(57)【要約】【課題】コンバータとインバータとの一方の温度が閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機へ電力供給することができる駆動システムを提供する。【解決手段】蓄電装置４０を有する車両に適用される駆動システム７０であって、回転電機１０と、前記回転電機に接続されるインバータ２０と、前記蓄電装置の電源電圧を変圧させて、前記インバータに出力するコンバータ３０と、前記インバータ及び前記コンバータを制御する制御部６０と、を備え、前記制御部は、前記インバータの温度上昇を抑制するとともに、前記コンバータの温度上昇を許容する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第１モードと、前記インバータの温度上昇を許容するとともに、前記コンバータの温度上昇を抑制する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第２モードと、を切り替える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置（４０）を有する車両に適用される駆動システム（７０）であって、
回転電機（１０）と、
前記回転電機に接続されるインバータ（２０）と、
前記蓄電装置の電源電圧（Ｖｂａｔ）を変圧させて、前記インバータに出力するコンバータ（３０）と、
前記インバータ及び前記コンバータを制御する制御部（６０）と、を備え、
前記制御部は、前記インバータの温度上昇を抑制するとともに、前記コンバータの温度上昇を許容する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第１モードと、前記インバータの温度上昇を抑制するとともに、前記コンバータの温度上昇を許容する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第２モードと、を切り替える駆動システム。
【請求項２】
前記コンバータは、リアクトル（３２）と、前記リアクトルに流れる電流量（Ｑｉ）を調整する調整スイッチ（ＳＣＨ，ＳＣＬ）と、を有し、
前記制御部は、前記第２モードにおいて、前記第１モードよりも前記電流量の変動量が小さくなるように前記調整スイッチを制御する請求項１に記載の駆動システム。
【請求項３】
前記コンバータは、前記電源電圧を降圧させて、前記インバータに出力する降圧型のコンバータであり、
前記制御部は、前記電源電圧に対する前記インバータへの出力電圧（Ｖｏｕｔ）の降圧比をＲｖとして、０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲において、前記第２モードの降圧比を前記第１モードの降圧比よりも大きく設定する請求項２に記載の駆動システム。
【請求項４】
前記インバータは、直列接続された上アームスイッチ（ＤＩＨ）及び下アームスイッチ（ＤＩＬ）を備え、
前記制御部は、前記第１モードにおいて、前記第２モードよりも所定期間当たりの前記上、下アームスイッチのスイッチング回数が少なくなるように前記上、下アームスイッチを制御する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記インバータに対して、前記第１モードにおいて矩形制御を実施し、前記第２モードにおいてパルス幅変調制御を実施する請求項４に記載の駆動システム。
【請求項６】
前記コンバータの温度（Ｔｃ）を取得する温度取得部を備え、
前記制御部は、前記温度取得部により取得された温度が閾値温度（Ｔｔｇ１）よりも高くなる場合に、前記第１モードから前記第２モードに切り替える請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の駆動システム。
【請求項７】
前記閾値温度は、第１閾値温度（Ｔｔｇ１）であり、
前記制御部は、前記温度取得部により取得された温度が前記第１閾値温度よりも低い第２閾値温度（Ｔｔｇ２）未満となる場合に、前記第２モードから前記第１モードに切り替える請求項６に記載の駆動システム。
【請求項８】
前記温度取得部は、第１温度取得部であり、
前記インバータの温度（Ｔｉ）を取得する第２温度取得部を備え、
前記制御部は、前記第２温度取得部により取得された温度がインバータ用閾値温度（Ｔｔｇ３）よりも高くなる場合に、前記第２モードから前記第１モードに切り替える請求項６または請求項７に記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行用のエンジンとモータとを備えるハイブリット車が知られている（例えば、特許文献１）。このようなハイブリット車では、コンバータやインバータを介して、車両に備えられた蓄電装置からモータに電力を供給する。コンバータの発熱量は、車速が低いほど小さいことから、モータへの電力供給が可能なコンバータの上限温度である閾値温度を、低速走行時において高速走行時よりも高く設定する。これにより、低速走行時において、比較的高い温度までモータへ電力供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６８３４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のように閾値温度を設定したとしても、コンバータの温度が閾値温度よりも高くなる場合には、モータ等の回転電機へ電力供給することができない。このような課題は、コンバータに限られず、インバータにも共通の課題である。コンバータとインバータとの一方の温度が閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機への電力供給を継続することができる技術が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンバータとインバータとの一方の温度が閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機へ電力供給することができる駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、蓄電装置を有する車両に適用される駆動システムであって、回転電機と、前記回転電機に接続されるインバータと、前記蓄電装置の電源電圧を変圧させて、前記インバータに出力するコンバータと、前記インバータ及び前記コンバータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記インバータの温度上昇を抑制するとともに、前記コンバータの温度上昇を許容する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第１モードと、前記インバータの温度上昇を許容するとともに、前記コンバータの温度上昇を抑制する前記インバータ及び前記コンバータの制御モードである第２モードと、を切り替える。
