特許 7605022 温度推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】温度推定装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/14 20160101AFI20241217BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241217BHJP

   H02P 29/66 20160101ALI20241217BHJP

   H02P 25/024 20160101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02P21/14

B60L3/00 J

H02P29/66

H02P25/024

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021089318

(22)【出願日】2021-05-27

(65)【公開番号】P2022182027

(43)【公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-08-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】草留 泰三

(72)【発明者】

【氏名】下河 元希

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７５８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３３１９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１７０７４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－８５８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－４２４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４５４８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／１４

Ｂ６０Ｌ ３／００

Ｈ０２Ｐ ２９／６６

Ｈ０２Ｐ ２５／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石温度を推定する温度推定装置であって、
前記磁石温度は、モータに設けられているロータが備える永久磁石の温度であり、
前記モータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻回されている複数のステータコイルと、を備え、
前記温度推定装置は、前記ステータコイルの温度であるコイル温度と、前記各ステータコイルに流れるコイル電流の実効値を積算期間にわたって積算した積算電流に基づき算出された温度差と、を加算することで、前記磁石温度を推定する、温度推定装置。

【請求項2】

前記温度推定装置は、平均期間における前記コイル電流の実効値の平均値である平均電流に基づき前記磁石温度を推定する、請求項１に記載の温度推定装置。

【請求項3】

前記温度推定装置は、前記ロータの回転数に基づき前記磁石温度を推定する、請求項１又は請求項２に記載の温度推定装置。

【請求項4】

前記温度推定装置は、前記ステータコイルに流すｄ軸電流及びｑ軸電流に基づき前記磁石温度を推定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の温度推定装置。

【請求項5】

前記温度推定装置は、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とに基づき前記永久磁石の鉄損を算出する鉄損算出部を備え、
前記鉄損算出部によって算出された前記鉄損に基づき前記磁石温度を推定する、請求項４に記載の温度推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、温度推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロータが備える永久磁石の温度を推定する温度推定装置が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の温度推定装置は、モータに設けられている。モータは、永久磁石を有するロータと、ステータコアと、ステータコアに巻回されているステータコイルと、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－０１６２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、永久磁石の温度は、不可逆減磁の発生する条件やロータのトルクの大きさなど、ロータの特性に影響を与える。そのため、正確なモータ制御や永久磁石の劣化の抑制のために、永久磁石の温度を正確に把握することが求められてきた。しかし、回転するロータに直接温度センサを設けることは困難である。そのため、モータが測定可能な種々のパラメータから永久磁石の温度を精度良く推定することが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する温度推定装置は、磁石温度を推定する温度推定装置であって、前記磁石温度は、モータに設けられているロータが備える永久磁石の温度であり、前記モータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻回されている複数のステータコイルと、を備え、前記温度推定装置は、前記ステータコイルの温度であるコイル温度と、前記各ステータコイルに流れるコイル電流の実効値を積算期間にわたって積算した積算電流と、に基づき、前記磁石温度を推定する。

【0006】

これによれば、積算電流は、ステータコイルの銅損に対応する。磁石温度の推定に際し、ステータコイルの銅損の磁石温度への寄与を算入することにより、磁石温度Ｔｍを精度良く推定することができる。

【0007】

上記温度推定装置は、平均期間における前記コイル電流の実効値の平均値である平均電流に基づき前記磁石温度を推定する、ものであってもよい。
これによれば、平均電流は、モータが至る定常状態に対応する。そのため、磁石温度の推定に際し、平均電流を考慮に入れることにより、定常状態でも磁石温度を精度よく推定することができる。

【0008】

上記温度推定装置は、前記ロータの回転数に基づき前記磁石温度を推定する、ものであってもよい。
これによれば、ロータの回転数は、ロータの風損や放熱と相関がある。そのため、ロータの回転数の影響を取り入れることで、磁石温度をより精度よく推定することができる。

【0009】

上記温度推定装置は、前記ステータコイルに流すｄ軸電流及びｑ軸電流に基づき前記磁石温度を推定する、ものであってもよい。
これによれば、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、永久磁石の鉄損の大きさと相関がある。そのため、磁石温度の推定に際し、ステータコイルから生じる回転磁界による永久磁石の発熱を考慮することができる。したがって、磁石温度をより精度良く推定することができる。

【0010】

上記温度推定装置は、前記ｄ軸電流と前記ｑ軸電流とに基づき前記永久磁石の鉄損を算出する鉄損算出部を備え、前記鉄損算出部によって算出された前記鉄損に基づき前記磁石温度を推定する、ものであってもよい。

【0011】

これによれば、ｄ軸電流とｑ軸電流から予め鉄損を算出することにより、磁石温度の推定での温度推定装置の計算負荷を軽減することができる。したがって、磁石温度の推定の高速化を図ることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、永久磁石の温度を精度良く推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】モータを含む全体構成の概要を示す図。

