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JP2024007117A - motor unit - Google Patents

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Publication number
JP2024007117A
JP2024007117A JP2022108348A JP2022108348A JP2024007117A JP 2024007117 A JP2024007117 A JP 2024007117A JP 2022108348 A JP2022108348 A JP 2022108348A JP 2022108348 A JP2022108348 A JP 2022108348A JP 2024007117 A JP2024007117 A JP 2024007117A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
rotor
brush
motor
refrigerant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022108348A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
宏之 服部
Hiroyuki Hattori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2022108348A priority Critical patent/JP2024007117A/en
Publication of JP2024007117A publication Critical patent/JP2024007117A/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

To provide a technique of estimating a temperature of a rotor with high accuracy.SOLUTION: A motor unit may comprise: a motor having a brush, a rotor having a magnetic wiring to which a power is supplied via the brush, and a coolant path where a coolant for cooling the rotor passes; a first temperature sensor that detects a temperature of the brush; a second temperature sensor that detects a temperature of the coolant after the rotor is cooled; and an estimation part that estimates a temperature of the rotor by using the temperature of the brush detected by the first temperature sensor, a temperature of the coolant detected by the second temperature sensor, and an atmospheric temperature at a circumference of the motor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、モータユニットに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a motor unit.

特許文献1には、ロータに電力を供給するブラシと、外部からの電力を電源ラインを介してブラシに供給するブラシホルダと、ブラシホルダに取り付けられる温度センサと、を備えるブラシモータが開示されている。 Patent Document 1 discloses a brush motor that includes a brush that supplies power to a rotor, a brush holder that supplies power from the outside to the brush via a power line, and a temperature sensor that is attached to the brush holder. There is.

特開2004-015989号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-015989

ロータの温度上昇を抑制するために、冷媒を用いてロータを冷却する構成が採用される場合がある。この構成では、ブラシホルダに取り付けられる温度センサにおいて検出される温度を用いて、ロータの温度を推定することは難しい。本明細書は、ロータの温度を精度よく推定することができる技術を提供する。 In order to suppress the temperature rise of the rotor, a configuration in which the rotor is cooled using a refrigerant may be adopted. With this configuration, it is difficult to estimate the temperature of the rotor using the temperature detected by the temperature sensor attached to the brush holder. This specification provides a technique that can accurately estimate the temperature of a rotor.

本明細書で開示される技術は、モータユニットに関する。モータユニットは、ブラシと、ブラシを介して給電される界磁巻線を有するロータと、ロータを冷却する冷媒が通過する冷媒通路と、を備えるモータと、ブラシの温度を検出する第1温度センサと、ロータを冷却した後の冷媒の温度を検出する第2温度センサと、第1温度センサで検出されるブラシの温度と、第2温度センサで検出される冷媒の温度と、モータの周辺の雰囲気温度と、を用いて、ロータの温度を推定する推定部と、を備えていてもよい。 The technology disclosed herein relates to a motor unit. The motor unit includes a motor including a brush, a rotor having a field winding that is supplied with power through the brush, a refrigerant passage through which a refrigerant for cooling the rotor passes, and a first temperature sensor that detects the temperature of the brush. , a second temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant after cooling the rotor, the temperature of the brush detected by the first temperature sensor, the temperature of the refrigerant detected by the second temperature sensor, and the temperature around the motor. The method may include an estimating section that estimates the temperature of the rotor using the ambient temperature.

この構成によると、ブラシの温度に加えて、冷媒の温度及びモータ周辺の雰囲気温度を用いることによって、ロータの温度を直接的に検出せずとも、ロータの温度を精度よく推定することができる。 According to this configuration, by using the temperature of the refrigerant and the ambient temperature around the motor in addition to the temperature of the brushes, the temperature of the rotor can be accurately estimated without directly detecting the temperature of the rotor.

モータの縦断面の模式図を示す。A schematic diagram of a vertical cross section of the motor is shown. モータユニットのブロック図を示す。A block diagram of the motor unit is shown.