【０００７】
本発明の駆動システムでは、インバータ及びコンバータが、第１モードと第２モードとに切り替えられる。第１モードでは、インバータの温度上昇が抑制されるとともに、コンバータの温度上昇が許容される。また、第２モードでは、インバータの温度上昇が許容されるとともに、コンバータの温度上昇が抑制される。そのため、第１モードにおいてコンバータの温度が閾値温度よりも高くなる場合には、インバータ及びコンバータが第２モードに切り替えられる。これにより、コンバータの温度上昇を抑制しつつ、回転電機への電力供給を継続することができる。
【０００８】
また、第２モードにおいてインバータの温度が閾値温度よりも高くなる場合には、インバータ及びコンバータが第１モードに切り替えられる。これにより、インバータの温度上昇を抑制しつつ、回転電機への電力供給を継続することができる。
【０００９】
さらに、第２モードでは、コンバータの温度上昇が抑制されるため、インバータ及びコンバータが第１モードから第２モードに切り替えられ、その後再び第１モードに切り替えられる際には、コンバータの温度は閾値温度よりも十分に低下している。そのため、第１モードに切り替えられた後において、回転電機への電力供給を好適に継続することができる。インバータ及びコンバータが第２モードから第１モードに切り替えられ、その後再び第２モードに切り替えられる際におけるインバータの温度についても同様である。
【００１０】
この結果、インバータとコンバータとの一方の温度が閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機への電力供給を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る駆動システムの全体構成図。
【図２】第１実施形態に係るモード制御処理のフローチャート。
【図３】第１モードにおいてコンバータの平滑リアクトルに流れる電流量の推移を示すタイムチャート。
【図４】第２モードにおいてコンバータの平滑リアクトルに流れる電流量の推移を示すタイムチャート。
【図５】コンバータの降圧比と平滑リアクトルの発熱量との関係を示す図。
【図６】コンバータの温度とインバータの温度との推移を示すタイムチャート。
【図７】第２実施形態に係る駆動システムの全体構成図。
【図８】第２実施形態に係るモード制御処理のフローチャート。
【図９】第３実施形態に係る駆動システムの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る駆動システムを具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の駆動システム７０は、車両に搭載されている。
【００１３】
図１に示すように、駆動システム７０は、回転電機１０と、インバータ２０と、コンバータ３０と、蓄電装置としての直流電源４０と、回転電機１０を制御対象とする制御部６０とを備えている。本実施形態において、回転電機１０は、星形結線された３相の巻線１１を備えている。回転電機１０のロータは、車両の駆動輪と動力伝達が可能なように接続されている。回転電機１０は、例えば同期機である。
【００１４】
回転電機１０は、インバータ２０及びコンバータ３０を介して、直流電源４０に接続されている。本実施形態において、直流電源４０は、充放電可能な蓄電池である。
【００１５】
インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれについて、上アームスイッチＳＩＨと下アームスイッチＳＩＬとの直列接続体を備えている。本実施形態では、各スイッチＳＩＨ，ＳＩＬとして、ユニポーラ素子であってかつＳｉＣのＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。上アームスイッチＳＩＨは、ボディダイオードとしての上アームダイオードＤＩＨを有し、下アームスイッチＳＩＬは、ボディダイオードとしての下アームダイオードＤＩＬを有している。
【００１６】
インバータ２０は、回転電機１０及びコンバータ３０に接続されている。具体的には、各相において、上アームスイッチＳＩＨのソースと下アームスイッチＳＩＬのドレインとの接続点には、回転電機１０の巻線１１の第１端が接続されている。各相の巻線１１の第２端は、中性点で接続されている。
【００１７】
コンバータ３０は、直流電源４０の電源電圧Ｖｂａｔを降圧（変圧）させて、インバータ２０に出力する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータである。コンバータ３０は、上アーム変圧スイッチＳＣＨと下アーム変圧スイッチＳＣＬとの直列接続体３１と、平滑リアクトル３２と、第１平滑コンデンサ３３とを備えている。本実施形態では、各変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬとして、ユニポーラ素子であってかつＳｉＣのＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。上アーム変圧スイッチＳＣＨは、ボディダイオードとしての上アーム変圧ダイオードＤＣＨを有し、下アーム変圧スイッチＳＣＬは、ボディダイオードとしての下アーム変圧ダイオードＤＣＬを有している。
【００１８】
上アーム変圧スイッチＳＣＨのドレインには、直流電源４０の正極端子が接続されているとともに、第１平滑コンデンサ３３の高電圧側端子が接続されている。上アーム変圧スイッチＳＣＨのソースと下アーム変圧スイッチＳＣＬのドレインとの接続点には、平滑リアクトル３２の第１端が接続されている。平滑リアクトル３２の第２端には、インバータ２０の各相における上アームスイッチＳＩＨのドレインが接続されている。下アーム変圧スイッチＳＣＬのソースには、直流電源４０の負極端子、第１平滑コンデンサ３３の低電圧側端子、及びインバータ２０の各相における下アームスイッチＳＩＨのソースが接続されている。
