
限界温度を超えてモータを運転し続けると、永久磁石が
減磁してしまい、モータのトルクが落ちてしまうという
問題がある。そこで、モータ内の温度管理が重要とな
る。

【０００３】一般に、ステータは固定されているため、
ステータ側の温度測定は、ステータに接点を設け、この
接点に熱電対等を取り付け、この熱電対から信号を温度
測定器に入力させて温度を測定している。

【０００４】しかしながら、ロータは自身が回転してい
るため、ステータ側のように簡単に温度を測定すること
ができない。そこで、従来では図４に示すように、ロー
タ１０に接点を設け、この接点に熱電対５０を取付け、
この熱電対５０からの電圧の信号は、シャフト部分に取
り付けられたスリップリング５２やロータリーコネクタ
を介して温度測定器５４に入力されて温度測定を行って
いた。しかし、スリップリング５２等を用いるため、コ
スト高になると共に、構造が煩雑になるためモータの小
型化に限界があった。

【０００５】また、温度測定器５４を外部に設置する方
法も提案されている。すなわち、図５に示すように、ロ
ータ１０に接点を設け、この接点に熱電対５０を取付
け、この熱電対５０からの電圧の信号をシャフトに取り
付けられたテレメータ送信部５６を経由させ、信号を外
部の温度測定器に送信して温度測定を行う方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、電圧信号を外部に送信するために、テレメータ送
信部を使用するため、先の方法に比べさらにコストアッ
プになると共に、モータの小型化を図るのが難しくなる
という問題があった。

【０００７】そこで、モータの小型化を図る方法とし
て、赤外線を用いて、ロータに非接触でロータ温度を測
定する方法も開発されているが、やはりコスト高の割に
精度にやや難点があった。

【０００８】従って、従来、車載状態ではＥＶ・ＨＥＶ
用モータのロータ側の温度測定はセンサのコスト、サイ
ズ、信頼性の点で問題があった。

【０００９】本発明は上記従来の課題に鑑みたものであ
り、その目的は、モータの小型化が図れ、かつ安価で信
頼性の高いロータ側の温度測定を行うために、ロータの
油冷を行い、その流入出量、流入出温度からロータの温
度を推定するロータ温度推定方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係るロータ温度推定方法は、ステ
ータ側の油冷系とロータ側の油冷系と分離し、前記ロー
タ油冷系を循環する冷却油の流量を測定し、前記ロータ
側の油冷系におけるロータ冷却前の冷却油の流入温度と
ロータ冷却後の冷却油の流出温度とを測定し、上記式
（Ｉ）より求められた冷却油の発熱量Ｊと、予め測定し
ておいた前記ロータの熱抵抗と、前記ロータの運転状況
と、上記式（II）とを用いてロータの温度を推定するこ
とを特徴とする。

【００１１】上述のように、ロータ側とステータ側の油
冷を分離したことにより、ロータ側の油冷に用いられる
冷却油の温度変化を測定することができる。また、ロー
タ側に流入出する冷却油の流量も検出することができ
る。また、予めロータの熱抵抗とロータの運転状況に対
応する重みαを測定しておけば、上述の式（Ｉ）、（I
I）を用いて、簡易な機器でロータ側の温度を精度よく
推定することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態を説明する。

【００１３】実施の形態１．図１及び図３を用いて、本
実施形態のモータの製造方法について説明する。

【００１４】図１に示すように、本実施形態のロータ温
度推定方法に用いる装置構成は、以下の通りである。す
なわち、ステータ１２側の油冷系２２とロータ１０側の
油冷系２０とを完全に分離し、各油冷系２２，２０は、
それぞれポンプ３２，３０により冷却油が循環され、そ
れぞれステータ１２およびシャフト１４を介してロータ
１０を冷却している。ポンプ３０内には、流量調節計が
内蔵されており、油冷系２０の冷却油の流量を検出する
ことができる。また、ロータ１０を冷却する前の冷却油
が通過する油冷系２０の部分には、熱電対４０が接点を
介して設置され、この熱電対４０は温度測定器（図示せ
ず）に接続されている。従って、熱電対４０の電圧信号
は、温度測定器に送られ、これにより冷却油の流入温度
を測定することができる。また、ロータ１０を冷却した
後の冷却油が通過する油冷系２０の部分には、熱電対４
２が接点を介して設置され、この熱電対４２は温度測定
器（図示せず）に接続されている。従って、熱電対４２
の電圧信号は、温度測定器に送られ、これにより冷却油
の流出温度を測定することができる。