図1に示すように、モータ10は、例えば、車両に搭載され、車両の走行に用いられる。モータ10は、ハウジング12と、ハウジング12に収容されるロータ20、ステータ18、ブラシ26、28、及び冷媒管14と、を備える。ロータ20は、ハウジング12に2個の軸受16、16を介して回転軸Xを中心に回転可能に支持されるシャフト22と、シャフト22の回転方向に間隔を有して配置される複数の界磁巻線24を備える。界磁巻線24の個数は特に制限されない。 As shown in FIG. 1, the motor 10 is mounted on, for example, a vehicle and used for driving the vehicle. The motor 10 includes a housing 12, a rotor 20, a stator 18, brushes 26, 28, and a refrigerant pipe 14 housed in the housing 12. The rotor 20 includes a shaft 22 rotatably supported by a housing 12 via two bearings 16, 16 around a rotation axis X, and a plurality of fields arranged at intervals in the rotational direction of the shaft 22. A magnetic winding 24 is provided. The number of field windings 24 is not particularly limited.

ロータ20の外側に、ロータ20の外周から隙間を有して対向するステータ18が配置されている。なお、図1では、ロータ20及びステータ18の内部構成が図示省略されている。ステータ18は、ハウジング12に固定されている。 A stator 18 is disposed on the outside of the rotor 20 and faces the outer periphery of the rotor 20 with a gap therebetween. Note that in FIG. 1, the internal configurations of the rotor 20 and stator 18 are not shown. Stator 18 is fixed to housing 12.

ロータ20の界磁巻線24には、ブラシ26、28及びシャフト22に取り付けられているスリップリング27、29を介して車両に搭載されるバッテリからの直流電力が供給される。これにより、界磁巻線24に磁界が発生して、ロータ20が回転する。ブラシ26、28のそれぞれは、スリップリング27、29のそれぞれとの接触を維持するために、弾性部材によって、スリップリング27、29のそれぞれに向けて付勢されている。 The field winding 24 of the rotor 20 is supplied with DC power from a battery mounted on the vehicle via brushes 26 and 28 and slip rings 27 and 29 attached to the shaft 22. As a result, a magnetic field is generated in the field winding 24, and the rotor 20 rotates. Each of the brushes 26, 28 is biased toward each of the slip rings 27, 29 by a resilient member to maintain contact with each of the slip rings 27, 29.

ハウジング12内には、冷媒管14が配置されている。冷媒管14には、ハウジング12外から供給される冷媒が流れる冷媒通路が形成されている。冷媒管14には、複数の開口14aが配置されている。 A refrigerant pipe 14 is arranged within the housing 12 . The refrigerant pipe 14 is formed with a refrigerant passage through which refrigerant supplied from outside the housing 12 flows. A plurality of openings 14a are arranged in the refrigerant pipe 14.

冷媒は、複数の開口14aのいずれかを通過して、矢印で示すように流出する。その結果、冷媒は、ロータ20を冷却しながら、下方に流れ、ハウジング12の下端に溜まる。ハウジング12の下端に溜まった冷媒40は、ハウジング12外に排出される。冷媒は、例えばATF(Automatic Transmission Fluid)である。 The refrigerant passes through any one of the plurality of openings 14a and flows out as shown by the arrow. As a result, the refrigerant flows downward and accumulates at the lower end of the housing 12 while cooling the rotor 20. The refrigerant 40 accumulated at the lower end of the housing 12 is discharged to the outside of the housing 12. The refrigerant is, for example, ATF (Automatic Transmission Fluid).