【図2】モータ制御処理の一例を示す図。

【図3】温度推定処理の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜構成＞
以下、温度推定装置の一実施形態について説明する。本実施形態の温度推定装置は、車両が備えるモータに適用される。

【0015】

図１に示すように、車両Ｖｅは、蓄電装置１００と、スタートスイッチ１１０と、駆動装置１０と、を備える。車両Ｖｅは、電力で駆動するもので、例えば電気自動車両やハイブリッド車両である。

【0016】

蓄電装置１００は、直流電力を出力する電力源であり、例えば二次電池である。二次電池は、例えばリチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。蓄電装置１００は、車両Ｖｅを駆動させるための電力源となる。

【0017】

スタートスイッチ１１０は、車両Ｖｅの起動状態と停止状態とを切り替えるためのスイッチである。スタートスイッチ１１０は、例えば、車両Ｖｅの搭乗者により操作される。起動状態とは、車両Ｖｅの走行が可能な状態である。停止状態とは、車両Ｖｅの走行を行えない状態である。スタートスイッチ１１０は、イグニッションスイッチやシステム起動スイッチ等と呼称されることもある。起動状態はイグニッションオン、停止状態はイグニッションオフと呼称されることもある。

【0018】

駆動装置１０は、車両Ｖｅを駆動する。駆動装置１０は、回転軸Ａｘと、動力伝達機構Ｇ１と、モータ２０と、回転数測定部２４と、コイル温度測定部２５と、インバータ回路３０と、電流測定部４０と、制御回路５０と、を備える。

【0019】

回転軸Ａｘは、図示しない車軸に動力を伝えることにより、車両Ｖｅを駆動させる。
動力伝達機構Ｇ１は、回転軸Ａｘと車軸とを接続する。動力伝達機構Ｇ１の具体的態様は任意であるが、例えばギア及びギアオイルを有するギアボックスである。動力伝達機構Ｇ１には、当該ギアボックスの温度を測定する温度センサが設けられていてもよい。

【0020】

モータ２０は、蓄電装置１００の電力を動力に変換する。モータ２０は、ロータ２１と、ステータコア２２と、複数のステータコイル２３と、を備える。
ロータ２１は、回転軸Ａｘと一体回転可能に構成されている。ロータ２１は、永久磁石２１ａを備える。

【0021】

永久磁石２１ａは、例えばフェライト磁石である。なお、永久磁石２１ａとしては、任意の強磁性体を用いてもよい。例えば、永久磁石２１ａは、ネオジム磁石など希土類磁石、アルニコ磁石などの硬磁性体でも、ソフトフェライトなどの軟磁性体でもよい。永久磁石２１ａは、所定の状態を経由すると不可逆減磁を起こすことがある。所定の状態とは、永久磁石２１ａの温度Ｔｍや永久磁石２１ａに印加される外部磁場などで表される。所定の状態は、永久磁石２１ａの材料に依存する。例えばフェライト磁石の場合、不可逆減磁が起きる外部磁場は、永久磁石２１ａの温度Ｔｍが低くなるほど低くなる。ネオジム磁石の場合、不可逆減磁が起きる外部磁場は、永久磁石２１ａの温度が高くなるほど低くなる。以下、説明の便宜上、永久磁石２１ａの温度Ｔｍを「磁石温度Ｔｍ」という。永久磁石２１ａの自発磁化は、同一の温度及び同一の外部磁場下であっても、不可逆減磁の前後で異なる。そのため、モータ２０の劣化を抑制するためにも、永久磁石２１ａの不可逆減磁の発生を抑制することが好ましい。

【0022】

ステータコア２２は、ロータ２１の周囲に配置されている。詳細には、ステータコア２２は、ロータ２１に対向配置されている。ステータコア２２とロータ２１との間には、エアギャップが設けられている。

【0023】

ステータコイル２３は、それぞれステータコア２２に巻回されている。ステータコイル２３は、３相コイルである。各ステータコイル２３は、例えばＹ結線されている。ロータ２１は、各ステータコイル２３が所定のパターンで通電されることにより回転する。すなわち、本実施形態のモータ２０は、３相モータである。なお、ステータコイル２３の結線態様は、Ｙ結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。

【0024】

３相のステータコイル２３には、３相のコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れる。これにより、ステータコイル２３は、永久磁石２１ａに外部磁場が印加される。外部磁場の大きさ及び向きは、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの大きさ及び位相によって決まる。当該外部磁場が、永久磁石２１ａの不可逆減磁を誘起することがある。

【0025】

コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがステータコイル２３に流れると、永久磁石２１ａの鉄損Ｐｉ等に起因する熱が永久磁石２１ａに生じる。これにより、永久磁石２１ａの温度Ｔｍが上昇する。磁石温度Ｔｍは、永久磁石２１ａの鉄損Ｐｉによって上昇し、永久磁石２１ａから周囲への放熱によって下降する。鉄損Ｐｉは、永久磁石２１ａのヒステリシス損失と渦電流損失とを含む。