【００１５】さらに、図３に示すように、予め実験にて
使用するロータを用いたモータのトルクと回転数との関
係から、後述するロータ運転状況の重みα₁・・・・α_n
を求めておく。

【００１６】本実施形態のロータ温度推定方法は、上記
装置により求められた冷却油の流量Ｑ、冷却油の流入温
度Ｔ_in、冷却油の流出温度Ｔ_outと、予め求めておいた
冷却油の比熱ρとを用いて、以下に示す式（Ｉ）からま
ず冷却油の発熱量Ｊを求める。

【００１７】

【数３】Ｊ＝Ｑρ（Ｔ_out−Ｔ_in）・・・・（Ｉ）（式中、Ｊ［Ｗ］：冷却油の発熱量、Ｑ［ｋｇ］：冷却油の流量、 ρ［Ｗ／ｋｇ・℃］：冷却油の比熱、Ｔ_out ［℃］：冷却油の流出温度、Ｔ_in ［℃］：冷却油の流入温度。）次に、式（Ｉ）で求められた冷却油の発熱量Ｊと、上記
装置により求められた冷却油の流入温度Ｔ_in、冷却油の
流出温度Ｔ_outと、ロータの運転状況から選択された重
みαと、予め求めておいたロータの熱抵抗Ｒとを用い、
以下に示す式（II）からロータ温度Ｔ_Rを求める。

【００１８】

【数４】Ｊ＝１／Ｒ［Ｔ_R−｛αＴ_out＋（１−α）Ｔ_in｝］・・・・（II）（式中、Ｊ［Ｗ］：冷却油の発熱量、Ｒ［℃／Ｗ］：ロータの熱抵抗、Ｔ_R［℃］：ロータ温度、 α ：ロータの運転状況より求めた重み、０≦α≦１、Ｔ_out ［℃］：冷却油の流出温度、Ｔ_in ［℃］：冷却油の流入温度。）上記方法によれば、ロータ側とステータ側の油冷を分離
したことにより、ロータ側の油冷に用いられる冷却油の
温度変化を測定することができる。また、ロータ側に流
入出する冷却油の流量も検出することができる。また、
予めロータの熱抵抗とロータの運転状況に対応する重み
αを測定しておけば、上述の式（Ｉ）、（II）を用い
て、簡易な機器でロータ側の温度を推定することができ
るので、モータ製造コストを安価に抑えることができ
る。さらに、ロータの運転状況に応じて適当な重みαを
選択することによって、高精度の温度推定を行うことが
できる。また、従来の装置構成に比べ、簡略化されてい
るので、モータの小型化が図れる。

【００１９】また、簡易にロータ温度を推定する場合に
は、以下に示す式（III）を上記式（II）に替えて用い
てもよい。

【００２０】

【数５】Ｊ＝１／Ｒ｛Ｔ_R−１／２（Ｔ_out＋Ｔ_in）｝・・・・（III）（式中、Ｊ［Ｗ］：冷却油の発熱量、Ｒ［℃／Ｗ］：ロータの熱抵抗、Ｔ_R［℃］：ロータ温度、Ｔ_out ［℃］：冷却油の流出温度、Ｔ_in ［℃］：冷却油の流入温度。）実施の形態２．実施の形態１では、ロータ側とステータ
側の油冷系を完全に分離して２４のポンプでそれぞれ冷
却油を循環させたが、本実施の形態では、ロータ側とス
テータ側の油冷系は各ロータ、ステータを冷却する部分
では分離されているものの、一部合流部分を有する構成
となっている。なお、上記実施の形態１と同様の構成要
素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００２１】すなわち、図２に示すように、油冷系２４
は、ロータ１０側冷却系２４ａと、ステータ１２側油冷
系２４ｂと、ステータ１２側油冷系２４ｂに設けられた
オリフィス２６から油冷系２４ｂの冷却油が冷却系２４
ａに合流してなる合流油冷系２４ｃとからなる。そし
て、合流油冷系２４ｃにポンプ３４が設置され、このポ
ンプ３４によって、冷却油は、各油冷系２４ａ，２４
ｂ，２４ｃを循環している。