図2に示すように、モータユニット2は、モータ10の他に、制御装置50と、温度センサ30、32と、を備える。温度センサ30は、ハウジング12内において、ブラシ26に近接して配置され、ブラシ26の温度を検出する。なお、ブラシ26を保持するホルダが配置される構成では、温度センサ30は、ホルダに近接して配置されてもよい。あるいは、温度センサ30は、ブラシ28又はブラシ28のホルダに近接して配置されてもよい。温度センサ32は、ハウジング12の下端に溜まった冷媒40に接触するように配置され、ロータ20を冷却した後の冷媒の温度を検出する。温度センサ30、32は、検出済みのブラシ26及び冷媒の温度を、制御装置50に供給する。変形例では、冷媒は、ロータ20のシャフト22又はシャフト22付近を通過することによってロータ20を冷却してもよい。この場合、温度センサ32は、ロータ20の冷却後の冷媒40の温度を検出可能な位置に配置されてもよい。 As shown in FIG. 2, the motor unit 2 includes a control device 50 and temperature sensors 30 and 32 in addition to the motor 10. Temperature sensor 30 is disposed within housing 12 close to brush 26 and detects the temperature of brush 26 . Note that in a configuration in which a holder holding the brush 26 is disposed, the temperature sensor 30 may be disposed close to the holder. Alternatively, the temperature sensor 30 may be placed proximate the brush 28 or the holder of the brush 28. The temperature sensor 32 is arranged so as to be in contact with the refrigerant 40 collected at the lower end of the housing 12, and detects the temperature of the refrigerant after the rotor 20 has been cooled. The temperature sensors 30 and 32 supply the detected temperatures of the brush 26 and the refrigerant to the control device 50. In a variation, the refrigerant may cool the rotor 20 by passing at or near the shaft 22 of the rotor 20. In this case, the temperature sensor 32 may be placed at a position where it can detect the temperature of the refrigerant 40 after the rotor 20 has been cooled.

制御装置50は、CPU、メモリ等を備える。制御装置50は、メモリに格納されているコンピュータプログラムに従って、CPUが処理を実行することによって、モータ10を制御する。制御装置50は、車両のメイン制御ユニット4からの指令(例えば要求トルク等)に従って、モータ10を制御する。制御装置50は、温度センサ30、32と通信可能に接続されている。制御装置50は、さらに、車両に搭載されたモータ10の周辺の雰囲気温度を検出する温度センサ6と通信可能に接続されている。制御装置50は、温度センサ6で検出された雰囲気温度を取得する。 The control device 50 includes a CPU, memory, and the like. The control device 50 controls the motor 10 by the CPU executing processing according to a computer program stored in a memory. The control device 50 controls the motor 10 according to commands (eg, required torque, etc.) from the main control unit 4 of the vehicle. The control device 50 is communicably connected to the temperature sensors 30 and 32. The control device 50 is further communicably connected to a temperature sensor 6 that detects the ambient temperature around the motor 10 mounted on the vehicle. The control device 50 acquires the ambient temperature detected by the temperature sensor 6.

制御装置50のメモリには、予め、ブラシ26の温度と、冷媒の温度と、雰囲気温度と、の3個の温度から、ロータ20の温度を推定するためのデータマップが格納されている。データマップは、予め実験及びシミュレーションによって特定され、メモリに格納されている。なお、データマップに替えて、メモリには、予め実験及びシミュレーションによって特定されたブラシ26の温度と、冷媒の温度と、雰囲気温度と、ロータ20の温度と、の関係を表す関数が格納されていてもよい。関数は、例えば、ロータ20の温度=ブラシ26の温度×冷媒の温度から導出される係数×雰囲気温度から導出される係数であってもよい。 The memory of the control device 50 stores in advance a data map for estimating the temperature of the rotor 20 from three temperatures: the temperature of the brush 26, the temperature of the refrigerant, and the ambient temperature. The data map is specified in advance through experiments and simulations and is stored in memory. Note that instead of the data map, the memory stores a function representing the relationship between the temperature of the brush 26, the temperature of the refrigerant, the ambient temperature, and the temperature of the rotor 20, which has been specified in advance through experiments and simulations. You can. The function may be, for example, a coefficient derived from the temperature of the rotor 20 = the temperature of the brush 26 × the temperature of the refrigerant × the coefficient derived from the ambient temperature.

制御装置50のメモリには、さらに、予め温度閾値が格納されていてもよい。温度閾値は、ロータ20の耐熱の上限温度であり、ロータ20の構成部品の耐熱温度を用いて、ロータ20が使用不可とならない温度、あるいは、熱によるロータ20の劣化が促進しない温度以下で決定されている。 The memory of the control device 50 may further store a temperature threshold value in advance. The temperature threshold is the upper limit temperature of the heat resistance of the rotor 20, and is determined using the heat resistance temperature of the components of the rotor 20 at a temperature that does not make the rotor 20 unusable or below a temperature that does not accelerate deterioration of the rotor 20 due to heat. has been done.