【0026】

ステータコイル２３とロータ２１との間の熱抵抗によって、磁石温度Ｔｍとコイル温度Ｔｃｏｉｌとの間に温度差ΔＴが生じうる。そのため、磁石温度Ｔｍは、コイル温度Ｔｃｏｉｌと温度差ΔＴを用いて、Ｔｍ＝Ｔｃｏｉｌ＋ΔＴと表すことができる。熱抵抗の要因としては、例えばロータ２１とステータコイル２３との間に設けられるエアギャップが挙げられる。

【0027】

回転数測定部２４は、ロータ２１の単位時間あたりの回転数Ｎ１を測定するセンサである。回転数測定部２４の具体的態様は任意であり、電磁式のレゾルバでも、光学センサでもよい。以下では、説明の便宜上、単位時間あたりの回転数を単に「回転数」という。

【0028】

コイル温度測定部２５は、各ステータコイル２３の温度をそれぞれ測定する。コイル温度測定部２５は、例えばサーミスタ、熱電対、放射温度計など任意の態様を採用できる。以下の説明では、説明の便宜上、各ステータコイル２３の温度の代表値をコイル温度Ｔｃｏｉｌという。コイル温度Ｔｃｏｉｌは、例えば各ステータコイル２３の温度の平均値、中央値、又は最大値である。コイル温度Ｔｃｏｉｌは、ステータコイル２３で生じる銅損Ｐｃなどの寄与によって上昇し、周囲への放熱などの寄与によって下降する。

【0029】

インバータ回路３０は、蓄電装置１００からの直流電力を３相交流電力に変換する。インバータ回路３０は、３相交流電力をモータ２０に出力する。これにより、ステータコイル２３に３相のコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れる。インバータ回路３０は、例えばインバータ回路３０に設けられているスイッチング素子を適切な位相関係でＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）制御し、出力を平滑化することで３相交流電力を出力してもよい。なお、インバータ回路３０の具体的態様は任意であり、電流型であっても、電圧型であってもよい。また、制御方式もＰＷＭ制御に限られず、ＰＦＭ（周波数変調：Pulse Frequency Modulation）制御であってもよい。

【0030】

電流測定部４０は、３相のコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを測定するセンサである。電流測定部４０の具体的態様は任意であるが、例えばシャント抵抗を用いたものでも、ホール素子を用いたものでもよい。

【0031】

制御回路５０は、プロセッサと、記憶部と、を備える。プロセッサとしては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部は、RAM（Random access memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御回路５０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御回路５０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0032】

制御回路５０は、各測定部２４，２５，４０の検出結果を取得できる。
制御回路５０は、ロータ２１の回転数Ｎ１を制御するモータ制御処理を行う。モータ制御処理において、制御回路５０は、図示しないECU（Electronic Control Unit）から入力される目標回転数Ｎ１ｔに基づき、回転数Ｎ１が目標回転数Ｎ１ｔとなるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒを算出する。ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒはそれぞれコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力するための指令値である。ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、ロータ２１を基準とする２相回転座標系（ｄ－ｑ座標系）におけるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに相当する。ｄ軸電流Ｉｄｒは、永久磁石２１ａの励磁に寄与し、ｑ軸電流Ｉｑｒは、ロータ２１のトルクの発生に寄与する。制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき、３相のコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ２０に向けて出力する。したがって、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、ステータコイル２３に流す電流であるともいえる。なお、制御回路５０は、コイル温度Ｔｃｏｉｌが所定の温度、例えばステータコイル２３の耐用温度を超える場合、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが小さくなるようにインバータ回路３０を制御する。これにより、ステータコイル２３の銅損Ｐｃを抑制し、ステータコイル２３の発熱量を低減することができる。

【0033】

制御回路５０は、モータ２０への電力供給を開始する開始信号の取得を契機にモータ制御処理を開始する。また、モータ２０への電力供給を停止する停止信号を契機にモータ制御処理を終了する。開始信号とは、例えばスタートスイッチ１１０の操作によって車両Ｖｅを停止状態から起動状態に切り替える信号である。停止信号とは、例えばスタートスイッチ１１０の操作によって車両Ｖｅを起動状態から停止状態に切り替える信号である。なお、開始信号及び停止信号はこれに限らず、任意の態様を採用することができる。例えば開始信号及び停止信号は、蓄電装置１００とインバータ回路３０との間のリレースイッチに設けられている場合、当該リレースイッチをＯＮ状態とする指令及びＯＦＦ状態とする指令であってもよい。これらの場合、モータ制御処理は、車両Ｖｅが起動状態の場合に行われるともいえる。