【００１９】
駆動システム７０は、相電流検出部２３と、電源電圧検出部２４と、温度検出部２５と、第２平滑コンデンサ２６と、を備えている。相電流検出部２３は、回転電機１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する。電源電圧検出部２４は、第１平滑コンデンサ３３の端子電圧を電源電圧Ｖｂａｔとして検出する。温度検出部２５は、コンバータ３０の温度Ｔｃを検出する。具体的には、温度検出部２５は、コンバータ３０の平滑リアクトル３２の温度Ｔｃを検出する。各検出部２３〜２５の検出値は、制御部６０に入力される。第２平滑コンデンサ２６は、インバータ２０とコンバータ３０との間に設けられている。
【００２０】
制御部６０は、取得した検出値に基づき、回転電機１０の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ２０及びコンバータ３０を制御する。制御量は、例えばトルクである。制御部６０は、インバータ２０の制御において、デッドタイムを挟みつつ上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬを交互にオン状態とすべく、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬそれぞれに対応する駆動信号ＳＩＧを、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬに出力する。駆動信号ＳＩＧは、スイッチのオン状態への切り替えを指示するオン指令と、オフ状態への切り替えを指示するオフ指令とのいずれかをとる。なお、本実施形態において、オン状態が「閉状態」に相当し、オフ状態が「開状態」に相当する。
【００２１】
また、制御部６０は、コンバータ３０の制御において、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬそれぞれに対応する駆動信号ＳＣＧを、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬに出力する。直流電源４０を放電する場合において、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬをオン状態とする期間は、電源電圧Ｖｂａｔに対するインバータ２０への出力電圧Ｖｏｕｔの比（以下、降圧比）Ｒｖに応じて設定される。コンバータ３０の降圧比Ｒｖは、（式１）のように表される。
【００２２】
Ｒｖ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｂａｔ・・・（式１）
なお、制御部６０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実施するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
【００２３】
ところで、コンバータ３０では、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬの状態を切り替えることにより、平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉが変動する。つまり、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬは、平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉを調整する調整スイッチであるということができる。平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉが変動すると、つまり平滑リアクトル３２に流れる電流に交流成分が発生すると平滑リアクトル３２が発熱し、コンバータ３０の温度Ｔｃが上昇する。
【００２４】
コンバータ３０の温度Ｔｃが上昇し、コンバータ３０の温度Ｔｃが許容限界温度を超える高温状態となると、コンバータ３０が使用不能状態となる。従来、駆動システム７０では、コンバータ３０の温度Ｔｃが、許容限界温度よりも低い温度に設定された閾値温度よりも高くなる場合に、回転電機１０への電力供給を停止し、コンバータ３０の温度Ｔｃが許容限界温度を超えないようにしていた。
【００２５】
また、インバータ２０では、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの状態を切り替えることにより、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬにスイッチング損失が発生する。上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬにスイッチング損失が発生すると、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬが発熱し、インバータ２０の温度Ｔｉが上昇する。
【００２６】
インバータ２０の温度Ｔｉが上昇し、インバータ２０の温度Ｔｉが許容限界温度を超える高温状態となると、インバータ２０が使用不能状態となる。従来、駆動システム７０では、インバータ２０の温度Ｔｉが、許容限界温度よりも低い温度に設定された閾値温度よりも高くなる場合に、回転電機１０への電力供給を停止し、インバータ２０の温度Ｔｉが許容限界温度を超えないようにしていた。
【００２７】
つまり、従来、インバータ２０とコンバータ３０との少なくとも一方の温度Ｔｉ,Ｔｃが、閾値温度よりも高くなる場合には、回転電機１０へ電力供給することができなかった。例えばハイブリット車では、車両の燃費向上のために、回転電機１０の使用頻度の増加が望まれている。そのため、インバータ２０とコンバータ３０との一方の温度Ｔｉ,Ｔｃが閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機１０へ電力供給することができる技術が望まれている。
【００２８】
本実施形態の駆動システム７０では、第１モードと第２モードとを切り替えるモード制御処理を実施する。第１モードは、インバータ２０の温度上昇を抑制するとともに、コンバータ３０の温度上昇を許容するインバータ２０及びコンバータ３０の制御モードである。また、第２モードは、インバータ２０の温度上昇を許容するとともに、コンバータ３０の温度上昇を抑制するインバータ２０及びコンバータ３０の制御モードである。第１モードと第２モードとを切り替えることにより、インバータ２０及びコンバータ３０の過度な温度上昇を抑制しつつ、回転電機１０への電力供給を継続することができる。