【００２２】本実施形態のロータ温度推定方法では、ス
テータ１２冷却後の冷却油がロータ１０冷却後の冷却油
に合流する以前の油冷系２４ａの部分、すなわち油冷系
２４ａとオリフィス２６との合流地点より下流の油冷系
２４ａには、接点を介して熱電対４２が設置され、この
熱電対４２によってロータ１０を冷却した後の冷却油の
流出温度を測定している。また、油冷系２４ａとオリフ
ィス２６との合流地点より下流の油冷系２４ａには、さ
らに流量計４４が設置され、ロータ１０側の冷却油の流
量を測定している。

【００２３】従って、本実施の形態でも上記実施の形態
１と同様に、冷却油の流入温度と流出温度とロータ側の
冷却油の流量を測定することができるので、上記
（Ｉ）、（II）、（III）を用いて、ロータ温度を精度
よく推定することができる。さらに、本実施の形態の方
法に用いる装置構成では、ポンプ個数を削減できるの
で、さらに安価にコンパクトにモータを製造することが
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るロータ温度
推定方法によれば、ロータ側とステータ側の油冷を分離
したことにより、ロータ側の油冷に用いられる冷却油の
温度変化を測定することができる。また、ロータ側に流
入出する冷却油の流量も検出することができる。また、
予めロータの熱抵抗とロータの運転状況に対応する重み
αを測定しておけば、上述の式（Ｉ）、（II）を用い
て、簡易な機器でロータ側の温度を推定することができ
るので、モータ製造コストを安価に抑えることができ
る。さらに、ロータの運転状況に応じて適当な重みαを
選択することによって、高精度の温度推定を行うことが
できる。また、従来の装置構成に比べ、簡略化されてい
るので、モータの小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロータ温度推定方法に用いる装置構
成の一例の概略図である。

【図２】本発明のロータ温度推定方法に用いる装置構
成の他の例の概略図である。

【図３】本発明のロータ温度推定方法に用いる実験に
より求められたロータ運転状況の重みαを説明する図で
ある。

【図４】従来のロータ部温度測定の装置構成を示す概
略図である。

【図５】従来のロータ部温度測定の他の装置構成を示
す概略図である。

【符号の説明】

１０ロータ、１２ステータ、１４シャフト、２
０，２２，２４油冷系、３０，３２，３４ポンプ、
４０，４２熱電対、４４流量計。

フロントページの続き (72)発明者菅裕史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H611 BB01 PP05 QQ04 TT01 UA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータ側の油冷系とロータ側の油冷系
と分離し、前記ロータ油冷系を循環する冷却油の流量を測定し、前記ロータ側の油冷系におけるロータ冷却前の冷却油の
流入温度とロータ冷却後の冷却油の流出温度とを測定
し、以下に示す式（Ｉ）より求められた冷却油の発熱量Ｊ
と、予め測定しておいた前記ロータの熱抵抗と、前記ロ
ータの運転状況と、以下に示す式（II）とを用いてロー
タの温度を推定することを特徴とするロータ温度推定方
法。【数１】Ｊ＝Ｑρ（Ｔ_out−Ｔ_in）・・・・（Ｉ）（式中、Ｊ［Ｗ］：冷却油の発熱量、Ｑ［ｋｇ］：冷却油の流量、 ρ［Ｗ／ｋｇ・℃］：冷却油の比熱、Ｔ_out ［℃］：冷却油の流出温度、Ｔ_in ［℃］：冷却油の流入温度。）【数２】Ｊ＝１／Ｒ［Ｔ_R−｛αＴ_out＋（１−α）Ｔ_in｝］・・・・（II）（式中、Ｊ［Ｗ］：冷却油の発熱量、Ｒ［℃／Ｗ］：ロータの熱抵抗、Ｔ_R［℃］：ロータ温度、 α ：ロータの運転状況より求めた重み、０≦α≦１、Ｔ_out ［℃］：冷却油の流出温度、Ｔ_in ［℃］：冷却油の流入温度。）