【0034】

＜モータ制御処理＞
次に、モータ制御処理の詳細について説明する。
図２に示すように、制御回路５０は、ステップＳ１において、温度推定処理を実行し、磁石温度Ｔｍを推定する。温度推定処理の詳細については後述する。

【0035】

次に、制御回路５０は、ステップＳ２に進み、ステップＳ１で推定された磁石温度Ｔｍに基づき、制限電流値Ｉｘを決定する。制限電流値Ｉｘは、磁石温度Ｔｍの場合に永久磁石２１ａの不可逆減磁が起きるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗより小さい。本実施形態では、制限電流値Ｉｘは、ｄ軸電流Ｉｄｒの最大値に対応する。なお、制限電流値Ｉｘは、これに限らず、任意に設定可能である。例えば、制限電流値Ｉｘは、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒで表される電流ベクトルの大きさに対応していてもよい。

【0036】

次に、制御回路５０は、ステップＳ３に進み、例えば図示しないＥＣＵから目標回転数Ｎ１ｔを取得する。目標回転数Ｎ１ｔは、回転数Ｎ１の目標値である。目標回転数Ｎ１ｔは、例えば車両Ｖｅのアクセル開度並びに走行速度、及び蓄電装置１００からインバータ回路３０への入力電圧に基づき算出される。

【0037】

次に、制御回路５０は、ステップＳ４に進み、目標回転数Ｎ１ｔに基づきｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒを算出する。回転数Ｎ１が目標回転数Ｎ１ｔとなるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒを算出することで、制御回路５０は、回転数Ｎ１を制御することができる。なお、算出方法は任意であるが、例えば、制御回路５０は、予め記憶された目標回転数Ｎ１ｔに対するｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒのマップを参照することで、目標回転数Ｎ１ｔに基づきｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒを算出することができる。

【0038】

次に、制御回路５０は、ステップＳ５に進み、ｄ軸電流Ｉｄｒが制限電流値Ｉｘ以下であるか否かを判定する。ステップＳ５の判定結果が否定の場合、制御回路５０は、ステップＳ６に進む。一方、ステップＳ５の判定結果が肯定の場合、制御回路５０は、ステップＳ６を省略し、ステップＳ７に進む。

【0039】

ステップＳ６において、制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒを制限電流値Ｉｘに変更し、ステップＳ７に進む。なお、ステップＳ６において、制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒを制限電流値Ｉｘ未満に変更してもよい。すなわち、ステップＳ６において、制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒを制限電流値Ｉｘ以下に変更すればよい。制御回路５０は、ステップＳ５及びステップＳ６を実行することより、ｄ軸電流Ｉｄｒを制限電流値Ｉｘ以下に制限する。このとき、制御回路５０は、変更後のｄ軸電流Ｉｄｒに対応するように、ｑ軸電流Ｉｑｒを変更してもよい。

【0040】

次に、制御回路５０は、ステップＳ７に進み、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき、インバータ回路３０のスイッチング素子を制御することで、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ２０に出力する。コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを決定する方法は任意であるが、例えば出力されるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに対して２相３相変換を行った値を目標値となるようにインバータ回路３０を制御すればよい。ロータ２１は、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに応じて回転する。したがって、制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを制御することで、回転数Ｎ１を制御しているといえる。

【0041】

なお、ステップＳ６の処理によってｄ軸電流Ｉｄｒが制限電流値Ｉｘに変更されている場合、制御回路５０は、ステップＳ７において、変更後のｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ２０に出力する。このとき、制御回路５０は、回転数Ｎ１が目標回転数Ｎ１ｔ未満の状態でロータ２１が回転することを許容する。したがって、制御回路５０は、制限電流値Ｉｘに基づいて回転数Ｎ１を制限しているともいえる。

【0042】

次に、制御回路５０は、ステップＳ８に進み、車両Ｖｅが停止状態か否かを判定する。ステップＳ８の判定結果が否定の場合、すなわち車両Ｖｅが起動状態の場合、制御回路５０は、ステップＳ１に戻り、モータ制御処理を続行する。一方、ステップＳ８の判定結果が肯定の場合、制御回路５０は、ステップＳ９に進み、車両Ｖｅが停止状態となった時刻を記憶する。その後、制御回路５０は、モータ制御処理を終了する。

【0043】

＜温度推定処理＞
次に、温度推定処理の詳細について説明する。以下の説明では、温度推定処理を開始する前に車両Ｖｅが停止状態となった時刻を停止時刻ｔ１と、温度推定処理を開始する前に車両Ｖｅが起動状態となった時刻を起動時刻ｔ２と、後述するステップＳ１１の処理が行われる時刻を推定時刻ｔ３という。推定時刻ｔ３は、温度推定処理の開始時刻であるともいえる。停止時刻ｔ１から起動時刻ｔ２までの停止期間Δｔ１では、車両Ｖｅは停止状態であり、起動時刻ｔ２から推定時刻ｔ３までの積算期間Δｔ２では、車両Ｖｅは起動状態であるものとする。なお、停止時刻ｔ１としては、ステップＳ９の処理において記憶されている時刻を用いればよい。