【００２９】
図２に本実施形態のモード制御処理のフローチャートを示す。モード制御処理は、直流電源４０から回転電機１０に電力供給する際に、コンバータ３０の温度Ｔｃに基づいて、第１モードと第２モードとを切り替える処理である。モード制御処理は、直流電源４０から回転電機１０への電力供給時に、制御部６０により実施される。
【００３０】
モード制御処理を開始すると、まずステップＳ１０において、コンバータ３０の温度Ｔｃを取得する。コンバータ３０の温度Ｔｃは、温度検出部２５を用いて取得される。続くステップＳ１２において、ステップＳ１０で取得した温度Ｔｃが、コンバータ３０の閾値電圧である第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高いかを判定する。
【００３１】
ステップＳ１２で否定判定すると、ステップＳ１４において、コンバータ３０の上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬを降圧制御する。降圧制御では、回転電機１０への電力供給中に、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬのオン状態とオフ状態とを切り替え、これにより直流電源４０の電源電圧Ｖｂａｔを出力電圧Ｖｏｕｔに降圧させて、インバータ２０に出力させる。
【００３２】
続くステップＳ１６において、インバータ２０を矩形制御する（図３（ｅ）参照）。矩形制御では、電気角１周期においてデットタイムを挟みつつ上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬをそれぞれ１回ずつオン状態とし、各相の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬのスイッチングパターンが１２０°ずつずれるように制御する。
【００３３】
以下、コンバータ３０を降圧制御し、インバータ２０を矩形制御するモードを、第１モードという。ステップＳ１４，Ｓ１６でインバータ２０とコンバータ３０とを第１モードに切り替えると、ステップＳ１８において、第１モードに制御されたインバータ２０とコンバータ３０とを介して、規定期間に亘って、直流電源４０から回転電機１０に電力供給させる。
【００３４】
ステップＳ２０において、車両停止等により回転電機１０への電力供給が終了したかを判定する。ステップＳ２０で肯定判定すると、ステップＳ４２において、インバータ２０の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬ及びコンバータ３０の上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬをオフ状態に制御し、モード制御処理を終了する。
【００３５】
一方、ステップＳ２０で否定判定すると、ステップＳ２２において、コンバータ３０の温度Ｔｃを取得する。続くステップＳ２４において、ステップＳ２２で取得した温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高いかを判定する。ステップＳ２４で否定判定すると、ステップＳ１８に戻る。
【００３６】
一方、ステップＳ１２又はステップＳ２４で肯定判定すると、ステップＳ２８において、コンバータ３０の上アーム変圧スイッチＳＣＨをオン状態に制御するとともに、下アーム変圧スイッチＳＣＬをオフ状態に制御する。
【００３７】
続くステップＳ３０において、インバータ２０をパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御）する（図４（ｅ）参照）。ＰＷＭ制御では、回転電機１０への出力電圧の目標値である目標電圧Ｖｍｏｔ（図１参照）と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づいて、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの状態を制御する。ＰＷＭ制御では、比較的高いキャリア信号の周波数に応じて、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの状態が切り替えられる。そのため、ＰＷＭ制御は、矩形制御と比較して、電気角１周期当たりのスイッチング回数が多く、矩形制御は、ＰＷＭ制御と比較して、電気角１周期当たりのスイッチング回数が少ない。そのため、第１モードでは、第２モードよりも電気角１周期当たりのスイッチング回数が少なくなるように、上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬが制御される。なお、本実施形態において、電気角１周期が「所定期間」に相当する。
【００３８】
以下、コンバータ３０の上アーム変圧スイッチＳＣＨをオン状態に制御するとともに、下アーム変圧スイッチＳＣＬをオフ状態に制御し、インバータ２０をＰＷＭ制御するモードを、第２モードという。制御部６０は、ステップＳ１０又はステップＳ２２で取得された温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高い場合に、ステップＳ２８，Ｓ３０でインバータ２０とコンバータ３０とを第１モードから第２モードに切り替える。続くステップＳ３２において、第２モードに制御されたインバータ２０とコンバータ３０とを介して、規定期間に亘って、直流電源４０から回転電機１０に電力供給させる。
【００３９】
ステップＳ３４において、回転電機１０への電力供給が終了したかを判定する。ステップＳ３４で肯定判定すると、ステップＳ４２に進む。一方、ステップＳ３４で否定判定すると、ステップＳ３６において、コンバータ３０の温度Ｔｃを取得する。続くステップＳ３８において、ステップＳ３６で取得した温度Ｔｃが、第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも低い温度に設定された第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となるかを判定する。なお、本実施形態において、ステップＳ１０，Ｓ２２，Ｓ３６の処理が「温度取得部」に相当する。