制御装置50は、モータ10が駆動している間、繰り返し、温度センサ6、30、32から取得したブラシ26の温度、冷媒の温度及び雰囲気温度と、メモリに格納されているデータマップと、を用いて、ロータ20の温度を推定する。制御装置50は、推定されたロータ20の温度が予め決定された上限温度以上となる場合、モータ10の出力を制限する。例えば、制御装置50は、モータ10の出力を、予め決定され、メモリに格納されているトルク以下に制限する。この場合、制御装置50は、メイン制御ユニット4に、モータ10の出力を制限している旨の通知を送信する。メイン制御ユニット4は、車両の搭乗者に、モータ10の出力が制限されていることを知らせる報知(例えばインジケータへの表示、音声出力)を行ってもよい。 While the motor 10 is driving, the control device 50 repeatedly checks the temperature of the brush 26, the temperature of the refrigerant, and the ambient temperature acquired from the temperature sensors 6, 30, and 32, and the data map stored in the memory. is used to estimate the temperature of the rotor 20. The control device 50 limits the output of the motor 10 when the estimated temperature of the rotor 20 is equal to or higher than a predetermined upper limit temperature. For example, controller 50 limits the output of motor 10 to a torque that is predetermined and stored in memory. In this case, the control device 50 sends a notification to the main control unit 4 that the output of the motor 10 is being restricted. The main control unit 4 may notify the vehicle occupant that the output of the motor 10 is limited (for example, by displaying on an indicator or outputting audio).

モータユニット2では、ロータ20の温度を、ブラシ26の温度、冷媒の温度及び雰囲気温度を用いて推定するため、例えばブラシ26の温度のみを用いて推定する構成と比較して、温度の推定精度を向上させることができる。 In the motor unit 2, the temperature of the rotor 20 is estimated using the temperature of the brush 26, the temperature of the refrigerant, and the ambient temperature. can be improved.

ロータ20の温度の推定精度が向上されると、推定誤差を見越して、モータ10の出力制限のマージンを大きく取らずに済む。これにより、モータ10の出力制限の頻度を減少させることができる。モータ10の潜在的な性能を適切に発揮させることができる。 When the accuracy of estimating the temperature of the rotor 20 is improved, it is not necessary to take a large margin for limiting the output of the motor 10 in anticipation of an estimation error. Thereby, the frequency of output restriction of the motor 10 can be reduced. The potential performance of the motor 10 can be appropriately exhibited.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques illustrated in this specification or the drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.

2:モータユニット、6、30、32:温度センサ、10:モータ、12:ハウジング、14:冷媒管、18:ステータ、20:ロータ、22:シャフト、24:界磁巻線、26、28:ブラシ、40:冷媒、50:制御装置 2: Motor unit, 6, 30, 32: Temperature sensor, 10: Motor, 12: Housing, 14: Refrigerant pipe, 18: Stator, 20: Rotor, 22: Shaft, 24: Field winding, 26, 28: Brush, 40: Refrigerant, 50: Control device

Claims (1)

モータユニットであって、
ブラシと、前記ブラシを介して給電される界磁巻線を有するロータと、前記ロータを冷却する冷媒が通過する冷媒通路と、を備えるモータと、
前記ブラシの温度を検出する第1温度センサと、
前記ロータを冷却した後の前記冷媒の温度を検出する第2温度センサと、
前記第1温度センサで検出される前記ブラシの前記温度と、前記第2温度センサで検出される前記冷媒の前記温度と、前記モータの周辺の雰囲気温度と、を用いて、前記ロータの温度を推定する推定部と、を備える、モータユニット。
A motor unit,
A motor comprising a brush, a rotor having a field winding supplied with power through the brush, and a refrigerant passage through which a refrigerant for cooling the rotor passes;
a first temperature sensor that detects the temperature of the brush;
a second temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant after cooling the rotor;
The temperature of the rotor is determined using the temperature of the brush detected by the first temperature sensor, the temperature of the refrigerant detected by the second temperature sensor, and the ambient temperature around the motor. A motor unit comprising: an estimating section that performs estimating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025192309A1 (en) * 2024-03-13 2025-09-18 株式会社デンソー Winding-field-type rotary electrical machine

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