【0044】

図３に示すように、ステップＳ１１において、制御回路５０は、推定パラメータを取得する。推定パラメータは、磁石温度Ｔｍを推定するために用いられるパラメータである。本実施形態では、推定パラメータは、回転数Ｎ１、コイル温度Ｔｃｏｉｌ、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、ｄ軸電流Ｉｄｒ、ｑ軸電流Ｉｑｒ、停止期間Δｔ１、及び積算期間Δｔ２を含む。なお、停止期間Δｔ１及び積算期間Δｔ２は、各時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３から算出してもよい。制御回路５０は、各測定部２４，２５，４０や制御回路５０の記憶部から推定パラメータを取得すればよい。

【0045】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１２に進み、コイル温度Ｔｃｏｉｌ、停止期間Δｔ１に基づき、オフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔを算出する。オフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔは、起動時刻ｔ２での磁石温度Ｔｍの推定値である。オフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔは、磁石温度Ｔｍの初期温度であるともいえる。

【0046】

停止期間Δｔ１の間、磁石温度Ｔｍに対する鉄損Ｐｉの寄与が小さくなり、放熱の寄与が大きくなる。その結果、磁石温度Ｔｍは徐々に低下し、磁石温度Ｔｍとコイル温度Ｔｃｏｉｌとが一致する平衝状態に至る。なお、一致とは、２つの値が完全一致の場合のみならず、所定の範囲内であることを含む。所定の範囲とは例えば、測定誤差やゆらぎなどを考慮したものである。

【0047】

オフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔの算出方法は任意であるが、例えば制御回路５０は、コイル温度Ｔｃｏｉｌ及び停止期間Δｔ１に対するオフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔの対応表を参照することでオフセット温度Ｔｏｆｆｓｅｔを算出してよい。当該対応表は、試験や熱流体解析等で予め定めればよい。なお、ステップＳ１２の処理は、起動時刻ｔ２以後に行われる最初の温度推定処理でのみ実行されてもよい。言い換えれば、最初の温度推定処理より後に行われる温度推定処理において、ステップＳ１２の処理は省略されてもよい。

【0048】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１３に進み、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき、鉄損Ｐｉを算出する。鉄損Ｐｉの算出方法は任意であるが、例えば電磁界解析によって算出可能な対応表から算出してもよいし、モータ２０を表現する物理モデルから有限要素法等を用いて算出してもよい。本実施形態では、ステップＳ１３を実行する制御回路５０が鉄損算出部に対応する。

【0049】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１４に進み、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、積算電流Ｉｉｎｔ及び平均電流Ｉａｖｅを算出する。積算電流Ｉｉｎｔは、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの実効値Ｉｅｆｆを積算期間Δｔ２にわたって積算した値である。以下、説明の便宜上、各コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの実効値Ｉｅｆｆはそれぞれ等しいものとして取り扱い、単に「実効値Ｉｅｆｆ」という。ステータコイル２３は抵抗成分を有する。そのため、ステータコイル２３にコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れると、ステータコイル２３は実効値Ｉｅｆｆに比例して電力を消費する。そのため、実効値Ｉｅｆｆを積算期間Δｔ２にわたって積算した積算電流Ｉｉｎｔは、積算期間Δｔ２で発生する銅損Ｐｃに対応する。

【0050】

平均電流Ｉａｖｅは、平均期間Δｔ３における実効値Ｉｅｆｆの平均値である。平均電流Ｉａｖｅは、例えば積算電流Ｉｉｎｔを平均期間Δｔ３で除算することにより得られる。平均期間Δｔ３が０であるとき、平均電流Ｉａｖｅは０である。本実施形態の平均期間Δｔ３は、積算期間Δｔ２と一致している。すなわち、平均電流Ｉａｖｅは、積算期間Δｔ２における実効値Ｉｅｆｆの平均値である。この場合、推定時刻ｔ３が起動時刻ｔ２と一致するときに平均期間Δｔ３は０となる。

【0051】

次に制御回路５０は、ステップＳ１５に進み、回転数Ｎ１、鉄損Ｐｉ、及び積算電流Ｉｉｎｔから温度差ΔＴへの寄与を、それぞれ算出する。
鉄損Ｐｉから温度差ΔＴへの寄与は、第１関数ｆ１で表される。回転数Ｎ１から温度差ΔＴへの寄与は、第２関数ｆ２で表される。積算電流Ｉｉｎｔから温度差ΔＴへの寄与は、第３関数ｆ３で表される。各関数ｆ１～ｆ３は、例えば、それぞれの引数の多項式で表される。特に、各関数ｆ１～ｆ３をそれぞれの引数の１次関数とすることで、制御回路５０の計算負荷を軽減することができる。なお、本実施形態では、各関数ｆ１～ｆ３の定数係数は０である。