【００４０】
ステップＳ３８で否定判定すると、ステップＳ３４に戻る。一方、ステップＳ３８で肯定判定すると、ステップＳ１４に進む。つまり、制御部６０は、ステップＳ３６で取得された温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となる場合に、ステップＳ１４，Ｓ１６でインバータ２０とコンバータ３０とを第２モードから第１モードに切り替える。
【００４１】
続いて、図３，４に、モード制御処理の各モードにおいてコンバータ３０の平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉの推移を示す。ここで、図３，４において、（ａ）は、コンバータ３０の上アーム変圧スイッチＳＣＨの状態の推移を示し、（ｂ）は、コンバータ３０の下アーム変圧スイッチＳＣＬの状態の推移を示す。また、（ｃ）は、平滑リアクトル３２に印加される印加電圧Ｖｒｅｃ（図１参照）の推移を示し、（ｄ）は、電流量Ｑｉの推移を示す。また、（ｅ）は、インバータ２０の各上アームスイッチＳＩＨ及び各下アームスイッチＳＩＬの状態の推移す。なお、（ｅ）において、「上」は各相の上アームスイッチＳＩＨを示し、「下」は各相の下アームスイッチＳＩＨを示す。
【００４２】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１モードでは、コンバータ３０が降圧制御され、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬのオン状態とオフ状態とが切り替られる。なお、直流電源４０を充電する場合におけるスイッチング周期をＴａとすると、上アーム変圧スイッチＳＣＨをオン状態とするオン期間Ｔｏｎは、コンバータ３０の降圧比Ｒｖを用いて（式２）のように表される。
【００４３】
Ｔｏｎ＝Ｒｖ×Ｔａ・・・（式２）
これにより、図３（ｃ）に示すように、印加電圧Ｖｒｅｃは、電源電圧Ｖｂａｔと接地電圧との間で変動する。この結果、図３（ｄ）に示すように、電流量Ｑｉは、最大電流量Ｑｉｍａｘと最小電流量Ｑｉｍｉｎとの間で変動する。電流量Ｑｉが変動すると、平滑リアクトル３２が発熱し、コンバータ３０の温度Ｔｃが上昇する。
【００４４】
図５に、コンバータ３０の降圧比Ｒｖと平滑リアクトル３２の発熱量Ｐｒｅｃとの関係を示す。図５に示すように、発熱量Ｐｒｅｃは、降圧比ＲｖがＲｖ＝０．０の場合にゼロとなり、降圧比Ｒｖが０．０≦Ｒｖ≦０．５の範囲で、降圧比Ｒｖが大きくなるほど大きくなる。また、発熱量Ｐｒｅｃは、降圧比ＲｖがＲｖ＝０．５の場合に最大となり、降圧比Ｒｖが０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲で、降圧比Ｒｖが大きくなるほど小さくなり、降圧比ＲｖがＲｖ＝１．０の場合にゼロとなる。
【００４５】
本実施形態では、第１モードにおいて、降圧比Ｒｖが０．５≦Ｒｖ＜１．０の範囲内の値に設定されている。そのため、発熱量Ｐｒｅｃはゼロではなく、この発熱量Ｐｒｅｃによりコンバータ３０の温度Ｔｃが上昇する。
【００４６】
また、図３（e）に示すように、第１モードでは、インバータ２０が矩形制御される。矩形制御は、ＰＷＭ制御と比較して、電気角１周期当たりのスイッチング回数が少ないため、スイッチング損失による上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの発熱が抑制され、インバータ２０の温度Ｔｉの上昇が抑制される。つまり、第１モードでは、インバータ２０の温度上昇が抑制されるとともに、コンバータ３０の温度上昇が許容される。
【００４７】
一方、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第２モードでは、コンバータ３０の上アーム変圧スイッチＳＣＨがオン状態に制御され、下アーム変圧スイッチＳＣＬがオフ状態に制御される。そのため、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、印加電圧Ｖｒｅｃは電源電圧Ｖｂａｔに維持され、電流量Ｑｉの変動が抑制される。つまり、第２モードは、第１モードよりも電流量Ｑｉの変動が小さくなるように上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬを制御するモードであるということができる。この結果、平滑リアクトル３２の発熱が抑制され、コンバータ３０の温度Ｔｃの上昇が抑制される。
【００４８】
具体的には、本実施形態では、第２モードにおいて、降圧比ＲｖがＲｖ＝１．０に設定されている。つまり、０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲において、第２モードの降圧比Ｒｖが第１モードの降圧比Ｒｖよりも大きく設定される。そのため、発熱量Ｐｒｅｃはゼロであり、コンバータ３０の温度Ｔｃの上昇が抑制される。
【００４９】
また、図４（e）に示すように、第２モードでは、インバータ２０がＰＷＭ制御される。ＰＷＭ制御は、矩形制御と比較して、電気角１周期当たりのスイッチング回数が多いため、スイッチング損失による上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの発熱が多く、インバータ２０の温度Ｔｉが上昇する。つまり、第２モードでは、インバータ２０の温度上昇が許容されるとともに、コンバータ３０の温度上昇が抑制される。
【００５０】
上述したように、第１モードでは、インバータ２０の温度上昇が抑制されるとともに、コンバータ３０の温度上昇が許容され、第２モードでは、インバータ２０の温度上昇が許容されるとともに、コンバータ３０の温度上昇が抑制される。本発明者らは、この点に着目した。すなわち、第１モードと第２モードとを切り替えることにより、駆動システム７０内におけるインバータ２０やコンバータ３０等の各部位の局所的な温度上昇を制御することができ、インバータ２０及びコンバータ３０の過度な温度上昇を抑制しつつ、回転電機１０への電力供給を継続することができることを見出した。
【００５１】
図６に、モード制御処理におけるコンバータ３０の温度Ｔｃとインバータ２０の温度Ｔｉとの推移を示す。ここで、図６（ａ）は、コンバータ３０の温度Ｔｃの推移を示し、図６（ｂ）は、インバータ２０の温度Ｔｉの状態の推移を示し、図６（ｃ）は、回転電機１０への電力供給状態の推移を示す。
【００５２】
なお、図６には、本実施形態の駆動システム７０における各種値の推移を示すグラフＦ１（実線）と、比較例における各種値の推移を示すグラフＦ２（破線）と、が示されている。本実施形態の駆動システム７０と比較例とは、本実施形態の駆動システム７０では第１モードと第２モードとが切り替えられ、比較例では第１モードのみが実施される点で異なる。
【００５３】
図６に示すように、比較例では、第１モードのみが実施されるため、インバータ２０の温度Ｔｉに比べてコンバータ３０の温度Ｔｃが上昇しやすい。そして、時刻ｔ１１において、コンバータ３０の温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高くなる場合には、コンバータ３０の温度Ｔｃが許容限界温度を超えないようにするため、回転電機１０への電力供給を停止させる必要があった。
【００５４】
一方、本実施形態の駆動システム７０では、第１モードの実施中に、コンバータ３０の温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高くなる場合には、第２モードに切り替える。第２モードでは、コンバータ３０の温度上昇が抑制される。そのため、第２モードに切り替えることで、コンバータ３０の温度Ｔｃが許容限界温度を超えないようにしつつ、回転電機１０への電力供給を継続させることができる。
【００５５】
第２モードでは、コンバータ３０の温度Ｔｃが低下するとともに、インバータ２０の温度Ｔｉが上昇する。そして、時刻ｔ１２において、コンバータ３０の温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となるとともに、インバータ２０の温度Ｔｉがインバータ２０の閾値電圧である第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高くなる。本実施形態の駆動システム７０では、第２モードの実施中に、コンバータ３０の温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となる場合に、つまりインバータ２０の温度Ｔｉがインバータ用閾値温度としての第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高くなる場合に、第１モードに切り替える。第１モードでは、インバータ２０の温度上昇が抑制される。そのため、第１モードに切り替えることで、インバータ２０の温度Ｔｉが許容限界温度を超えないようにしつつ、回転電機１０への電力供給を継続させることができる。以降、時刻ｔ１３等において、第１モードと第２モードとの切り替えが繰り返され、回転電機１０への電力供給が継続される。
【００５６】
なお、本実施形態の駆動システム７０では、インバータ２０の温度Ｔｉが第３閾値温度Ｔｔｇ３未満であり、かつ、コンバータ３０の温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも低い場合には、第１モードを実施する（図２のステップＳ１２参照）。第１モードは、第２モードよりもコンバータ３０の降圧比Ｒｖが小さく設定されているため、第２モードに比べて電力変換効率が高い。そのため、インバータ２０の温度Ｔｉが第３閾値温度Ｔｔｇ３未満であり、かつ、コンバータ３０の温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも低い場合に、第１モードを実施することで、コンバータ３０駆動システム７０の電力変換効率を向上させることができる。
【００５７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５８】
・本実施形態の駆動システム７０では、第１モードと第２モードとを切り替えるモード制御処理を実施する。第１モードは、インバータ２０の温度上昇を抑制するとともに、コンバータ３０の温度上昇を許容するモードである。また、第２モードは、インバータ２０の温度上昇を許容するとともに、コンバータ３０の温度上昇を抑制するモードである。そのため、第１モードにおいてコンバータ３０の温度Ｔｃが閾値温度よりも高くなる場合には、第２モードに切り替える。これにより、コンバータ３０の温度上昇を抑制しつつ、回転電機１０への電力供給を継続することができる。
【００５９】
・また、第２モードにおいてインバータ２０の温度Ｔｉが閾値温度よりも高くなる場合には、第１モードに切り替える。これにより、インバータ２０の温度上昇を抑制しつつ、回転電機１０へ電力供給を継続することができる。
【００６０】
・さらに、第２モードでは、コンバータ３０の温度上昇が抑制されるため、インバータ２０及びコンバータ３０が第１モードから第２モードに切り替えられ、その後再び第１モードに切り替えられる際には、コンバータ３０の温度Ｔｃは閾値温度よりも十分に低下している。そのため、第１モードに切り替えられた後において、回転電機への電力供給を好適に継続することができる。インバータ２０及びコンバータ３０が第２モードから第１モードに切り替えられ、その後再び第２モードに切り替えられる際におけるインバータ２０の温度Ｔｉについても同様である。
【００６１】
・この結果、インバータ２０とコンバータ３０との一方の温度Ｔｉ,Ｔｃが閾値温度よりも高くなる場合でも、回転電機１０へ電力供給することができる。
【００６２】
・コンバータ３０では、第２モードにおいて、第１モードよりも平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉの変動量が小さくなるように、上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬが制御される。これにより、第２モードにおいて、コンバータ３０の温度上昇を抑制することができ、回転電機１０への電力供給を継続させることが可能となる。
【００６３】
・具体的には、コンバータ３０の降圧比をＲｖとして、第１モード及び第２モードの降圧比Ｒｖが、０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲に設定されている。そのため、第１モード及び第２モードの降圧比Ｒｖが、０≦Ｒｖ＜０．５の範囲に設定される場合に比べて、コンバータ３０の電力変換効率を向上させることができるとともに、降圧比Ｒｖが大きくなるほど発熱量Ｐｒｅｃが小さくなるようにすることができる（図５参照）。