【0052】

第１関数ｆ１は、鉄損Ｐｉによる永久磁石２１ａの発熱が磁石温度Ｔｍに及ぼす影響を示す。第２関数ｆ２は、風損による永久磁石２１ａの発熱及び熱伝達による永久磁石２１ａの冷却が磁石温度Ｔｍに及ぼす影響を示す。第１関数ｆ１及び第２関数ｆ２は、実験等で予め定められたものを用いてもよいし、熱流体解析等の数値解析によって得られたものを用いても良い。第３関数ｆ３は、ステータコイル２３の銅損Ｐｃによって生じる熱が磁石温度Ｔｍに及ぼす影響を示す。

【0053】

ステータコイル２３から永久磁石２１ａに伝わる熱は、積算電流Ｉｉｎｔとの相関がある。積算電流Ｉｉｎｔは、上述したように、銅損Ｐｃと対応付けられる。銅損Ｐｃは、コイル温度Ｔｃｏｉｌを上昇させる因子である。ここで、積算期間Δｔ２にわたる銅損Ｐｃのみを考慮すると、コイル温度Ｔｃｏｉｌの上昇値は、時間経過に伴い増加し続ける。しかし、コイル温度Ｔｃｏｉｌの温度が上昇するにつれてステータコイル２３から周囲への放熱量が大きくなる。そのため、コイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化率は小さくなり、やがて定常状態に至る。したがって、コイル温度測定部２５が測定するコイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化と銅損Ｐｃに起因するコイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化に乖離が生じる。このような乖離は、ステータコイル２３の放熱の大きさを示す。ステータコイル２３から放熱された熱の一部が、例えば空気を介した熱交換によって永久磁石２１ａに伝わる。これにより、磁石温度Ｔｍが変化する。したがって、温度差ΔＴを算出する際に積算電流Ｉｉｎｔを用いることにより、ステータコイル２３の銅損Ｐｃが磁石温度Ｔｍに与える影響を考慮することができる。なお、ステータコイル２３と永久磁石２１ａとの熱交換を示す係数（例えば熱伝達係数）は、モータ２０を含む系において熱流体解析や実験等により予め定められたものを用いればよい。

【0054】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１５で算出された各寄与に基づき、温度差ΔＴを算出する。本実施形態において、起動時刻ｔ２での温度差ΔＴは、Ｔｏｆｆｓｅｔ－Ｔｃｏｉｌである。このとき、各関数ｆ１～ｆ３の引数は０となっている。そのため、温度差ΔＴは、ΔＴ＝Ｔｏｆｆｓｅｔ－Ｔｃｏｉｌ＋ｆ１（Ｐｉ）＋ｆ２（Ｎ１）＋ｆ３（Ｉｉｎｔ）という関係式で表すことができる。なお、上記関係式において、括弧内の記号は各関数の引数を示す。

【0055】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１７に進み、コイル温度Ｔｃｏｉｌ及び温度差ΔＴに基づき、磁石温度Ｔｍを推定する。詳細には、制御回路５０は、ステップＳ１１で取得したコイル温度Ｔｃｏｉｌ及びステップＳ１６で算出した温度差ΔＴをＴｍ＝Ｔｃｏｉｌ＋ΔＴに代入することで、磁石温度Ｔｍを推定する。このように算出された磁石温度Ｔｍが、上述したモータ制御処理に用いられる。本実施形態では、ステップＳ１７の処理を実行する制御回路５０が、温度推定装置に対応する。

【0056】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１８に進み、定常磁石温度Ｔｍｓを算出する。定常磁石温度Ｔｍｓは、平均電流Ｉａｖｅに対応する定常状態における磁石温度Ｔｍである。
平均電流Ｉａｖｅは、単位時間あたりのステータコイル２３の銅損Ｐｃに対応する。単位時間あたりのステータコイル２３の銅損Ｐｃとステータコイル２３の放熱量とが釣り合う。そして、定常状態では、コイル温度Ｔｃｏｉｌ及び磁石温度Ｔｍは、それぞれ定常状態に対応する値をとる。このような平均電流Ｉａｖｅとモータ２０の定常状態との相関を用いて、平均電流Ｉａｖｅに対応する定常状態でのコイル温度Ｔｃｏｉｌ及び磁石温度Ｔｍとを算出する。定常磁石温度Ｔｍｓの具体的な算出方法は任意であるが、予め実験等で定められたマップを参照してもよいし、定常磁石温度Ｔｍｓを平均電流Ｉａｖｅの関数から算出してもよい。