【００６４】
・本実施形態では、０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲において、第２モードの降圧比Ｒｖが第１モードの降圧比Ｒｖよりも大きく設定されており、詳細には、第２モードの降圧比ＲｖがＲｖ＝１．０に設定されている。これにより、第２モードにおいて、第１モードよりも発熱量Ｐｒｅｃを小さくすることができ、コンバータ３０の温度上昇を好適に抑制することができる。
【００６５】
・インバータ２０では、第１モードにおいて、第２モードよりも電気角１周期当たりのスイッチング回数が少なくなるように上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬが制御される。これにより、第１モードにおいて、インバータ２０の温度上昇を抑制することができ、回転電機１０への電力供給を継続させることが可能となる。
【００６６】
・具体的には、インバータ２０は、第１モードにおいて矩形制御され、第２モードにおいてＰＷＭ制御される。第１モードにおいて、第２モードよりも上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの電気角１周期当たりのスイッチング回数を少なくすることができ、インバータ２０の温度上昇を好適に抑制することができる。
【００６７】
・第１モードと第２モードとは、コンバータ３０の温度Ｔｃに基づいて切り替えられる。具体的には、コンバータ３０の温度Ｔｃが第１閾値温度Ｔｔｇ１よりも高くなる場合に、第１モードから第２モードに切り替える。これにより、コンバータ３０の過度な温度上昇を抑制することができる。
【００６８】
・また、コンバータ３０の温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となる場合に、第２モードから第１モードに切り替える。第２モードでは、コンバータ３０の温度Ｔｃが低下するとともにインバータ２０の温度Ｔｉが上昇する。そして、コンバータ３０の温度Ｔｃとインバータ２０の温度Ｔｉとの間には、コンバータ３０の温度低下が大きいほど、インバータ２０の温度上昇が大きくなる関係を有する。そのため、コンバータ３０の温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となる場合に、第２モードから第１モードに切り替えることで、コンバータ３０の過度な温度上昇を抑制することができる。さらに、インバータ２０の温度Ｔｉを取得しないことから、コンバータ３０の温度Ｔｃを検出する温度検出部が不要である。そのため、駆動システム７０の構成を簡略化することができる。
【００６９】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、駆動システム７０に、インバータ２０の温度Ｔｉを検出するインバータ温度検出部２７が備えられている点で異なる。図７において、先の図１に示した内容と同一の内容については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態において、インバータ温度検出部２７が「第２温度検出部」に相当する。
【００７０】
図８に、本実施形態のモード制御処理を示す。なお、図８において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
【００７１】
本実施形態のモード制御処理では、ステップＳ３４で肯定判定すると、ステップＳ５０において、インバータ２０の温度Ｔｉを取得する。具体的には、インバータ温度検出部２７を用いて、インバータ２０の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの温度Ｔｉを取得する。インバータ２０の温度Ｔｉは、インバータ温度検出部２７を用いて取得される。続くステップＳ５２において、ステップＳ５０で取得した温度Ｔｉが第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高いかを判定する。なお、本実施形態において、ステップＳ１０，Ｓ２２の処理が「第１温度取得部」に相当し、ステップＳ５０の処理が「第２温度取得部」に相当する。
【００７２】
ステップＳ５２で否定判定すると、ステップＳ３４に戻る。一方、ステップＳ５２で肯定判定すると、ステップＳ１４に進む。つまり、制御部６０は、ステップＳ５０で取得された温度Ｔｃが第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高くなる場合に、ステップＳ５２でインバータ２０とコンバータ３０とを第１モードから第２モードに切り替える。
【００７３】
・以上説明した本実施形態によれば、インバータ２０の温度Ｔｉが第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高くなる場合に、第１モードから第２モードに切り替える。これにより、インバータ２０の温度Ｔｉを用いて、インバータ２０の過度な温度上昇を好適に抑制することができる。
【００７４】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、コンバータ３０が、昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータである点で異なる。図９において、先の図１に示した内容と同一の内容については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７５】
本実施形態のコンバータ３０は、上アーム変圧スイッチＳＣＨと下アーム変圧スイッチＳＣＬとの直列接続体３５を備えている。直列接続体３５の構造は、直列接続体３１の構造と同一であり、説明を省略する。以下、直列接続体３１における上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬを、第１上アーム変圧スイッチＳＣＨ１及び第１下アーム変圧スイッチＳＣＬ１と呼び、直列接続体３５における上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ，ＳＣＬを、第１上アーム変圧スイッチＳＣＨ１及び第１下アーム変圧スイッチＳＣＬ１と呼ぶ。
【００７６】
第２上アーム変圧スイッチＳＣＨ２のドレインには、インバータ２０の各相における上アームスイッチＳＩＨのドレインが接続されている。第２上アーム変圧スイッチＳＣＨ２のソースと第２下アーム変圧スイッチＳＣＬ２のドレインとの接続点には、平滑リアクトル３２の第２端が接続されている。第２下アーム変圧スイッチＳＣＬ２のソースには、直流電源４０の負極端子、第１平滑コンデンサ３３の低電圧側端子、及びインバータ２０の各相における下アームスイッチＳＩＨのソースが接続されている。
【００７７】
本実施形態のモード制御処理では、第１モードか第２モードかによらず、第２上アーム変圧スイッチＳＣＨ２をオン状態に制御するとともに、第２下アーム変圧スイッチＳＣＬ２をオフ状態に制御する。これにより、回転電機１０への電力供給時に、直流電源４０からの供給電力は、平滑リアクトル３２及び第２上アーム変圧スイッチＳＣＨ２を介して回転電機１０へ供給される。
【００７８】
・以上説明した本実施形態によれば、コンバータ３０は昇降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、回転電機１０への電力供給時に、第２上アーム変圧スイッチＳＣＨ２をオン状態に制御するとともに、第２下アーム変圧スイッチＳＣＬ２をオフ状態に制御する。つまり、回転電機１０への電力供給時に、コンバータ３０を昇圧制御しない。
【００７９】
・コンバータ３０が昇圧制御されると、第２上，下アーム変圧スイッチＳＣＨ２，ＳＣＬ２の状態を切り替えることにより、平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉが変動する。この結果、コンバータ３０の温度Ｔｃが上昇する。また、コンバータ３０が昇圧制御されると、インバータ２０への出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。この結果、インバータ２０はＰＷＭ制御されることとなり、インバータ２０の温度Ｔｃが上昇する。つまり、コンバータ３０が昇圧制御されると、インバータ２０の温度Ｔｉとコンバータ３０の温度Ｔｃとが共に上昇し、回転電機１０への電力供給を継続させることができない。
【００８０】
・本実施形態によれば、回転電機１０への電力供給時に、コンバータ３０を昇圧制御しないので、インバータ２０の温度Ｔｉとコンバータ３０の温度Ｔｃとが共に上昇することが抑制される。これにより、回転電機１０への電力供給を好適に継続させることができる。
【００８１】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８２】
・上記各実施形態では、第１モードにおいて、インバータ２０が矩形制御される例を示したが、これに限られない。例えば、矩形制御に代えて過変調制御されてもよければ、所定条件により矩形制御と過変調制御とが切り替えて実施されてもよい。ここで、過変調制御は、回転電機１０への出力電圧の最大値が直流電源４０の電源電圧Ｖｂａｔの２／π倍となるように、複数のキャリア周期にわたって上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬをオンにし続ける制御である。
【００８３】
・上記各実施形態では、第２モードにおいて、インバータ２０がＰＷＭ制御される例を示したが、これに限られない。例えば、ＰＷＭ制御に代えて過変調制御されてもよければ、所定条件によりＰＷＭ制御と過変調制御とが切り替えて実施されてもよい。
【００８４】
・上記各実施形態では、第２モードにおいて、コンバータ３０の降圧比ＲｖがＲｖ＝１．０に設定される例、つまり、上アーム変圧スイッチＳＣＨがオン状態に制御され、下アーム変圧スイッチＳＣＨがオフ状態に制御される例を示したが、これに限られない。
【００８５】
・第２モードの降圧比ＲｖがＲｖ≠１．０である場合、コンバータ３０の平滑リアクトル３２に流れる電流量Ｑｉは変動する。この場合において、第２モードの降圧比Ｒｖが０．５≦Ｒｖ≦１．０の範囲において、第１モードの降圧比Ｒｖよりも大きく設定されていれば、平滑リアクトル３２の発熱量Ｐｒｅｃを、第１モードに比べて抑制することができる（図５参照）。そのため、第２モードにおいて、コンバータ３０の温度上昇を抑制することができる。
【００８６】
・上記各実施形態では、インバータ２０とコンバータ３０とを第２モードから第１モードに切り替える際に、インバータ２０の温度Ｔｉとコンバータ３０の温度Ｔｃとの一方を取得する例を示したが、インバータ２０の温度Ｔｉとコンバータ３０の温度Ｔｃとの両方を取得してもよい。例えばインバータ２０の温度Ｔｉとコンバータ３０の温度Ｔｃとの両方を取得し、インバータ２０の温度Ｔｉが第３閾値温度Ｔｔｇ３よりも高い第１条件と、コンバータ３０の温度Ｔｃが第２閾値温度Ｔｔｇ２未満となる第２条件との少なくとも一方が満たされた場合に、インバータ２０とコンバータ３０とを第２モードから第１モードに切り替えてもよい。
【００８７】
・インバータ２０やコンバータ３０が備えるスイッチとしては、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。この場合、ＩＧＢＴにフリーホイールダイオードが逆並列に接続されていればよい。
【００８８】
・インバータ２０としては、３相のものに限らず、相数分の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの直列接続体を備える２相のインバータ、又は４相以上のインバータであってもよい。例えば、２相の場合、互いに直列接続された１組目の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの接続点と、互いに直列接続された２組目の上，下アームスイッチＳＩＨ，ＳＩＬの接続点とが、誘導性負荷（例えば巻線）を介して接続されることとなる。
【符号の説明】
【００８９】
１０…回転電機、２０…インバータ、３０…コンバータ、４０…直流電源、６０…制御部、７０…制御システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020058189.tif 000009
【図８】
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【図９】
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