【0057】

次に、制御回路５０は、ステップＳ１９に進み、磁石温度Ｔｍが推定磁石温度Ｔｍｓ以下であるか否かを判定する。ステップＳ１９における判定結果が否定の場合、制御回路５０はステップＳ２０に進み、磁石温度Ｔｍを定常磁石温度Ｔｍｓに変更し、温度推定処理を終了する。一方、ステップＳ１９における判定結果が肯定の場合、制御回路５０はステップＳ２０を省略し、温度推定処理を終了する。これにより、ステップＳ１８で推定された磁石温度Ｔｍが、平均電流Ｉａｖｅに対応する定常磁石温度Ｔｍｓより大きくなるという不合理を解消することができる。したがって、制御回路５０は、平均電流Ｉａｖｅに基づき磁石温度Ｔｍを推定しているといえる。

【0058】

制御回路５０は、このように推定された磁石温度Ｔｍを用いて、ステップＳ２～Ｓ９の処理を行う。なお、積算期間Δｔ２が推定期間Δｔ３より大きくなった場合、制御回路５０は、上記温度推定処理を省略し、モータ制御処理を行ってもよい。推定期間Δｔ３は任意であるが、例えば磁石温度Ｔｍが定常状態に至るまでの期間である。これにより、車両Ｖｅが起動状態直後の磁石温度Ｔｍの温度変化が大きい期間において、磁石温度Ｔｍを精度よく推定できるとともに、モータ制御処理の負担軽減を図ることができる。このような処理の省略は、特に磁石温度Ｔｍが低いほど不可逆減磁が起きやすい場合、例えば永久磁石２１ａがフェライト磁石の場合、に有用である。

【0059】

＜作用・効果＞
以下、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）温度推定装置としての制御回路５０は、ステータコイル２３の温度であるコイル温度Ｔｃｏｉｌと、各ステータコイル２３に流れるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの実効値Ｉｅｆｆを積算期間Δｔ２にわたって積算した積算電流Ｉｉｎｔと、に基づき、磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１５～Ｓ１７の処理を実行する。

【0060】

これによれば、実効値Ｉｅｆｆを積算期間Δｔ２にわたって積算した積算電流Ｉｉｎｔは、積算期間Δｔ２で発生する銅損Ｐｃに対応する。銅損Ｐｃは、コイル温度Ｔｃｏｉｌを上昇させる因子である。ここで、積算期間Δｔ２にわたる銅損Ｐｃのみを考慮すると、コイル温度Ｔｃｏｉｌの上昇値は、時間経過に伴い増加し続ける。しかし、コイル温度Ｔｃｏｉｌの温度が上昇するにつれてステータコイル２３から周囲への放熱量が大きくなる。そのため、コイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化率は小さくなり、やがて定常状態に至る。したがって、コイル温度測定部２５が測定するコイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化と銅損Ｐｃに起因するコイル温度Ｔｃｏｉｌの時間変化に乖離が生じる。

【0061】

このような乖離は、ステータコイル２３の放熱の大きさを示す。ステータコイル２３から放熱された熱の一部が、例えば空気を介して永久磁石２１ａに伝わる。これにより、磁石温度Ｔｍが変化する。そのため、温度差ΔＴを算出する際に積算電流Ｉｉｎｔを用いることにより、ステータコイル２３の銅損Ｐｃが磁石温度Ｔｍに与える影響を考慮することができる。したがって、磁石温度Ｔｍを精度良く推定することができる。

【0062】

（２）制御回路５０は、平均期間Δｔ３におけるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの実効値Ｉｅｆｆの平均値である平均電流Ｉａｖｅに基づき磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１９及びステップＳ２０を実行する。

【0063】

これによれば、磁石温度Ｔｍは定常状態において定常磁石温度Ｔｍｓに至るところ、推定される磁石温度Ｔｍが平均電流Ｉａｖｅに対応する定常磁石温度Ｔｍｓより大きくなることを抑制することができる。そのため、推定された磁石温度Ｔｍと実際の磁石温度Ｔｍとの乖離を抑制することができる。したがって、定常状態でも磁石温度Ｔｍを精度よく推定することができる。

【0064】

（３）制御回路５０は、ロータ２１の回転数Ｎ１に基づき磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１５～Ｓ１７の処理を実行する。
これによれば、風損及び空冷の影響を考慮することで、モータ２０の駆動状態に即した磁石温度Ｔｍの温度推定を行うことができる。

【0065】

（４）制御回路５０は、ステータコイル２３に流すｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１３，Ｓ１５，Ｓ１７の処理を実行する。
これによれば、鉄損Ｐｉによる発熱を算入して、より高い精度で磁石温度Ｔｍを推定することができる。

【0066】

（５）制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒとｑ軸電流Ｉｑｒとに基づき永久磁石２１ａの鉄損Ｐｉを算出するステップＳ１３の処理を実行する。そして、制御回路５０は、ステップＳ１３で算出された鉄損Ｐｉに基づき磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１５，Ｓ１６，Ｓ１７の処理を実行する。

【0067】

これによれば、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒを鉄損Ｐｉに変換することで、直接磁石温度Ｔｍを推定する場合に比べて計算負荷が軽減される。したがって、磁石温度Ｔｍの推定の高速化を図ることができる。

【0068】

＜変形例＞
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0069】

○実施形態におけるモータ制御処理及び温度推定処理はあくまで例示であり、これに限られない。また、各処理を実行する制御回路５０は、１つの装置として構成されていなくてもよく、協同する複数の装置により構成されていてもよい。

【0070】

○温度差ΔＴの表し方は実施形態のものに限らない。例えば、各引数Ｐｉ，Ｎ１，Ｉｉｎｔのうち２つ以上の引数を含む寄与を含めてもよい。
○温度推定処理において、制御回路５０は、動力伝達機構Ｇ１の温度を磁石温度Ｔｍの推定に用いてもよい。動力伝達機構Ｇ１は回転軸Ａｘを介してロータ２１（詳細には永久磁石２１ａ）と接続されている。そのため、永久磁石２１ａの熱の一部は、回転軸Ａｘを介して動力伝達機構Ｇ１に伝達される。例えば、温度差ΔＴに対して動力伝達機構Ｇ１への熱伝達を示す補正項ｆ５されていてもよい。補正項ｆ５は、実験等で定められる動力伝達機構Ｇ１の温度の関数でもよい。

【0071】

○磁石温度Ｔｍの推定に用いられるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力するために用いられる指令値でなくてもよい。例えば、磁石温度Ｔｍの推定に用いられるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒは、出力されたコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを３相２相変換することにより得られる出力値であってもよい。これにより、鉄損Ｐｉの算出精度が向上するため、より精度良く磁石温度Ｔｍを推定することができる。

【0072】

○平均期間Δｔ３は、積算期間Δｔ２と一致していなくてもよい。例えば、平均期間Δｔ３は、推定時刻ｔ３から一定期間だけさかのぼった期間でもよい。なお、所定の期間は任意に設定可能である。言い換えれば、平均電流Ｉａｖｅは、実効値Ｉｅｆｆの積算期間Δｔ２全体にわたる全体平均ではなく、いわゆる移動平均であってもよい。これにより、平均電流Ｉａｖｅの算出処理の負荷を軽減し、温度推定処理の高速化を図ることができる。

【0073】

○制御回路５０は、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき鉄損Ｐｉを算出するステップＳ１３の処理を実行しなくてもよい。この場合、第１関数ｆ１に代えて、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒから直接、温度差ΔＴを算出すればよい。このとき、例えばｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒの温度差ΔＴへの寄与を表す関数ｆ４を用いればよい。関数ｆ４は、実験等によって求められたものであっても、数値解析等で得られたものであってもよい。

【0074】

○制御回路５０は、ステップＳ１７において、回転数Ｎ１に基づき磁石温度Ｔｍを推定しなくてもよい。例えば、制御回路５０は、ステップＳ１６における温度差ΔＴの算出において第２関数ｆ２を考慮しなくてもよい。

【0075】

○制御回路５０は、ステップＳ１７において、ｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに基づき磁石温度Ｔｍを推定しなくてもよい。例えば、制御回路５０は、ステップＳ１６における温度差ΔＴの算出において関数ｆ１又は関数ｆ４を考慮しなくてもよい。

【0076】

○制御回路５０は、平均電流Ｉａｖｅに基づき磁石温度Ｔｍを推定するステップＳ１９及びステップＳ２０の処理を実行しなくてもよい。磁石温度Ｔｍの算出において、積算電流Ｉｉｎｔが考慮されていればよい。この場合でも、定常状態に至る前の磁石温度Ｔｍを精度良く推定することができる。

【0077】

○ステータコア２２は、ロータ２１の周囲に配置されていなくてもよい。例えば、ロータ２１が、ステータコア２２の周囲に配置されていてもよい。言い換えれば、モータ２０は、いわゆるインナーロータ型のものに限らず、アウターロータ型のものでもよい。

【0078】

○モータ２０は、車両Ｖｅの駆動に用いられるものに限られない。例えばモータ２０は、圧縮機や送風機などに用いられるものでもよい。

【符号の説明】

【0079】

２０…モータ、２１…ロータ、２１ａ…永久磁石、２２…ステータコア、２３…ステータコイル、５０…制御回路、Ｉａｖｅ…平均電流、Ｉｄｒ…ｄ軸電流、Ｉｅｆｆ…実効値、Ｉｉｎｔ…積算電流、Ｉｑｒ…ｑ軸電流、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ…コイル電流、Ｎ１…回転数、Ｐｉ…鉄損、Ｔｃｏｉｌ…コイル温度、Ｔｍ…磁石温度、Δｔ２…積算期間、Δｔ３…平均期間。

【図1】

【図2】

【図3】